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Abstract
Description
本願発明は、駆動源となるエンジン装置に関するもので、特に、燃料ガスによる燃焼に基づき出力軸を回転させるエンジン装置に関するものである。 The present invention relates to an engine device serving as a drive source, and more particularly to an engine device that rotates an output shaft based on combustion by fuel gas.
従来より、例えばタンカーや輸送船等の船舶や陸上の発電施設においては、その駆動源としてディーゼルエンジンが利用されている。しかしながら、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、環境保全の妨げになる有害物質となる、窒素酸化物、硫黄酸化物及び粒子状物質等が多く含まれている。そのため、近年では、ディーゼルエンジンの代替となるエンジンとして、有害物質の発生量を低減できるガスエンジンなどが普及されつつある。 Conventionally, for example, in a ship such as a tanker or a transport ship or an onshore power generation facility, a diesel engine has been used as a drive source. However, exhaust gas from a diesel engine is rich in nitrogen oxides, sulfur oxides, particulate matter, and the like that are harmful substances that hinder environmental conservation. Therefore, in recent years, gas engines that can reduce the amount of harmful substances generated are becoming popular as engines that can replace diesel engines.
天然ガスといった燃料ガスを用いて動力を発生させるいわゆるガスエンジンは、空気に燃料ガスを混合した混合ガスをシリンダに供給して燃焼させる(特許文献1参照)。更には、ディーゼルエンジンの特性とガスエンジンの特性それぞれを組み合わせたエンジン装置として、天然ガス等の気体燃料(燃料ガス)を空気と混合させて燃焼室に供給して燃焼させる予混合燃焼方式と、重油等の液体燃料を燃焼室内に噴射して燃焼させる拡散燃焼方式とを併用できるデュアルフューエルエンジンが提供されている(特許文献2及び特許文献3参照)。
A so-called gas engine that generates power using a fuel gas such as natural gas supplies a mixed gas, which is a mixture of air and fuel gas, to a cylinder for combustion (see Patent Document 1). Furthermore, as an engine device that combines the characteristics of a diesel engine and the characteristics of a gas engine, a premixed combustion method in which a gaseous fuel (fuel gas) such as natural gas is mixed with air and supplied to a combustion chamber for combustion, There has been provided a dual fuel engine that can be used in combination with a diffusion combustion method in which liquid fuel such as heavy oil is injected into a combustion chamber and burned (see
自動車用のガソリンエンジンにおいて、燃料噴射量に応じて進角値を遅角補正する補正値を算出する制御装置(特許文献4参照)や、推定空燃比の下限値と上限値とを算出して得た推定空燃比範囲が失火領域にかからないように進角制御する制御装置(特許文献5参照)が開示されている。 In a gasoline engine for automobiles, a control device (see Patent Document 4) that calculates a correction value for delaying the advance value in accordance with the fuel injection amount, and a lower limit value and an upper limit value of the estimated air-fuel ratio are calculated. A control device (see Patent Document 5) that controls the advance angle so that the obtained estimated air-fuel ratio range does not reach the misfire region is disclosed.
ところで、予混合燃焼方式で駆動させたデュアルフューエルエンジンやガスエンジンでは、出力が大きくなるほど、空燃比に対するノッキング領域及び失火領域が大きくなるという特性を備えるため、適正な空燃比(空気流量/燃料流量)に制御する必要がある。もし、空燃比が適正値からずれると、例えば、空気流量が多すぎる場合(空燃比が大きい場合)は、失火が発生し、エンジンの回転数が不安定になり、最終的には、エンジンが停止する。一方、空気流量が少なすぎる場合(空燃比が小さい場合)は、ノッキングが発生し、エンジンの部品(ピストンやライナ等)を損傷させる。ここで、ノッキングは、シリンダ内で火炎伝播する過程において、燃焼していない個所が、高温高圧になり自着火することで発生する。 By the way, the dual fuel engine or gas engine driven by the premixed combustion system has a characteristic that the knocking region and the misfiring region with respect to the air-fuel ratio become larger as the output becomes larger, so that an appropriate air-fuel ratio (air flow rate / fuel flow rate) ) Need to be controlled. If the air-fuel ratio deviates from the appropriate value, for example, if the air flow rate is too high (if the air-fuel ratio is large), misfiring occurs and the engine speed becomes unstable. Stop. On the other hand, when the air flow rate is too small (when the air-fuel ratio is small), knocking occurs and the engine parts (piston, liner, etc.) are damaged. Here, knocking occurs when a non-combusted portion becomes high temperature and pressure and self-ignites in the process of flame propagation in the cylinder.
ノッキングは、点火時期を遅く(リタード)させることで回避することができる。これは、点火時期を遅角させることで、燃焼の開始時期が適正値から遅くなり、燃焼が緩慢になるからである。しかしながら、点火時期を遅角させることでノッキングを回避させた場合、ガスエンジンやデュアルフューエルエンジンにおいて、予混合燃焼方式による燃焼動作を実行している際、その燃焼効率を低下させてしまうという問題がある。 Knocking can be avoided by retarding the ignition timing (retard). This is because by retarding the ignition timing, the combustion start timing is delayed from the appropriate value, and the combustion becomes slow. However, when knocking is avoided by retarding the ignition timing, there is a problem in that the combustion efficiency is lowered when the combustion operation by the premixed combustion method is executed in the gas engine or the dual fuel engine. is there.
特に、船舶用や発電機用となる大型のエンジン装置においては、吸気マニホールドの容積が大きいことから、制御量に対して、吸気マニホールドから供給される空気量の応答性に遅れが生じる。そのため、ガスエンジンやデュアルフューエルエンジンによる大型のエンジン装置は、自動車用のガソリンエンジン等とは異なり、ノッキング発生の検出に基づいて制御した場合、必要な空気量に合わせた点火時期に設定することが困難であるばかりか、現状の空気量に応じた点火時期とすることもままならない。従って、ノッキング発生後にノッキングを抑制させることができるものの、ノッキングの発生事態をあらかじめ予測して抑止できないだけでなく、燃焼効率の低下を招いてしまう。 In particular, in a large-sized engine device for ships or generators, the volume of the intake manifold is large, so that the response of the air amount supplied from the intake manifold is delayed with respect to the control amount. Therefore, unlike a gasoline engine for an automobile, a large engine device such as a gas engine or a dual fuel engine can be set to an ignition timing that matches the required air amount when controlled based on detection of occurrence of knocking. Not only is it difficult, but the ignition timing according to the current amount of air cannot be changed. Therefore, although knocking can be suppressed after knocking occurs, not only the occurrence of knocking can be predicted and prevented in advance, but also the combustion efficiency is reduced.
また、デュアルフューエルエンジンは、ディーゼルモードとガスモードとでは、空燃比が異なり、同一負荷に対して、ディーゼルモードに比べてガスモードで必要な空気流量が少ない。そのため、過給機をディーゼルモードにおける仕様にあわせる必要がある一方で、ガスモードで動作する際には、ガスモードの空燃比に合わせた空気流量を供給可能にしなければならない。また、従来のデュアルフューエルエンジンは、ガスモードで運転した場合に、空気流量制御における応答性が悪く、負荷変動に対して追従性よく適正な空燃比制御を実行させることが困難であった。 Further, the dual fuel engine has a different air-fuel ratio between the diesel mode and the gas mode, and requires less air flow in the gas mode than the diesel mode for the same load. Therefore, while it is necessary to adjust the supercharger to the specifications in the diesel mode, when operating in the gas mode, it is necessary to be able to supply an air flow rate that matches the air-fuel ratio in the gas mode. Further, when the conventional dual fuel engine is operated in the gas mode, the responsiveness in the air flow rate control is poor, and it is difficult to execute the appropriate air-fuel ratio control with good followability to the load fluctuation.
そこで、本願発明は、上記のような現状を検討して改善を施したエンジン装置を提供することを技術的課題とするものである。 Therefore, the present invention has a technical problem to provide an engine device that has been improved by examining the above-described present situation.
本願発明は、シリンダ内へ空気を供給させる吸気マニホールドと、前記シリンダからの排気ガスを排気させる排気マニホールドと、前記吸気マニホールドから供給される空気に気体燃料を混合させるガスインジェクタと、前記気体燃料を空気に予混合させた予混合燃料を前記シリンダ内で着火させる着火装置とを備えたエンジン装置において、前記着火装置による点火時期を遅角制御するための遅角量を前記シリンダ内の予混合燃料における空燃比に応じて段階的に記憶させた遅角量設定マップと、予混合させた前記予混合燃料の空燃比を推定する制御部とを備えており、該制御部は、前記遅角量設定マップを参照し、推定した前記予混合燃料の空燃比により前記着火装置による点火時期を遅角制御するというものである。 The present invention includes an intake manifold that supplies air into a cylinder, an exhaust manifold that exhausts exhaust gas from the cylinder, a gas injector that mixes gaseous fuel with the air supplied from the intake manifold, and the gaseous fuel. An engine device comprising an ignition device for igniting premixed fuel premixed in air in the cylinder, wherein a retard amount for retarding the ignition timing by the ignition device is set in the premixed fuel in the cylinder And a control unit that estimates the air-fuel ratio of the premixed premixed fuel, the control unit including the retard amount. With reference to the setting map, the ignition timing by the ignition device is retarded by the estimated air-fuel ratio of the premixed fuel.
このようなエンジン装置において、前記制御部が、前記吸気マニホールドで測定された吸気マニホールド圧力を測定圧力として受け、前記吸気マニホールドで目標値となる目標圧力から前記測定圧力を減じた差分を算出するとともに、前記遅角量設定マップが、前記目標圧力から前記測定圧力を減じた差分に対して遅角量を単純増加させた値を記憶しており、前記制御部は、前記遅角量設定マップを参照することで、前記目標圧力から前記測定圧力により空燃比を推定して、前記点火時期を遅角制御するというものとしても構わない。 In such an engine device, the control unit receives an intake manifold pressure measured by the intake manifold as a measured pressure, calculates a difference obtained by subtracting the measured pressure from a target pressure that is a target value at the intake manifold. The retard amount setting map stores a value obtained by simply increasing the retard amount with respect to the difference obtained by subtracting the measured pressure from the target pressure, and the control unit stores the retard amount setting map. By referring, the air-fuel ratio may be estimated from the target pressure using the measured pressure, and the ignition timing may be retarded.
