JP2018119485A - 副室式ガスエンジン - Google Patents
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Abstract
Description
主燃焼室に連通する副室を有する副室式ガスエンジンにおいて、
副室燃料が流れる副室燃料供給ラインと、
前記副室燃料供給ラインに接続される、前記副室への前記副室燃料の供給を制御する副室燃料供給弁であって、前記副室燃料供給ラインの圧力である副室燃料ライン圧力が前記副室の圧力である副室圧力よりも大きくなると開弁する副室燃料供給弁と、
前記副室燃料供給ラインに設置された、前記副室燃料ライン圧力を調整可能な副室燃料ライン圧調整弁と、
前記主燃焼室を形成するシリンダと排気通路との連通状態を制御する排気バルブの開弁時における前記副室圧力に相関する圧力である排気時副室圧力を取得可能な排気時副室圧取得手段と、
前記副室燃料ライン圧調整弁の弁開度を制御するよう構成された弁開度制御装置と、を備え、
前記弁開度制御装置は、前記排気時副室圧取得手段によって取得された前記排気時副室圧力に応じて、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されている。
前記弁開度制御装置は、前記排気時副室圧力が大きくなると、前記副室燃料ライン圧力が大きくなるように前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御し、前記排気時副室圧力が小さくなると、前記副室燃料ライン圧力が小さくなるように前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されている。
上記(2)の構成によれば、弁開度制御装置は、排気時の排気圧力の変化によって生じる、副室燃料ライン圧力と副室圧力との差圧の変化を打ち消すように、副室燃料ライン圧調整弁の弁開度を排気圧力の変化に応じて制御する。これによって、副室燃料供給弁からの副室燃料の供給量が、排気時において過大あるいは過少となるのを防止することができる。
前記副室燃料供給ラインの前記副室燃料ライン圧力を検出する副室燃料ライン圧力検出手段を、さらに備え、
前記弁開度制御装置は、前記副室燃料ライン圧力検出手段によって検出された前記副室燃料ライン圧力と、前記排気時副室圧取得手段によって取得された前記排気時副室圧力との差圧が目標差圧となるように、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されている。
上記(3)の構成によれば、排気時において、副室燃料ライン圧力と副室圧力(排気時副室圧力)との差圧が目標差圧となるように制御される。これによって、副室燃料ライン圧力が副室圧力よりも大きくなると開弁(燃料供給)する副室燃料供給弁からの副室燃料の供給量を、排気時において所望の量となるように制御することができる。
前記排気通路を流れる排ガスによって回転駆動されるタービンを有するターボチャージャと、
前記タービンを迂回して前記排ガスが流れることを可能とする排気バイパス通路に設けられた、前記排気バイパス通路を流れる前記排ガスの流量を制御可能な排気バイパス弁と、をさらに備える。
上記(4)の構成によれば、排気バイパス通路に設けられた排気バイパス弁の弁開度が変化されることによって排気圧力が変化するような場合であっても、排気圧力の変化に応じて副室燃料ライン圧力を制御することにより、副室燃料ライン圧力が副室圧力よりも大きくなると開弁(燃料供給)する副室燃料供給弁からの副室燃料の供給量を、排気時において所望の量などになるように制御することができる。
前記副室圧力を取得するための給気時副室圧検出手段であって、前記シリンダと給気通路との連通状態を制御する給気バルブの開弁時における前記副室圧力に相関する圧力である給気時副室圧力を取得可能な給気時副室圧検出手段を、さらに備え、
前記弁開度制御装置は、前記副室燃料ライン圧力検出手段によって検出された前記副室燃料ライン圧力と、前記給気時副室圧検出手段によって取得された前記給気時副室圧力との差圧が目標差圧となるように、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されている。
このように、排気時のみならず給気時も含めて副室燃料供給弁からの副室燃料の供給量の制御を行うことにより、燃焼サイクル毎に副室に対して所望の量の副室燃料をより確実に供給できる。よって、副室に供給された副室燃料の供給量が燃焼行程において過大あるいは過少となることをより確実に防止することができる。
前記弁開度制御装置は、
エンジン回転数と、前記給気時副室圧力と、前記排気時副室圧力とに基づいて、前記副室燃料ライン圧力と前記排気時副室圧力との差圧の目標値となる目標差圧を算出する目標差圧算出部と、
前記差圧が前記目標差圧となるように、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を調整する弁開度調整部と、を有する。
上記(6)の構成によれば、弁開度制御装置は、目標差圧算出部および弁開度調整部を有することにより、排気時において、副室燃料ライン圧力と副室圧力(排気時副室圧力)との差圧が目標差圧となるように制御することができる。
前記目標差圧算出部は、
前記エンジン回転数と前記給気時副室圧力とに基づいて、前記目標差圧の基準値を算出する基準値算出部と、
前記給気時副室圧力と前記排気時副室圧力とに基づいて、前記基準値を補正するための補正値を算出する補正値算出部と、