また、前記制御部が、前記吸気マニホールドで測定された空気流量を測定流量として受け、前記吸気マニホールドで目標値となる目標流量から前記測定流量を減じた差分を算出するとともに、前記遅角量設定マップが、前記目標流量から前記測定流量を減じた差分に対して遅角量を単純増加させた値を記憶しており、前記制御部は、前記遅角量設定マップを参照することで、前記目標流量から前記測定流量により空燃比を推定して、前記点火時期を遅角制御するというものとしても構わない。 The control unit receives the air flow rate measured by the intake manifold as a measured flow rate, calculates a difference obtained by subtracting the measured flow rate from a target flow rate that is a target value at the intake manifold, and sets the retard amount The map stores a value obtained by simply increasing the retard amount with respect to the difference obtained by subtracting the measured flow rate from the target flow rate, and the control unit refers to the retard amount setting map, and The air-fuel ratio may be estimated from the target flow rate based on the measured flow rate, and the ignition timing may be retarded.
また、前記制御部が、前記エンジンの出力変化量を算出するとともに、前記遅角量設定マップが、前記エンジンの出力変化量に対して遅角量を単純増加させた値を記憶しており、前記制御部は、前記遅角量設定マップを参照することで、前記出力変化量により空燃比を推定して、前記点火時期を遅角制御するものとしても構わない。 Further, the control unit calculates the engine output change amount, and the retard amount setting map stores a value obtained by simply increasing the retard amount with respect to the engine output change amount, The control unit may refer to the retard amount setting map to estimate an air-fuel ratio based on the output change amount and retard the ignition timing.
上述の各エンジン装置において、前記遅角設定マップを、前記エンジンの出力に対しても遅角量を変化させた値を記憶する3次元マップとしても構わない。 In each engine apparatus described above, the retard angle setting map may be a three-dimensional map that stores a value obtained by changing the retard amount with respect to the output of the engine.
更に、前記シリンダに液体燃料を噴射して燃焼させるメイン燃料噴射弁と、前記排気マニホールドからの排気ガスにより空気を圧縮する過給機と、該過給機で圧縮された圧縮空気を冷却して前記吸気マニホールドに供給するインタークーラとを更に備えるとともに、前記排気マニホールド出口と前記過給機の排気出口とを結ぶ排気バイパス流路を備えるとともに、前記排気バイパス流路に排気バイパス弁を配置する一方、前記過給機のコンプレッサをバイパスする給気バイパス流路を備えるとともに、前記給気バイパス流路に給気バイパス弁を配置しており、前記気体燃料及び前記液体燃料を択一的に選択して燃焼させて駆動する構成を有しているものとしても構わない。 Further, a main fuel injection valve that injects and burns liquid fuel into the cylinder, a supercharger that compresses air with the exhaust gas from the exhaust manifold, and compressed air compressed by the supercharger is cooled. An intercooler for supplying to the intake manifold, an exhaust bypass passage connecting the exhaust manifold outlet and the exhaust outlet of the supercharger, and an exhaust bypass valve disposed in the exhaust bypass passage And an air supply bypass passage for bypassing the compressor of the supercharger, and an air supply bypass valve is disposed in the air supply bypass passage to selectively select the gaseous fuel and the liquid fuel. It is also possible to have a configuration in which it is driven by burning.
本願発明によると、空気量の不足状況に応じて点火時期を段階的に遅角制御するため、ノッキングの発生を検知することなく、ノッキングの発生を低減できるだけでなく、必要以上に点火時期を遅角させることを防止して、燃焼効率の低下を抑制できる。また、吸気マニホールド内の空気量の過不足を予測判定することで点火時期を設定できるため、大型エンジンのように大容積となる吸気マニホールドを具備するものであっても、点火時期を最適に設定することができる。従って、エンジン装置の燃焼効率の低下を抑制できるものでありながら、ノッキング発生を抑止して安定した運転を実行できる。 According to the present invention, since the ignition timing is retarded in stages according to the air quantity shortage condition, not only the occurrence of knocking can be detected, but also the ignition timing can be delayed more than necessary. It is possible to prevent cornering and to suppress a decrease in combustion efficiency. In addition, since the ignition timing can be set by predicting whether the air volume in the intake manifold is excessive or insufficient, the ignition timing can be set optimally even if the intake manifold has a large volume like a large engine. can do. Therefore, it is possible to suppress the occurrence of knocking and perform a stable operation while suppressing a decrease in combustion efficiency of the engine device.
以下に、本願発明を具体化した実施形態を、2基2軸方式の船舶に搭載される一対の推進兼発電機構に適用した場合の図面に基づいて説明する。 Hereinafter, an embodiment embodying the present invention will be described with reference to the drawings in a case where the invention is applied to a pair of propulsion and power generation mechanisms mounted on a two-axle-type ship.
まず始めに、船舶の概要について説明する。図1〜図3に示すように、本実施形態の船舶1は、船体2と、船体2の船尾側に設けられたキャビン3(船橋)と、キャビン3の後方に配置されたファンネル4(煙突)と、船体2の後方下部に設けられた一対のプロペラ5及び舵6とを備えている。この場合、船尾側の船底7に一対のスケグ8が一体形成されている。各スケグ8には、プロペラ5を回転駆動させる推進軸9が軸支される。各スケグ8は、船体2の左右幅方向を分割する船体中心線CL(図3参照)を基準にして左右対称状に形成されている。すなわち、第1実施形態では、船体2の船尾形状としてツインスケグが採用されている。
First, the outline of the ship will be described. As shown in FIGS. 1 to 3, the
船体2内の船首側及び中央部には船倉10が設けられており、船体2内の船尾側には機関室11が設けられている。機関室11には、プロペラ5の駆動源と船舶1の電力供給源とを兼ねる推進兼発電機構12が船体中心線CLを挟んだ左右に振り分けて一対配置されている。各推進兼発電機構12から推進軸9に伝達された回転動力にて、各プロペラ5は回転駆動する。機関室11の内部は、上甲板13、第2甲板14、第3甲板15及び内底板16にて上下に仕切られている。第1実施形態の各推進兼発電機構12は、機関室11最下段の内底板16上に設置されている。なお、詳細は図示していないが、船倉10は複数の区画に分割されている。
A
図2及び図3に示すように、各推進兼発電機構12は、プロペラ5の駆動源である中速エンジン装置21(実施形態ではデュアルフューエルエンジン)と、エンジン装置21の動力を推進軸9に伝達する減速機22と、エンジン装置21の動力にて発電する軸駆動発電機23とを組み合わせたものである。ここで、「中速」のエンジンとは、毎分500〜1000回転程度の回転速度で駆動するものを意味している。ちなみに、「低速」のエンジンは毎分500回転以下の回転速度で駆動し、「高速」のエンジンは毎分1000回転以上の回転速度で駆動する。実施形態のエンジン装置21は中速の範囲内(毎分700〜750回転程度)で定速駆動するように構成されている。
As shown in FIGS. 2 and 3, each propulsion and
エンジン装置21は、エンジン出力軸(クランク軸)24を有するシリンダブロック25と、シリンダブロック25上に搭載されたシリンダヘッド26とを備えている。機関室11最下段の内底板16上に、直付け又は防振体(図示省略)を介してベース台27が据え付けられている。ベース台27上にエンジン装置21のシリンダブロック25が搭載されている。エンジン出力軸24は、船体2の前後長さ方向に沿う向きに延びている。すなわち、エンジン装置21は、エンジン出力軸24の向きを船体2の前後長さ方向に沿わせた状態で機関室11内に配置されている。
The
減速機22及び軸駆動発電機23がエンジン装置21よりも船尾側に配置されている。エンジン装置21の後面側からエンジン出力軸24の後端側が突出している。エンジン出力軸の後端側に減速機22が動力伝達可能に連結されている。減速機22を挟んでエンジン装置21と反対側に、軸駆動発電機23が配置されている。機関室11内の前方からエンジン装置21、減速機22、軸駆動発電機23の順に並べて配置されている。この場合、船尾側にあるスケグ8内又はその近傍に減速機22及び軸駆動発電機23が配置されている。従って、船舶1のバドックラインの制約に拘らず、エンジン装置21をできるだけ船尾側に寄せて配置することが可能になっていて、機関室11のコンパクト化に寄与している。
The
減速機22の動力伝達下流側に推進軸9が設けられている。減速機22の外形は、エンジン装置21及び軸駆動発電機23よりも下側に張り出している。当該張り出し部分の後面側に、推進軸9の前端側が動力伝達可能に連結されている。エンジン出力軸24(軸芯線)と推進軸9とは、平面視で同軸状に位置している。推進軸9は、エンジン出力軸24(軸芯線)に対して鉛直方向に異芯した状態で、船体2の前後長さ方向に延びている。この場合、推進軸9は、側面視で軸駆動発電機23及びエンジン出力軸24(軸芯線)よりも低く内底板16に近い位置に置かれている。すなわち、軸駆動発電機23と推進軸9とが上下に振り分けられ、互いに干渉しない。従って、各推進兼発電機構12のコンパクト化が可能になる。
The
エンジン装置21の定速動力は、エンジン出力軸24の後端側から減速機22を介して、軸駆動発電機23と推進軸9とに分岐して伝達される。エンジン装置21の定速動力の一部は、減速機22によって例えば毎分100〜120回転前後の回転速度に減速されて、推進軸9に伝達される。減速機22からの減速動力にてプロペラ5が回転駆動する。なお、プロペラ5には、プロペラ羽根の翼角変更によって船速を調節可能な可変ピッチプロペラが採用されている。また、エンジン装置21の定速動力の一部は、減速機22によって例えば毎分1200か1800回転程度の回転速度に増速されて、減速機22に回転可能に軸支されたPTO軸に伝達される。この減速機22のPTO軸の後端側が軸駆動発電機23に動力伝達可能に連結されており、減速機22からの回転動力に基づいて軸駆動発電機23が発電駆動する。軸駆動発電機23の駆動にて生じた発電電力が船体2内の電気系統に供給される。
The constant speed power of the
エンジン装置21には、空気取り込み用の吸気経路(図示省略)と排気ガス排出用の排気経路28とが接続されている。吸気経路を通じて取り込まれた空気は、エンジン装置21の各気筒36内(吸気行程の気筒内)に送られる。また、エンジン装置21は2基あるため、排気経路28は2本存在する。各排気経路28はそれぞれ延長経路29に接続されている。延長経路29はファンネル4まで延びていて、外部に直接連通するように構成されている。各エンジン装置21からの排気ガスは、各排気経路28及び延長経路29を経由して、船舶1外に放出される。
The
以上の説明から明らかなように、エンジン装置21と、船舶推進用のプロペラ5を回転駆動させる推進軸9に前記エンジン装置21の動力を伝達する減速機22と、前記エンジン装置21の動力にて発電する軸駆動発電機23とを組み合わせた推進兼発電機構12を一対備えており、一対の推進兼発電機構12は、船体2内の機関室11に、船体中心線CLを挟んだ左右に振り分けて配置されるから、複数台のエンジン(主機関及び補機関)を機関室内に配置する従来構造に比べて、機関室11のエンジン設置スペースを縮小できる。このため、機関室11の前後長を短縮して機関室11をコンパクトに構成でき、ひいては、船体2における船倉スペース(機関室11以外のスペース)の確保がし易い。2つのプロペラ5の駆動によって、船舶1の推進効率向上も図れる。
As apparent from the above description, the
しかも、主機関たるエンジン装置21が2基備わるため、例えば1基のエンジン装置21が故障して駆動不能になったとしても、もう1基のエンジン装置21によって航行可能であり、船舶用原動機装置ひいては船舶1の冗長性を確保できる。その上、前述の通り、エンジン装置21によってプロペラ5の回転駆動と軸駆動発電機23の駆動とを行えるから、通常航行時は、いずれか一方の軸駆動発電機23を予備にできる。従って、例えば1基のエンジン装置21又は軸駆動発電機23の故障によって電力供給が停止した場合、もう1基の軸駆動発電機23を起動させ、周波数及び電圧を確立して給電を復帰させればよい。また、1基のエンジン装置21だけでの航行時にエンジン装置21を停止させた場合は、もう1基の停止中のエンジン装置21、ひいてはこれに対応した軸駆動発電機23を起動させ、周波数及び電圧を確立して給電を復帰させればよい。
Moreover, since the two
次に、上記船舶1における主機関として用いられるデュアルフューエルエンジン21の概略構成について、図4〜図7を参照して説明する。デュアルフューエルエンジン21(以下、単に「エンジン装置21」と呼ぶ)は、天然ガス等の燃料ガスを空気に混合させて燃焼させる予混合燃焼方式と、重油等の液体燃料(燃料油)を拡散させて燃焼させる拡散燃焼方式とを択一的に選択して駆動する。図4は、エンジン装置21に対する燃料系統を示す図であり、図5は、エンジン装置21における吸排気系統を示す図であり、図7は、エンジン装置21における制御ブロック図である。
Next, a schematic configuration of the
エンジン装置21は、図4に示すように、二系統の燃料供給経路30,31から燃料が供給されるものであって、一方の燃料供給経路30にガス燃料タンク32が接続されるとともに、他方の燃料供給経路31に液体燃料タンク33が接続される。即ち、エンジン装置21は、燃料供給経路30から燃料ガスがエンジン装置21に供給される一方、燃料供給経路31から燃料油がエンジン装置21に供給される。燃料供給経路30は、液化状態の気体燃料を貯蔵するガス燃料タンク32と、ガス燃料タンク32の液化燃料(燃料ガス)を気化させる気化装置34と、気化装置34からエンジン装置21への燃料ガスの供給量を調整するガスバルブユニット35とを備える。即ち、燃料供給経路30は、ガス燃料タンク32からエンジン装置21に向かって、気化装置34及びガスバルブユニット35が順番に配置されて構成される。
As shown in FIG. 4, the
エンジン装置21は、図5に示すように、シリンダブロック25に複数の気筒36(本実施形態では6気筒)を直列に並べた構成を有している。各気筒36は、シリンダブロック25内に構成される吸気マニホールド(吸気流路)67(図8参照)と吸気ポート37を介して連通している。各気筒36は、シリンダヘッド26上方に配置される排気マニホールド(排気流路)44と排気ポート38を介して連通している。各気筒36における吸気ポート37に、ガスインジェクタ98を配置する。従って、吸気マニホールド67からの空気が、吸気ポート37を介して各気筒36に供給される一方、各気筒36からの排ガスが、排気ポート38を介して排気マニホールド44に吐出される。また、エンジン装置21をガスモードで運転している場合には、ガスインジェクタ98から燃料ガスを吸気ポート37に供給し、吸気マニホールド67からの空気に燃料ガスを混合して、各気筒35に予混合ガスを供給する。
As shown in FIG. 5, the
排気マニホールド44の排気出口側に、過給機49のタービン49aの排気入口を接続しており、吸気マニホールド67の空気入口側(新気入口側)に、インタークーラ51の空気吐出口(新気出口)を接続している。インタークーラ51の空気吸入口(新気入口)に、過給機49のコンプレッサ49bの空気吐出口(新気出口)を接続している。コンプレッサ49b及びインタークーラ51の間に、メインスロットル弁V1を配置しており、メインスロットル弁V1の弁開度を調節して、吸気マニホールド44に供給する空気流量を調整する。
The exhaust inlet of the
コンプレッサ49b出口から排出される空気の一部をコンプレッサ49b入口に再循環させる給気バイパス流路17が、コンプレッサ49bの空気吸入口(新気入口)側とインタークーラ51の空気排出口側とを連結している。すなわち、給気バイパス流路17は、コンプレッサ49bの空気吸入口よりも上流側で外気に解放される一方で、インタークーラ51と吸気マニホールド67との接続部分に接続される。この給気バイパス流路17上に、給気バイパス弁V2を配置しており、給気バイパス弁V2の弁開度を調節して、インタークーラ51下流側から吸気マニホールド67へ流れる空気流量を調整する。
An air
タービン49aをバイパスさせる排気バイパス流路18が、タービン49aの排気出口側と排気マニホールド44の排気出口側とを連結している。すなわち、排気バイパス流路18は、タービン49aの排気出口よりも下流側で外気に解放される一方で、タービン49aの排気出口とタービン49aの排気入口との接続部分に接続される。この排気バイパス流路18上に、排気バイパス弁V3を配置しており、排気バイパス弁V3の弁開度を調節することで、タービン49aに流れる排ガス流量を調整して、コンプレッサ49bにおける空気圧縮量を調整する。
An
エンジン装置21は、排気マニホールド44からの排気ガスにより空気を圧縮する過給機49と、過給機49で圧縮された圧縮空気を冷却して吸気マニホールド67に供給するインタークーラ51とを有している。エンジン装置21は、過給機49出口とインタークーラ51入口との接続箇所にメインスロットル弁V1を設けている。エンジン装置21は、排気マニホールド44出口と過給機49の排気出口とを結ぶ排気バイパス流路18を備えるとともに、排気バイパス流路18に排気バイパス弁V3を配置する。過給機49をディーゼルモード仕様に最適化した場合に、ガスモード時においても、エンジン負荷の変動に合わせて排気バイパス弁V3の開度を制御することで、エンジン負荷に最適な空燃比を実現できる。そのため、負荷変動時において、燃焼に必要な空気量の過不足を防止でき、エンジン装置21は、ディーゼルモードで最適化した過給機を使用した状態で、ガスモードでも最適に稼働する。
The
エンジン装置21は、過給機49をバイパスする給気バイパス流路17を備え、給気バイパス流路17に給気バイパス弁V2を配置する。エンジン負荷の変動に合わせて給気バイパス弁V2の開度を制御することにより、燃料ガスの燃焼に必要な空燃比に合わせた空気をエンジンに供給できる。また、応答性の良い給気バイパス弁V2による制御動作を併用することで、ガスモードにおける負荷変動への応答速度を速めることができる。
The
エンジン装置21は、インタークーラ51入口とメインスロットル弁V1との間となる位置に、給気バイパス流路17を接続し、コンプレッサ49bから吐出された圧縮空気をコンプレッサ49b入口に帰還させる。これにより、排気バイパス弁V3による流量制御の応答性を給気バイパス弁V2により補うと同時に、給気バイパス弁V2の制御幅を排気バイパス弁V3により補うことができる。従って、舶用用途での負荷変動や運転モードの切換時において、ガスモードにおける空燃比制御の追従性を良好なものとできる。
The
エンジン装置21は、図6に示すように、シリンダブロック25内に円筒形状のシリンダ77(気筒36)が挿入されており、シリンダ77内を上下方向にピストン78が往復動することで、シリンダ77下側のエンジン出力軸24を回転させる。シリンダブロック25上のシリンダヘッド26には、燃料油管42から燃料油(液体燃焼)が供給されるメイン燃料噴射弁79が、先端をシリンダ77に向けて挿入されている。この燃料噴射弁79は、シリンダ77の上端面の中心位置に先端を配置しており、ピストン78上面とシリンダ77の内壁面とで構成される主燃焼室に燃料油を噴射する。従って、エンジン装置21が拡散燃焼方式で駆動するとき、燃料噴射弁79から燃料油がシリンダ77内の主燃焼室に噴射されることで、主燃焼室では、圧縮空気と反応して拡散燃焼を発生させる。
As shown in FIG. 6, in the
各シリンダヘッド26において、メイン燃料噴射弁79の外周側に吸気弁80及び排気弁81を摺動可能に設置している。吸気弁80が開くことにより、吸気マニホールド67からの空気をシリンダ77内の主燃焼室に吸気させる一方で、排気弁81が開くことにより、シリンダ77内の主燃焼室での燃焼ガス(排気ガス)に排気マニホールド44へ排気させる。カムシャフト(図示省略)の回転に応じて、プッシュロッド(図示省略)それぞれが上下動することで、ロッカーアーム(図示省略)が揺動し、吸気弁80及び排気弁81それぞれを上下動させる。
In each
主燃焼室に着火火炎を発生させるパイロット燃料噴射弁82が、その先端がメイン燃料噴射弁79先端の近傍に配置されるように、各シリンダヘッド26に対して斜傾させて挿入されている。パイロット燃料噴射弁82は、マイクロパイロット噴射方式を採用しており、先端にパイロット燃料が噴射される副室を有している。即ち、パイロット燃料噴射弁82は、コモンレール47から供給されるパイロット燃料を副室に噴射して燃焼させて、シリンダ77内の主燃焼室の中心位置に着火火炎を発生させる。従って、エンジン装置21が予混合燃焼方式で駆動するとき、パイロット燃料噴射弁82で着火火炎が発生することで、吸気弁80を介してシリンダ77内の主燃焼室に供給される予混合ガスが反応し、予混合燃焼を発生させる。
A pilot
エンジン装置21は、図7に示すように、エンジン装置21の各部を制御するエンジン制御装置73を有している。エンジン装置21は、気筒36毎に、パイロット燃料噴射弁82、燃料噴射ポンプ89、及びガスインジェクタ98を設けている。エンジン制御装置73は、パイロット燃料噴射弁82、燃料噴射ポンプ89、及びガスインジェクタ98それぞれに制御信号を与えて、パイロット燃料噴射弁82によるパイロット燃料噴射、燃料噴射ポンプ89による燃料油供給、及びガスインジェクタ98によるガス燃料供給それぞれを制御する。
As shown in FIG. 7, the
エンジン装置21は、図7に示すように、排気カム、吸気カム、及び燃料カム(図示省略)を気筒36毎に備えたカム軸200を備えている。カム軸200は、ギア機構(図示省略)を介して、クランク軸24からの回転動力が伝達されることで、排気カム、吸気カム、及び燃料カムを回転させて、気筒36毎に、吸気弁80及び排気弁81を開閉させるとともに、燃料噴射ポンプ89を駆動させる。また、エンジン装置21は、燃料噴射ポンプ89におけるコントロールラック202のラック位置を調整する調速機201を備えている。調速機201は、カム軸200先端の回転数からエンジン装置21のエンジン回転数を測定し、燃料噴射ポンプ89におけるコントロールラック202のラック位置を設定し、燃料噴射量を調整する。
As shown in FIG. 7, the
エンジン制御装置73は、メインスロットル弁V1、給気バイパス弁V2、及び排気バイパス弁V3それぞれに制御信号を与えて、それぞれ弁開度を調節し、吸気マニホールド67における空気圧力(吸気マニホールド圧力)を調整する。エンジン制御装置73は、吸気マニホールド65における空気圧力を測定する圧力センサ39より測定信号を受け、吸気マニホールド圧力を検知する。エンジン制御装置73は、ワットトランスデューサやトルクセンサなどの負荷測定器19による測定信号を受け、エンジン装置21にかかる負荷を算出する。エンジン制御装置73は、クランク軸24の回転数を測定するパルスセンサなどのエンジン回転センサ20による測定信号を受け、エンジン装置21のエンジン回転数を検知する。
The
ディーゼルモードでエンジン装置21を運転する場合、エンジン制御装置73は、燃料噴射ポンプ89における制御弁を開閉制御して、各気筒36における燃焼を所定タイミングで発生させる。すなわち、各気筒36の噴射タイミングに合わせて、燃料噴射ポンプ89の制御弁を開くことで、メイン燃料噴射弁79を通じて各気筒36内に燃料油を噴射させ、気筒36内で発火させる。また、ディーゼルモードにおいて、エンジン制御装置73は、パイロット燃料及び燃料ガスの供給を停止させている。
When the
ディーゼルモードにおいて、エンジン制御装置73は、負荷測定器19で測定されたエンジン負荷(エンジン出力)と、エンジン回転センサ20で測定されたエンジン回転数とに基づいて、各気筒36におけるメイン燃料噴射弁79の噴射タイミングをフィードバック制御する。これにより、エンジン21は、推進兼発電機構12で必要とされるエンジン負荷を出力すると同時に、船舶の推進速度に応じたエンジン回転数で回転する。また、エンジン制御装置73は、圧力センサ39で測定された吸気マニホールド圧力に基づいて、メインスロットル弁V1の開度を制御することで、必要なエンジン出力に応じた空気流量となる圧縮空気を過給機49から吸気マニホールド67に供給させる。
In the diesel mode, the
ガスモードでエンジン装置21を運転する場合は、エンジン制御装置73は、ガスインジェクタ98における弁開度を調節して、各気筒36内に供給する燃料ガス流量を設定する。そして、エンジン制御装置73は、パイロット燃料噴射弁82を開閉制御して、各気筒36における燃焼を所定タイミングで発生させる。すなわち、ガスインジェクタ98が、弁開度に応じた流量の燃料ガスを吸気ポート37に供給して、吸気マニホールド67からの空気に混合して、予混合燃料を気筒36に供給させる。そして、各気筒36の噴射タイミングに合わせて、パイロット燃料噴射弁82の制御弁を開くことで、パイロット燃料の噴射による点火源を発生させ、予混合ガスを供給した気筒36内で発火させる。また、ガスモードにおいて、エンジン制御装置73は、燃料油の供給を停止させている。
When the
ガスモードにおいて、エンジン制御装置73は、負荷測定器19で測定されたエンジン負荷と、エンジン回転センサ20で測定されたエンジン回転数とに基づいて、ガスインジェクタ98による燃料ガス流量と、各気筒36におけるパイロット噴射弁82による噴射タイミングとをフィードバック制御する。また、エンジン制御装置73は、圧力センサ39で測定された吸気マニホールド圧力に基づいて、メインスロットル弁V1、給気バイパス弁V2、及び排気バイパス弁V3それぞれの開度を調節する。これにより、吸気マニホールド圧力を必要なンジン出力に応じた圧力に調節し、ガスインジェクタ98から供給される燃料ガスとの空燃比をエンジン出力に応じた値に調整できる。
In the gas mode, the
次に、上記概略構成を有するデュアルフューエルエンジン21(エンジン装置21)の詳細構成について、図8〜図10を参照して説明する。以下の説明において、減速機22との接続側を後側として、エンジン装置21の構成における前後左右の位置関係を指定するものとする。
Next, a detailed configuration of the dual fuel engine 21 (engine device 21) having the above-described schematic configuration will be described with reference to FIGS. In the following description, the front / rear / left / right positional relationship in the configuration of the
エンジン装置21は、図8〜図10に示すように、ベース台27(図2参照)上に据置されるシリンダブロック25に、複数のヘッドカバー40が前後一列に配列されたシリンダヘッド26を搭載している。エンジン装置21は、シリンダヘッド26の右側面に、ヘッドカバー40列と平行にガスマニホールド(気体燃料配管)41を延設する一方、シリンダブロック25の左側面に、ヘッドカバー40列と平行に燃料油管(液体燃料配管)42を延設している。また、ガスマニホールド41の上側において、後述の排気マニホールド(排気流路)44がヘッドカバー40列と平行に延設されている。
As shown in FIGS. 8 to 10, the
ヘッドカバー40列と排気マニホールド44との間には、シリンダヘッド26内の冷却水路と連結するシリンダヘッド上冷却水配管46が、ヘッドカバー40列と平行に延設されている。冷却水配管46の上側には、軽油等によるパイロット燃料を供給するコモンレール(パイロット燃料配管)47が、冷却水配管46と同様、ヘッドカバー40列と平行に延設されている。このとき、冷却水配管46が、シリンダヘッド26と連結して支持されるとともに、コモンレール47が、冷却水配管46と連結して支持される。
Between the
排気マニホールド44の前端(排気出口側)は、排気中継管48を介して、過給機49と接続されている。従って、排気マニホールド44を通じて排気される排気ガスが、排気中継管48を介して、過給機49のタービン49aに流入することで、タービン49aが回転して、タービン49aと同軸となるコンプレッサ49bを回転させる。過給機49は、エンジン装置21の前端上側に配置されており、その右側にタービン49aを、その左側にコンプレッサ49bをそれぞれ有する。そして、排気出口管50が、過給機49の右側に配置されるとともに、タービン49aの排気出口と連結し、タービン49aからの排気ガスを排気経路28(図2参照)に排気させる。
A front end (exhaust outlet side) of the
過給機49の下側には、過給機49のコンプレッサ49bからの圧縮空気を冷却させるインタークーラ51が配置されている。即ち、シリンダブロック25の前端側に、インタークーラ51が設置されるとともに、このインタークーラ51の上部に過給機49が載置される。過給機49の左右中層位置には、コンプレッサ49bの空気吐出口が、後方(シリンダブロック25側)に向かって開口するようにして設けられている。一方、インタークーラ51上面には、上方に向かって開口した空気吸入口が設けられており、この空気吸入口を通じて、コンプレッサ49bから吐出される圧縮空気が、インタークーラ51内部に流入する。そして、コンプレッサ49bの空気吐出口とインタークーラ51の空気吸入口とは、一端が接続されている吸気中継管52により連通される。この吸気中継管52は、上述のメインスロットル弁V1(図5参照)を有している。
An
エンジン装置21の前端面(正面)には、エンジン出力軸24の外周側に、冷却水ポンプ53、パイロット燃料ポンプ54、潤滑油ポンプ(プライミングポンプ)55、及び燃料油ポンプ56それぞれが設置されている。このとき、冷却水ポンプ53及び燃料油ポンプ56それぞれが左側面寄りの上下に配置され、パイロット燃料ポンプ54及び潤滑油ポンプ55それぞれが右側面寄りの上下に配置される。また、エンジン装置21の前端部分には、エンジン出力軸24の回転動力を伝達する回転伝達機構(図示省略)が設けられている。これにより、エンジン出力軸24からの回転動力が前記回転伝達機構を介して伝達されることで、エンジン出力軸24外周に設けられた冷却水ポンプ53、パイロット燃料ポンプ54、潤滑油ポンプ55、及び燃料油ポンプ56それぞれも回転する。更に、シリンダブロック25内において、冷却水ポンプ53の上側に、前後を軸方向とするカムシャフト(図示省略)が軸支されており、該カムシャフトも前記回転伝達機構を通じてエンジン出力軸24の回転動力が伝達されて回転する。
A cooling
シリンダブロック25の下側には、オイルパン57が設けられており、このオイルパン57に、シリンダブロック25を流れる潤滑油が溜まる。潤滑油ポンプ55は、潤滑油配管を介してオイルパン57と下側の吸引口で接続されており、オイルパン57に溜まっている潤滑油を吸引する。また、潤滑油ポンプ55は、上側の吐出口が潤滑油配管を介して潤滑油クーラ58の潤滑油入口と接続することで、オイルパン57から吸引した潤滑油を潤滑油クーラ58に供給する。潤滑油クーラ58は、その前方を潤滑油入口とする一方で後方を潤滑油出口とし、潤滑油出口を潤滑油コシキ59と潤滑油配管を介して連結させる。潤滑油コシキ59は、その前方を潤滑油入口とする一方で後方を潤滑油出口とし、潤滑油出口をシリンダブロック25と接続している。従って、潤滑油ポンプ55から送られてくる潤滑油は、潤滑油クーラ58で冷却された後に、潤滑油コシキ59で浄化される。
An
過給機49は、左右それぞれに振り分けて配置されたコンプレッサ49b及びタービン49aを同軸で軸支し、排気中継管48を通じて排気マニホールド44から導入されるタービン49aの回転に基づき、コンプレッサ49bが回転する。また、過給機49は、新気取り入れ側となるコンプレッサ49bの左側に、導入する外気を除塵する吸気フィルタ63と、吸気フィルタ63とコンプレッサ49bとを接続する新気通路管64とを備える。これにより、タービン49aと同期してコンプレッサ49bが回転することにより、吸気フィルタ63により吸引された外気(空気)は、過給機49を通じてコンプレッサ49bに導入される。そして、コンプレッサ49bは、左側から吸引した空気を圧縮して、後側に設置されている吸気中継管52に圧縮空気を吐出する。
The
吸気中継管52は、その上部前方を開口させて、コンプレッサ49b後方の吐出口と接続している一方で、その下側を開口させて、インタークーラ51上面の吸気口と接続している。また、インタークーラ51は、前面の通気路に設けた分岐口において、給気バイパス管66(給気バイパス流路17)の一端と接続しており、インタークーラ51で冷却した圧縮空気の一部を給気バイパス管66に吐出する。給気バイパス管66の他端が、新気通路管64の前面に設けた分岐口に接続して、インタークーラ51で冷却された圧縮空気の一部が、給気バイパス管66を通じて新気通路管64に環流し、給気フィルタ63からの外気と合流する。また、給気バイパス管66は、その中途部に、給気バイパス弁V2が配置されている。
The
インタークーラ51は、吸気中継管52を通じてコンプレッサ49bからの圧縮空気を左側後方から流入させると、給水配管62から給水される冷却水との熱交換作用に基づいて、圧縮空気を冷却させる。インタークーラ51内部において、左室で冷却された圧縮空気は、前方の通気路を流れて右室に導入された後、右室後方に設けられた吐出口を通じて、吸気マニホールド67に吐出される。吸気マニホールド67は、シリンダブロック25の右側面に設けられており、ガスマニホールド41の下側において、ヘッドカバー40列と平行に前後に延設されている。なお、給気バイパス弁V2の開度に応じて、インタークーラ51からコンプレッサ49bに環流させる圧縮空気の流量が決定されることで、吸気マニホールド67へ供給する圧縮空気の流量が設定される。
When the
また、過給機49のタービン49aは、後方の吸込口を排気中継管48と接続させており、右側の吐出口を排気出口管50と接続させている。これにより、過給機49は、排気中継管48を介して排気マニホールド44から排気ガスをタービン49a内部に導入させて、タービン49aを回転させると同時にコンプレッサ49bを回転させ、排気ガスを排気出口管50から排気経路28(図2参照)に排気する。排気中継管48は、その後方を開口させて、排気マニホールド44の吐出口と蛇腹管68を介して接続している一方で、その前方を開口させて、タービン49a後方の吸込口と接続している。
Further, the
また、排気中継管48の中途位置において、右側面側に分岐口が設けられており、この排気中継管48の分岐口に排気バイパス管69(排気バイパス流路18)の一端が接続されている。排気バイパス管69は、その他端が排気出口管50の後方に設けられた合流口と接続され、排気マニホールド44から吐出される排気ガスの一部を、過給機49を介さずに排気出口管50にバイパスさせる。また、排気バイパス管69は、その中途部に、排気バイパス弁V3が配置されており、排気バイパス弁V3の開度に応じて、排気マニホールド44から排気出口管50にバイパスさせる排気ガスの流量を設定し、タービン49aに供給する排ガス流量を調節する。
Further, a branch port is provided on the right side surface at a midway position of the
エンジン装置21の始動・停止等の制御を行う機側操作用制御装置71が、支持ステー(支持部材)72を介してインタークーラ51の左側面に固定されている。機側操作用制御装置71は、作業者によるエンジン装置21の始動・停止を受け付けるスイッチとともに、エンジン装置21各部の状態を表示するディスプレイを具備する。調速機201が、シリンダヘッド26の左側面前端に固定されている。シリンダブロック25の左側面後端側には、エンジン装置21を始動させるエンジン始動装置75が固定されている。
A machine-side
また、エンジン装置21各部の動作を制御するエンジン制御装置73が、支持ステー(支持部材)74を介して、シリンダブロック25の後端面に固定される。シリンダブロック25の後端側には、減速機22と連結して回転させるフライホイール76が設置されており、フライホイール76の上部に、エンジン制御装置73が配置されている。このエンジン制御装置73は、エンジン装置21各部におけるセンサ(圧力センサや温度センサ)と電気的に接続して、エンジン装置21各部の温度データや圧力データ等を収集するとともに、エンジン装置21各部における電磁弁等に信号を与え、エンジン装置21の各種動作(燃料油噴射、パイロット燃料噴射、ガス噴射、冷却水温度調整など)を制御する。
An
シリンダブロック25は、その左側面上側に段差部が設けてあり、このシリンダブロック25の段差部上面に、ヘッドカバー40及びシリンダヘッド26と同数の燃料噴射ポンプ89が設置されている。燃料噴射ポンプ89は、シリンダブロック25の左側面に沿って一列に配列されており、その左側面が燃料油管(液体燃料配管)42と連結しているとともに、その上端が燃料吐出管90を介して右前方のシリンダヘッド26の左側面と連結している。上下2本の燃料油管42は、一方が燃料噴射ポンプ89へ燃料油を供給する給油管であり、他方が燃料噴射ポンプ89から燃料油を戻す油戻り管である。また、燃料吐出管90は、シリンダヘッド26内の燃料流路を介してメイン燃料噴射弁79(図6参照)と接続することで、燃料噴射ポンプ89からの燃料油をメイン燃料噴射弁79に供給する。
The
燃料噴射ポンプ89は、シリンダブロック25の段差部上において、燃料吐出管90で接続されるシリンダヘッド26の左側後方となる位置に、ヘッドカバー40列に対して左側に並設されている。また、燃料噴射ポンプ89は、シリンダヘッド26と燃料油管42に挟まれた位置で一列に配列されている。燃料噴射ポンプ89は、シリンダブロック25内のカムシャフト(図示省略)におけるポンプ用カムの回転によりプランジャの押し上げ動作を行う。そして、燃料噴射ポンプ89は、プランジャの押し上げにより燃料油管42から供給される燃料油を高圧に上昇させ、燃料吐出管90を介して、シリンダヘッド26内の燃料噴射ポンプ89に高圧の燃料油を供給する。
The
コモンレール47の前端が、パイロット燃料ポンプ54の吐出側と接続されており、パイロット燃料ポンプ54から吐出されるパイロット燃料がコモンレール47に供給される。また、ガスマニホールド41は、排気マニホールド44と吸気マニホールド67の間となる高さ位置で、ヘッドカバー40列に沿って延設されている。ガスマニホールド41は、ガス入口管97と前端が接続して前後に延びているガス主管41aと、ガス主管41aの上面からシリンダヘッド26に向けて分岐させた複数のガス枝管41bとを備える。ガス主管41aは、その上面に等間隔で接続用フランジを備えており、ガス枝管41bの入口側フランジと締結されている。ガス枝管41bは、ガス主管41aとの連結部分と逆側の端部を、ガスインジェクタ98が上側から挿入されたスリーブの右側面と連結している。
The front end of the
次に、上記構成を有するデュアルフューエルエンジン21(エンジン装置21)をガスモードで運転したときの空気流量制御について、主に図11などを参照して説明する。 Next, air flow control when the dual fuel engine 21 (engine device 21) having the above configuration is operated in the gas mode will be described mainly with reference to FIG.
エンジン制御装置73は、図11に示すように、エンジン負荷が低負荷域(負荷L4以下の負荷域)であって所定負荷L1より低い場合には、メインスロットル弁V1の弁開度に対してフィードバック制御(PID制御)を行う。このとき、エンジン制御装置73は、エンジン負荷に応じた吸気マニホールド圧力の目標値(目標圧力)を設定する。そして、エンジン制御装置73は、圧力センサ39からの測定信号を受け、吸気マニホールド圧力の測定値(測定圧力)を確認し、目標圧力との差分を求める。これにより、エンジン制御装置73は、目標圧力と測定圧力の差分値に基づき、メインスロットル弁V1の弁開度のPID制御を実行し、吸気マニホールド67の空気圧力を目標圧力に近づける。
As shown in FIG. 11, when the engine load is in a low load range (a load range equal to or lower than the load L4) and lower than the predetermined load L1, the
エンジン制御装置73は、エンジン負荷が所定負荷L1以上となる場合には、メインスロットル弁V1の弁開度に対してマップ制御を行う。このとき、エンジン制御装置73は、エンジン負荷に対するメインスロットル弁V1の弁開度を記憶するデータテーブルDT1を参照し、エンジン負荷に対応したメインスロットル弁V1の弁開度を設定する。そして、エンジン制御装置73は、エンジン負荷が負荷L2(L1<L2<Lth<L4)以上となる場合には、メインスロットル弁V1を全開となるよう制御する。なお、負荷L2は、低負荷域であって、吸気マニホールド圧力が大気圧となる負荷Lthよりも低負荷に設定している。
The
エンジン制御装置73は、エンジン負荷が低負荷域であって所定負荷L3(Lth<L3<L4)より低い場合には、給気バイパス弁V2を全閉となるよう制御する。エンジン制御装置73は、エンジン負荷が所定負荷L3以上となる場合には、給気バイパス弁V2の弁開度に対してフィードバック制御(PID制御)を行う。このとき、エンジン制御装置73は、エンジン負荷に応じた目標圧力と圧力センサ39による測定圧力との差分値に基づき、給気バイパス弁V2の弁開度のPID制御を実行し、吸気マニホールド67の空気圧力を目標圧力に近づける。
The
エンジン制御装置73は、エンジン負荷全域で、排気バイパス弁V3の弁開度に対してマップ制御を行う。このとき、エンジン制御装置73は、エンジン負荷に対する排気バイパス弁V3の弁開度を記憶するデータテーブルDT2を参照し、エンジン負荷に対応した排気バイパス弁V3の弁開度を設定する。すなわち、エンジン負荷が所定負荷L1より低い場合には、排気バイパス弁V3を全開としており、所定負荷L1より高くなると、エンジン負荷に対して排気バイパス弁V3の開度を単調減少させて、所定負荷L2で、排気バイパス弁V3を全開とする。そして、エンジン負荷が所定負荷L2より高く所定負荷L3以下となる場合、排気バイパス弁V3を全閉としており、エンジン負荷が低負荷域の所定負荷L3より高くなると、エンジン負荷に対して排気バイパス弁V3の開度を単調増加させる。すなわち、排気バイパス弁V3を徐々に開ける。
The
図11に示すように、エンジン制御装置73は、エンジンにかかる負荷(エンジン負荷)が低負荷域であって第1所定負荷L3より高い場合に、メインスロットル弁V1の開度を全開とする。また、エンジン制御装置73は、給気バイパス弁V2に対してフィードバック制御(PID制御)を行うと同時に、排気バイパス弁V3に対してマップ制御を行うことで、吸気マニホールド67の圧力を負荷に応じた目標値に調整する。そして、エンジンに負荷が第1所定負荷L3となっているとき、給気バイパス弁V2及び排気バイパス弁V3それぞれを全閉としている。
As shown in FIG. 11, the
過給機49をディーゼルモード仕様に最適化した場合に、ガスモード運転時においても、エンジン負荷の変動に合わせて給気バイパス弁V2の開度を制御することにより、吸気マニホールド67の圧力制御を応答性の良好なものとできる。そのため、負荷変動時において、燃焼に必要な空気量の過不足を防止でき、ディーゼルモードで最適化した過給機49を使用したエンジン装置21であっても、ガスモードで最適に稼働できる。
When the
また、エンジン負荷の変動に合わせて排気バイパス弁V3の開度を制御することにより、気体燃料の燃焼に必要な空燃比に合わせた空気をエンジン装置21に供給できる。また、応答性の良い給気バイパス弁V2による制御動作を併用することで、ガスモードにおける負荷変動への応答速度を速めることができるため、負荷変動時において、燃焼に必要な空気量の不足に基づくノッキングを防止できる。
Further, by controlling the opening degree of the exhaust bypass valve V3 in accordance with the fluctuation of the engine load, it is possible to supply the
また、低負荷域において、第1所定負荷L3より低い値となる第2所定負荷L1よりエンジン負荷が低い場合に、メインスロットル弁V1に対してフィードバック制御(PID制御)を行う。一方、エンジン制御装置73は、エンジン負荷が第2所定負荷L1より高い場合に、メインスロットル弁V1に対してデータテーブルDT1に基づくマップ制御を行う。更に、エンジン負荷が所定負荷L1より低い場合には、給気バイパス弁V2を全閉とするとともに、排気バイパス弁V3を全開とする。すなわち、排気マニホールド44圧力が大気圧より低い負圧となる場合、排気バス弁V3を全開として、タービン49aの駆動を停止させることで、過給機49におけるサージングなどを防止できる。また、給気バイパス弁V2を全閉とすることで、低負荷時において、メインスロットル弁V1による吸気マニホールド圧力の制御を応答性の高いものとできる。
In the low load range, when the engine load is lower than the second predetermined load L1, which is lower than the first predetermined load L3, feedback control (PID control) is performed on the main throttle valve V1. On the other hand, when the engine load is higher than the second predetermined load L1, the
また、エンジン負荷が第2所定負荷L1以上であって、第1及び第2所定負荷L3,L1の間との値となる第3所定負荷L2よりも低い場合、メインスロットル弁V1に対してデータテーブルDT1に基づくマップ制御を行う。また、給気バイパス弁V2を全閉とするとともに、排気バイパス弁V3をデータテーブルDT2に基づくマップ制御を行う。そして、エンジン負荷が第1所定負荷L3となるとき、メインスロットル弁V1を全開とする一方、給気バイパス弁V2及び排気バイパス弁V3を全閉として、ディーゼルモードからガスモード切換可能な状態とする。 Further, when the engine load is equal to or higher than the second predetermined load L1 and lower than the third predetermined load L2, which is a value between the first and second predetermined loads L3 and L1, data is sent to the main throttle valve V1. Map control based on the table DT1 is performed. Further, the air supply bypass valve V2 is fully closed, and the exhaust bypass valve V3 is subjected to map control based on the data table DT2. When the engine load becomes the first predetermined load L3, the main throttle valve V1 is fully opened, while the supply air bypass valve V2 and the exhaust bypass valve V3 are fully closed, so that the gas mode can be switched from the diesel mode. .
エンジン制御装置73は、ガスモード運転時において、図12に示すように、負荷測定器19で測定されたエンジン負荷(発電機出力又はエンジントルク)Acを受けると、目標点火時期マップM4を参照して、スパークプラグ82の目標点火時期(通常点火時期)を決定する。目標点火時期マップM4は、エンジン負荷Acと目標点火時期DTmとの相関を表すものであり、エンジン負荷Acに対して目標点火時期DTmを決定するものである。また、エンジン制御装置73は、気体燃料を空気に予混合させた予混合燃料における空気量が不足していると判定した場合、点火時期を段階的に遅角制御する一方、空気量が充足していると判定した場合、点火時期を段階的に進角制御する。
When the
すなわち、エンジン制御装置73は、図12に示すように、目標点火時期マップM4を参照して目標点火時期DTmを設定するとともに、遅角設定マップM5を参照して、遅角量ΔDTdを設定することで、点火時期DTm+ΔDTdにスパークプラグ82を点火させる。目標点火時期マップM4は、負荷測定器19で測定されたエンジン負荷(発電機出力又はエンジントルク)Acと目標点火時期DTmとの相関を表すものであり、エンジン負荷Acに対して目標点火時期DTmを決定するものである。遅角設定マップM5は、空気量の不足状態を予測されるパラメータと遅角量ΔDTdとの相関を表すものであり、予測される空気量の不足状態に対して遅角量ΔDTdを決定するものである。
That is, as shown in FIG. 12, the
遅角設定マップM5は、図12に示すように、遅角量ΔDtdを、吸気マニホールド圧力の目標値Pa0(目標圧力)と吸気マニホールド圧力の実測値Pa(測定圧力)との差分(Pa0−Pa)に応じて段階的に変化させている。すなわち、吸気マニホールド圧力差(Pa0−Pa)がΔP1以上となると、遅角量ΔDtdを値ΔDT1に設定し、吸気マニホールド圧力差(Pa0−Pa)がΔP2(ΔP2>ΔP1)以上となると、遅角量ΔDtdを値ΔDT2(ΔDT2>ΔDT1)に設定し、吸気マニホールド圧力差(Pa0−Pa)がΔP3(ΔP3>ΔP2)以上となると、遅角量ΔDtdを値ΔDT3(ΔDT3>ΔDT2)に設定する。即ち、遅角設定マップM5は、目標圧力から測定圧力を減じた差分に対して遅角量を単純増加させた値を断続的に記憶している。 As shown in FIG. 12, the retard setting map M5 determines the retard amount ΔDtd as a difference (Pa0−Pa) between the target value Pa0 (target pressure) of the intake manifold pressure and the actual value Pa (measured pressure) of the intake manifold pressure. ) In stages. That is, when the intake manifold pressure difference (Pa0−Pa) is equal to or greater than ΔP1, the retardation amount ΔDtd is set to the value ΔDT1, and when the intake manifold pressure difference (Pa0−Pa) is equal to or greater than ΔP2 (ΔP2> ΔP1). The amount ΔDtd is set to the value ΔDT2 (ΔDT2> ΔDT1), and when the intake manifold pressure difference (Pa0−Pa) becomes equal to or larger than ΔP3 (ΔP3> ΔP2), the retardation amount ΔDtd is set to the value ΔDT3 (ΔDT3> ΔDT2). That is, the retard setting map M5 intermittently stores a value obtained by simply increasing the retard amount with respect to the difference obtained by subtracting the measured pressure from the target pressure.
ガスモード運転時におけるエンジン制御装置73による点火時期の設定制御の詳細について、図12のフローチャートを参照して以下に説明する。エンジン制御装置73は、図12に示すように、負荷測定器19で測定されたエンジン負荷(発電機出力又はエンジントルク)Acを受けると(STEP101)、目標点火時期マップM4を参照して、スパークプラグ82の目標点火時期(通常点火時期)DTmを決定して記憶する(STEP102)。エンジン制御装置73は、目標点火時期DTmを決定した後、吸気マニホールド圧力センサ39による吸気マニホールド圧力の実測値Pa(測定圧力)を受ける(STEP103)。
Details of the ignition timing setting control by the
次いで、エンジン制御装置73は、遅角設定マップM5を参照して、図12のフローチャートに基づく弁制御動作において設定した吸気マニホールド圧力の目標値Pa0(目標圧力)と吸気マニホールド圧力の実測値Pa(測定圧力)との差分(Pa0−Pa)に基づき、遅角量ΔDTdを決定する(STEP104)。そして、エンジン制御装置73は、STEP401で記憶した目標点火時期DTmとSTEP404で決定した遅角量ΔDTdより、点火時期DTm+ΔDTdを設定する(STEP105)。
Next, the
このエンジン制御装置73による点火時期の設定制御において、遅角設定マップM5を参照して遅角量を決定するため、目標圧力Pa0と測定圧量Paの差分に基づいて推定される空気の不足量に合わせて段階的に点火時期を遅角させることができる。従って、出力の変動に基づくノッキングの発生率を低下させる一方で、熱効率(エンジン出力効率)の低下を最低限に抑制できる。
In the ignition timing setting control by the
このガスモード運転時におけるエンジン制御装置73による点火時期の設定制御により、図13に示す如く、目標圧力Pa0と測定圧量Paの差分の大きさに応じて、点火時期DTdを遅角させることができる。従って、出力の変動に基づくノッキングの発生率を低下させることができるように点火時期DTdを遅角できる一方で、その遅角範囲を最適に制限できるため、点火時期の遅角に基づく熱効率(エンジン出力効率)の低下を最低限に抑制できる。
By the ignition timing setting control by the
なお、上述のガスモード運転時における点火時期の設定制御では、目標圧力Pa0と測定圧量Paの差分に基づき空気量の過不足を確認するものとしたが、別のパラメータにより空気量の過不足を確認するものとしても構わない。以下では、エンジン制御装置73による点火時期の設定制御の第1変形例を、図14のフローチャートを参照して説明する。図14のフローチャートにおいて、図12のフローチャートと同一の動作ステップについては、上述の説明を参照するものとして、その詳細な説明は省略する。
In the above-described ignition timing setting control during the gas mode operation, it is assumed that the air amount is excessive or insufficient based on the difference between the target pressure Pa0 and the measured pressure amount Pa. It does not matter as a confirmation. Below, the 1st modification of the setting control of the ignition timing by the
本変形例では、エンジン制御装置73は、目標点火時期マップM4を参照して、エンジン負荷Acに基づいて、目標点火時期DTmを決定した後(STEP101〜STEP102)、吸気マニホールド67における空気流量(吸気マニホールド流量)の実測値Fa(測定流量)を流量センサ(図示省略)より受ける(STEP113)。その後、エンジン制御装置73は、遅角設定マップM5Aを参照して、エンジン負荷Acなどから設定した吸気マニホールド流量の目標値Fa0(目標流量)と吸気マニホールド流量の実測値Fa(測定流量)との差分(Fa0−Fa)に基づき、遅角量ΔDTdを決定し(STEP114)、点火時期DTm+ΔDTdを設定する(STEP105)。なお、遅角設定マップM5Aは、目標流量から測定流量を減じた差分に対して遅角量を単純増加させた値を断続的に記憶している。
In this modification, the
次いで、エンジン制御装置73による点火時期の設定制御の第2変形例を、図15のフローチャートを参照して説明する。図15のフローチャートにおいて、図12のフローチャートと同一の動作ステップについては、上述の説明を参照するものとして、その詳細な説明は省略する。
Next, a second modification of the ignition timing setting control by the
本変形例では、エンジン制御装置73は、目標点火時期マップM4を参照して、エンジン負荷Acに基づいて、目標点火時期DTmを決定した後(STEP101〜STEP102)、エンジン負荷Acの変化量(出力変化量)ΔAcを算出する(STEP123)。このとき、例えば、前回測定したエンジン負荷Acとの差分により出力変化量ΔAcを算出するものとしてもよい。その後、エンジン制御装置73は、遅角設定マップM5Bを参照して、出力変化量ΔAcに基づき、遅角量ΔDTdを決定し(STEP124)、点火時期DTm+ΔDTdを設定する(STEP105)。なお、遅角設定マップM5Bは、出力変化量ΔAcに対して遅角量を単純増加させた値を断続的に記憶している。
In this modification, the
更に、遅角設定マップM5を上記の2次元マップではなく、空気量の不足状態を予測されるパラメータ及びエンジン負荷(発電機出力又はエンジントルク)Acと遅角量ΔDTdとの相関を表す3次元マップとしても構わない。即ち、図12のフローチャートの例において、STEP104で、図16に示す遅角設定マップM5Cを参照して、目標圧力Pa0と測定圧力Paとによる差分(Pa0−Pa)とエンジン負荷Acとにより、遅角量ΔDtdを決定する。このように3次元の遅角設定マップM5Cを参照するものとすることで、より高精度に遅角制御を実行できるため、ノッキングの発生を未然に防止しながらも、熱効率(エンジン出力効率)の低下を抑制できる。 Further, the retard angle setting map M5 is not a two-dimensional map as described above, but a three-dimensional parameter that represents a correlation between a parameter for predicting an insufficient air amount, engine load (generator output or engine torque) Ac, and retard amount ΔDTd. It does not matter as a map. That is, in the example of the flowchart of FIG. 12, in STEP 104, referring to the retard angle setting map M5C shown in FIG. 16, the delay (Pa0-Pa) between the target pressure Pa0 and the measured pressure Pa and the engine load Ac are delayed. The angular amount ΔDtd is determined. By referring to the three-dimensional retard angle setting map M5C in this way, the retard angle control can be executed with higher accuracy, so that the occurrence of knocking can be prevented and the thermal efficiency (engine output efficiency) can be reduced. Reduction can be suppressed.
図16に示す遅角設定マップM5Cの例では、エンジン負荷AcがAc1以上Ac2未満である場合に、図中の2点鎖線に示すように、吸気マニホールド圧力差(Pa0−Pa)がΔP1以上となると、遅角量ΔDtdを値ΔDT1aに設定し、吸気マニホールド圧力差(Pa0−Pa)がΔP2以上となると、遅角量ΔDtdを値ΔDT2a(ΔDT2a>ΔDT1a)に設定し、吸気マニホールド圧力差(Pa0−Pa)がΔP3以上となると、遅角量ΔDtdを値ΔDT3a(ΔDT3a>ΔDT2a)に設定する。 In the example of the retard setting map M5C shown in FIG. 16, when the engine load Ac is greater than or equal to Ac1 and less than Ac2, the intake manifold pressure difference (Pa0-Pa) is greater than or equal to ΔP1 as indicated by the two-dot chain line in the figure. Then, the retardation amount ΔDtd is set to the value ΔDT1a, and when the intake manifold pressure difference (Pa0−Pa) becomes equal to or larger than ΔP2, the retardation amount ΔDtd is set to the value ΔDT2a (ΔDT2a> ΔDT1a), and the intake manifold pressure difference (Pa0). When -Pa) is equal to or greater than ΔP3, the retardation amount ΔDtd is set to the value ΔDT3a (ΔDT3a> ΔDT2a).
また、エンジン負荷AcがAc2以上Ac3未満である場合に、図中の実線に示すように、吸気マニホールド圧力差(Pa0−Pa)がΔP1以上となると、遅角量ΔDtdを値ΔDT1b(ΔDT1b>ΔDt1a)に設定し、吸気マニホールド圧力差(Pa0−Pa)がΔP2以上となると、遅角量ΔDtdを値ΔDT2b(ΔDT2b>ΔDT1b且つΔDT2b>ΔDt2a)に設定し、吸気マニホールド圧力差(Pa0−Pa)がΔP3以上となると、遅角量ΔDtdを値ΔDT3b(ΔDT3b>ΔDT2b且つΔDT3b>ΔDt3a)に設定する。 Further, when the engine load Ac is equal to or greater than Ac2 and less than Ac3 and the intake manifold pressure difference (Pa0−Pa) is equal to or greater than ΔP1, as shown by the solid line in the figure, the retardation amount ΔDtd is set to the value ΔDT1b (ΔDT1b> ΔDt1a ) And the intake manifold pressure difference (Pa0-Pa) is greater than or equal to ΔP2, the retardation amount ΔDtd is set to the value ΔDT2b (ΔDT2b> ΔDT1b and ΔDT2b> ΔDt2a), and the intake manifold pressure difference (Pa0-Pa) is When ΔP3 or more, the retardation amount ΔDtd is set to a value ΔDT3b (ΔDT3b> ΔDT2b and ΔDT3b> ΔDt3a).
更に、エンジン負荷AcがAc3以上である場合に、図中の1点鎖線に示すように、吸気マニホールド圧力差(Pa0−Pa)がΔP1以上となると、遅角量ΔDtdを値ΔDT1c(ΔDT1c>ΔDt1b)に設定し、吸気マニホールド圧力差(Pa0−Pa)がΔP2以上となると、遅角量ΔDtdを値ΔDT2c(ΔDT2c>ΔDT1c且つΔDT2c>ΔDt2b)に設定し、吸気マニホールド圧力差(Pa0−Pa)がΔP3以上となると、遅角量ΔDtdを値ΔDT3c(ΔDT3c>ΔDT2c且つΔDT3c>ΔDt3b)に設定する。 Further, when the engine load Ac is equal to or greater than Ac3 and the intake manifold pressure difference (Pa0-Pa) is equal to or greater than ΔP1, as shown by the one-dot chain line in the figure, the retardation amount ΔDtd is set to the value ΔDT1c (ΔDT1c> ΔDt1b ) And the intake manifold pressure difference (Pa0-Pa) is greater than or equal to ΔP2, the retardation amount ΔDtd is set to the value ΔDT2c (ΔDT2c> ΔDT1c and ΔDT2c> ΔDt2b), and the intake manifold pressure difference (Pa0-Pa) is When ΔP3 or more, the retardation amount ΔDtd is set to the value ΔDT3c (ΔDT3c> ΔDT2c and ΔDT3c> ΔDt3b).
なお、遅角量ΔDTdを設定する際に3次元マップによる遅角設定マップを参照する場合、図14のフローチャートの例においては、目標流量Fa0と測定流量Faとによる差分(Fa0−Fa)とエンジン負荷Acとにより、遅角量ΔDtdを決定する。また、図15のフローチャートの例においては、エンジン負荷Acの変化量(出力変化量)ΔAcとエンジン負荷Acとにより、遅角量ΔDtdを決定する。 When referring to the retardation setting map based on the three-dimensional map when setting the retardation amount ΔDTd, in the example of the flowchart of FIG. 14, the difference (Fa0−Fa) between the target flow rate Fa0 and the measured flow rate Fa and the engine The retardation amount ΔDtd is determined based on the load Ac. In the example of the flowchart of FIG. 15, the retardation amount ΔDtd is determined based on the change amount (output change amount) ΔAc of the engine load Ac and the engine load Ac.
本実施形態において、上述の点火時期の設定制御のように、空気量の過不足を判定するパラメータ量に基づいて点火時期の遅角量をあらかじめ記憶させるものとしたが、例えば、進角量及び遅角量それぞれをΔtで一定として段階的に変化させるものとしても構わない。以下では、別実施形態(第2実施形態)となるエンジン装置におけるガスモード運転時の制御動作を、図17を参照して説明する。また、以下の実施形態では、吸気マニホールド圧力の目標値Pa0(目標圧力)と吸気マニホールド圧力の実測値Pa(測定圧力)との差分(Pa0−Pa)により、空気量の不足状態を予測する例を挙げて説明する。 In the present embodiment, as in the ignition timing setting control described above, the ignition timing retardation amount is stored in advance based on the parameter amount for determining whether the air amount is excessive or insufficient. Each retardation amount may be changed stepwise by making Δt constant. Below, the control action at the time of the gas mode driving | operation in the engine apparatus used as another embodiment (2nd Embodiment) is demonstrated with reference to FIG. Further, in the following embodiment, an example in which an air amount shortage state is predicted based on a difference (Pa0−Pa) between a target value Pa0 (target pressure) of the intake manifold pressure and a measured value Pa (measured pressure) of the intake manifold pressure. Will be described.
第2実施形態におけるエンジン装置では、図17に示すように、ガスモード運転時において、エンジン制御装置73が、負荷測定器19で測定されたエンジン負荷Acを受けると(STEP301)、目標点火時期マップM4を参照して、目標点火時期DTmを決定して記憶する(STEP302)。エンジン制御装置73は、目標点火時期DTmを決定した後、吸気マニホールド圧力センサ39による吸気マニホールド圧力の実測値Pa(測定圧力)を受ける(STEP303)。その後、エンジン制御装置73は、設定した吸気マニホールド圧力の目標値Pa0(目標圧力)と吸気マニホールド圧力の実測値Pa(測定圧力)との差分(Pa0−Pa)に基づき、空気量の不足の有無を判定する(STEP304)。
In the engine device according to the second embodiment, as shown in FIG. 17, when the
エンジン制御装置73は、目標圧力Pa0と測定圧力Paの差分(Pa0−Pa)が所定圧力差Pathより大きい場合(STEP304でYes)、空気量が不足するものと判定し、STEP305以降の遅角制御に移行する。一方、目標圧力Pa0と測定圧力Paの差分(Pa0−Pa)が所定圧力差Path以下となる場合(STEP304でNo)、空気量が充足しているものと判定し、STEP307以降の進角制御に移行する。
When the difference (Pa0-Pa) between the target pressure Pa0 and the measured pressure Pa is larger than the predetermined pressure difference Path (Yes in STEP304), the
エンジン制御装置73は、遅角制御に移行すると、まず、設定した点火時期DTdが遅角限界値となる点火時期(限界点火時期)DTlimであるか否かを確認する(STEP305)。そして、点火時期DTdが限界点火時期DTlimに至っていない場合に(STEP305でNo)、点火時期DTdを所定量Δdt(例えば、1°)だけ遅角させる(STEP306)。すなわち、エンジン制御装置73は、遅角制御中において、遅角限界値に達した場合、遅角制御を停止する。
When the
このエンジン制御装置73による遅角制御により、目標圧力Pa0と測定圧量Paの差分に基づき空気量に不足があるものと推定される場合に、限界点火時期DTlimに至るまで段階的に点火時期DTdを遅角させることができる。従って、出力の変動に基づくノッキングの発生率を低下させることができるように点火時期DTdを遅角できる一方で、その遅角範囲を最適に制限できるため、点火時期の遅角に基づく熱効率(エンジン出力効率)の低下を最低限に抑制できる。
When it is estimated that the air amount is insufficient based on the difference between the target pressure Pa0 and the measured pressure amount Pa by the retard angle control by the
エンジン制御装置73は、進角制御に移行すると、まず、設定した点火時期DTdが目標点火時期DTmであるか否かを確認する(STEP307)。そして、点火時期DTdが目標点火時期DTmに至っていない場合に(STEP305でNo)、点火時期DTdを所定量Δdtだけ進角させる(STEP308)。すなわち、エンジン制御装置73は、進角制御中において、点火時期DTdが通常運転時のものとなった場合、進角制御を停止する。
When the
このエンジン制御装置73による進角制御により、目標圧力Pa0と測定圧量Paの差分に基づき空気量が充足しているものと推定される場合に、通常運転時の目標点火時期DTmに至るまで段階的に点火時期DTdを進角させることができる。従って、出力が安定したものとして点火時期DTdを進角させてその熱効率を向上させると同時に、点火時期DTdを徐々に変化させていることから、出力が再変動した場合においても、ノッキングの発生率を抑制できる。
When it is estimated that the air amount is satisfied based on the difference between the target pressure Pa0 and the measured pressure amount Pa by the advance angle control by the
なお、本実施形態において、STEP304における、空気量の不足状態を予測されるパラメータを、吸気マニホールド圧力の目標値Pa0(目標圧力)と吸気マニホールド圧力の実測値Pa(測定圧力)との差分(Pa0−Pa)としたが、これに限られるものではない。即ち、遅角設定マップM5における、空気量の不足状態を予測されるパラメータを、上述の第1変形例と同様、吸気マニホールド流量の目標値Fa0(目標流量)と吸気マニホールド流量の実測値Fa(測定流量)との差分(Fa0−Fa)としても構わないし、上述の第2変形例と同様、エンジン負荷Acの変化量(出力変化量)ΔAcとしても構わない。 In this embodiment, in STEP 304, the parameter for which the air amount shortage state is predicted is the difference (Pa0) between the target value Pa0 (target pressure) of the intake manifold pressure and the actual value Pa (measured pressure) of the intake manifold pressure. -Pa), but is not limited to this. That is, in the retard setting map M5, the parameters for predicting the shortage of the air amount are set as the intake manifold flow rate target value Fa0 (target flow rate) and the intake manifold flow rate actual value Fa ( The difference (Fa0−Fa) from the measured flow rate may be used, or the change amount (output change amount) ΔAc of the engine load Ac may be used as in the second modified example.
その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。また、本実施形態のエンジン装置は、船体内の電気系統に電力を供給するための発電装置や陸上の発電施設における駆動源として構成するなど、上述の推進兼発電機構以外の構成においても適用可能である。更に、本願発明のエンジン装置として、デュアルフューエルエンジンを例に挙げて説明したが、気体燃料を燃焼させるガスエンジンにおいて、ガスモードにおける上述の各制御動作を適用できる。また、着火方式をマイクロパイロット噴射方式によるものとしたが、副室で火花点火させる構成としても構わない。 In addition, the structure of each part is not limited to embodiment of illustration, A various change is possible in the range which does not deviate from the meaning of this invention. The engine device of the present embodiment can also be applied to configurations other than the propulsion and power generation mechanism described above, such as a power generation device for supplying power to the electrical system in the hull and a drive source in a power generation facility on land. It is. Furthermore, although the dual fuel engine has been described as an example of the engine device of the present invention, the above-described control operations in the gas mode can be applied to a gas engine that burns gaseous fuel. Further, although the ignition method is based on the micro pilot injection method, a configuration in which spark ignition is performed in the sub chamber may be employed.
1 船舶
2 船体
4 ファンネル
5 プロペラ
9 推進軸
11 機関室
12 推進兼発電機構
17 給気バイパス流路
18 排気バイパス流路
19 負荷測定器
20 エンジン回転センサ
21 エンジン装置(デュアルフューエルエンジン)
22 減速機
23 軸駆動発電機
24 出力軸(クランク軸)
25 シリンダブロック
26 シリンダヘッド
36 気筒
37 吸気ポート
38 排気ポート
39 圧力センサ
40 ヘッドカバー
41 ガスマニホールド(気体燃料配管)
42 燃料油管(液体燃料配管)
43 サイドカバー
44 排気マニホールド
45 遮熱カバー
46 冷却水配管
47 コモンレール(パイロット燃料配管)
48 排気中継管
49 過給機
51 インタークーラ
53 冷却水ポンプ
54 パイロット燃料ポンプ
55 潤滑油ポンプ
56 燃料油ポンプ
57 オイルパン
58 潤滑油クーラ
59 潤滑油コシキ
67 吸気マニホールド
79 メイン燃料噴射弁
80 吸気弁
81 排気弁
82 パイロット燃料噴射弁
89 燃料噴射ポンプ
98 ガスインジェクタ
DESCRIPTION OF
22
25
42 Fuel oil pipe (liquid fuel pipe)
43 Side cover 44 Exhaust manifold 45
48
Claims (6)
前記着火装置による点火時期を遅角制御するための遅角量を前記シリンダ内の予混合燃料における空燃比に応じて段階的に記憶させた遅角量設定マップと、予混合させた前記予混合燃料の空燃比を推定する制御部とを備えており、
該制御部は、前記遅角量設定マップを参照し、推定した前記予混合燃料の空燃比により前記着火装置による点火時期を遅角制御することを特徴とするエンジン装置。 An intake manifold for supplying air into the cylinder, an exhaust manifold for exhausting exhaust gas from the cylinder, a gas injector for mixing gaseous fuel with the air supplied from the intake manifold, and premixing the gaseous fuel with air An engine device including an ignition device that ignites the premixed fuel in the cylinder;
A retard amount setting map in which a retard amount for retarding the ignition timing by the ignition device is stored stepwise according to an air-fuel ratio in the premixed fuel in the cylinder, and the premixed premix A control unit that estimates the air-fuel ratio of the fuel,
The engine unit refers to the retard amount setting map, and retards the ignition timing by the ignition device based on the estimated air-fuel ratio of the premixed fuel.
前記制御部は、前記遅角量設定マップを参照することで、前記目標圧力から前記測定圧力により空燃比を推定して、前記点火時期を遅角制御することを特徴とする請求項1に記載のエンジン装置。 The control unit receives an intake manifold pressure measured by the intake manifold as a measured pressure, calculates a difference obtained by subtracting the measured pressure from a target pressure that is a target value at the intake manifold, and the retard amount setting map Stores a value obtained by simply increasing the amount of retardation with respect to the difference obtained by subtracting the measured pressure from the target pressure,
The said control part estimates an air fuel ratio with the said measurement pressure from the said target pressure with reference to the said retard amount setting map, and retards the said ignition timing, It is characterized by the above-mentioned. Engine equipment.
前記制御部は、前記遅角量設定マップを参照することで、前記目標流量から前記測定流量により空燃比を推定して、前記点火時期を遅角制御することを特徴とする請求項1に記載のエンジン装置。 The control unit receives an air flow rate measured by the intake manifold as a measured flow rate, calculates a difference obtained by subtracting the measured flow rate from a target flow rate that is a target value at the intake manifold, and the retardation amount setting map includes , Storing a value obtained by simply increasing the retardation amount with respect to the difference obtained by subtracting the measured flow rate from the target flow rate,
2. The control unit according to claim 1, wherein the ignition timing is retarded by estimating an air-fuel ratio from the target flow rate based on the measured flow rate by referring to the retard amount setting map. Engine equipment.
前記制御部は、前記遅角量設定マップを参照することで、前記出力変化量により空燃比を推定して、前記点火時期を遅角制御することを特徴とする請求項1に記載のエンジン装置。 The control unit calculates the engine output change amount, and the retard amount setting map stores a value obtained by simply increasing the retard amount with respect to the engine output change amount,
2. The engine device according to claim 1, wherein the control unit estimates an air-fuel ratio based on the output change amount by referring to the retard amount setting map and retards the ignition timing. .
前記排気マニホールド出口と前記過給機の排気出口とを結ぶ排気バイパス流路を備えるとともに、前記排気バイパス流路に排気バイパス弁を配置する一方、前記過給機のコンプレッサをバイパスする給気バイパス流路を備えるとともに、前記給気バイパス流路に給気バイパス弁を配置しており、
前記気体燃料及び前記液体燃料を択一的に選択して燃焼させて駆動する構成を有していることを特徴とする請求項1〜5のいずれか一項に記載のエンジン装置。 A main fuel injection valve for injecting and burning liquid fuel into the cylinder; a supercharger for compressing air by exhaust gas from the exhaust manifold; and cooling the compressed air compressed by the supercharger to cool the intake air An intercooler that supplies the manifold,
An exhaust bypass flow path that connects the exhaust manifold outlet and the exhaust outlet of the supercharger, and an exhaust bypass valve is disposed in the exhaust bypass flow path, while an intake bypass flow that bypasses the compressor of the supercharger And a supply air bypass valve is disposed in the supply air bypass flow path,
The engine device according to any one of claims 1 to 5, wherein the engine device has a configuration in which the gaseous fuel and the liquid fuel are selectively selected and burned to be driven.
Priority Applications (6)
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