前記基準値と前記補正値とに基づいて前記目標差圧を算出する演算部と、を有する。
上記(7)の構成によれば、目標差圧算出部は、エンジン回転数と給気時副室圧力とに基づいて算出した基準値を、給気時副室圧力と排気時副室圧力とに基づいて算出した補正値によって補正することで、目標差圧を算出するよう構成される。これによって、既に、エンジン回転数と給気時副室圧力とに基づいて給気時の目標差圧に基づく副室燃料の供給量の制御を行っている場合において、排気時における目標差圧の制御を容易に追加することができる。
前記給気時副室圧検出手段は、計測により圧力を取得可能な圧力計測手段である。
上記(8)の構成によれば、例えば圧力センサといった圧力計測手段によって実測することにより、給気時副室圧力を取得することができる。
前記圧力計測手段は、前記給気通路の一部を構成する給気マニホールドの圧力を検出する。
上記(9)の構成によれば、圧力計測手段によって給気マニホールドの圧力が計測される。副室と給気マニホールドとは、給気バルブが開いている給気時において連通しているため、給気マニホールドの圧力を計測することで、給気時副室圧力を取得することができる。
前記給気時副室圧検出手段は、前記給気時副室圧力を推定により取得するように構成される。
上記(10)の構成によれば、例えば、副室式ガスエンジンの出力や、燃料流量、実測または体積効率から算出した空気流量などの副室式ガスエンジンの運転状態に基づいて副室圧力を推定するよう構成される。これによって、例えばセンサ等の圧力計測手段を設置することなく、給気時副室圧力を推定により取得することができる。
前記排気時副室圧取得手段は、計測により圧力を取得可能な圧力計測手段である。
上記(11)の構成によれば、例えば圧力センサといった圧力計測手段によって実測することにより、排気時副室圧力を取得することができる。
前記圧力計測手段は、前記排気通路の一部を構成する排気マニホールドの圧力を検出する。
上記(12)の構成によれば、圧力計測手段によって排気マニホールドの圧力が計測される。副室と排気マニホールドとは、排気バルブが開いている排気時において連通しているため、排気マニホールドの圧力を計測することで、排気時副室圧力を取得することができる。
前記排気時副室圧取得手段は、前記排気時副室圧力を推定により取得するように構成される。
上記(13)の構成によれば、例えば、排気バイパス弁の排気バイパス開度と排気圧力との関係を予め実験等によって取得することで、排気圧力を変化させる排気バイパス弁の排気バイパス開度の指令値に基づいて副室圧力を推定するよう構成される。これによって、例えばセンサ等の圧力計測手段を設置することなく、排気時副室圧力を推定により取得することができる。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
図3のステップS31において、排気時副室圧力取得ステップを実行し、排気時副室圧力Peを取得する。ステップS32において、排気時副室圧力Peの圧力変動(圧力変化)が生じているか否かを判定、排気時副室圧力Peの圧力変動が生じていないと判定した場合には、図3のフローを終了する。
図4のステップS41において、圧力取得ステップを実行し、排気時副室圧力Pe及び副室燃料ライン圧力Ptを取得する。ステップS42において、副室燃料ライン圧力Ptと排気時副室圧力Peとの差を算出する。そして、ステップS43において、ステップS42の算出値と排気時の目標差圧Dtとを比較した結果、上記の算出値と排気時の目標差圧Dtとが同じと判定した場合には、図3のフローを終了する。なお、上記の算出値と目標差圧Dtとの差が所定の範囲にあれば、両者は同じと判定しても良い。
ここで、P0は大気圧力、T0は吸込み温度(吸込温Ta)、Pinmaniは、給気マニホールド圧力、ηcompはコンプレッサ効率、κは比熱比、Rは気体定数である。
ここで、Texhaustはタービン入口温度(シリンダ出口排ガス温度),Paはタービン後背圧、ηturbはタービン効率である。
式(3)より、排気バイパス開度に対する排気バイパス割合αが既知の場合、上記式により、排気圧力(Pexhaust)が算出できる。よって、排気バイパス割合αは排気バイパス開度の指令値に基づいて求められるので、副室圧力Psが算出できる。
11 エンジン本体
12 シリンダ
13 ピストン
14 インジェクタ
15 エンジン制御ECU
16 クランク軸
16s クランク角センサ
17 給気バルブ
18 排気バルブ
19 副室形成部材
19f 点火プラグ
2 副室燃料供給弁
3 副室燃料ライン圧調整弁
41 副室圧取得手段
42 副室燃料ライン圧力検出手段
43 副室圧検出手段
5 弁開度制御装置
51 目標差圧算出部
52 基準値算出部
53 補正値算出部
54 演算部
56 弁開度調整部
7 給気通路
71 給気マニホールド
72 給気ポート
8 排気通路
81 排気マニホールド
82 排気ポート
83 排気バイパス通路
85 排気バイパス弁
9 ターボチャージャ
C コンプレッサ
T タービン
Ls 副室燃料供給ライン
Rm 主燃焼室
Rs 副室
Ps 副室圧力
Pe 排気時副室圧力
Pi 給気時副室圧力
Pt 副室燃料ライン圧力
e 排ガス
a 給気
Fs 副室燃料
Ta 吸込温
Ne エンジン回転数
D 差圧(副室燃料ライン圧力と副室圧力との差圧)
Db 基準値
Dc 補正値
Dt 目標差圧
I 弁開度指令
Mb 基準値算出マップ
Mc 補正値算出マップ
Claims (13)
- 主燃焼室に連通する副室を有する副室式ガスエンジンにおいて、
副室燃料が流れる副室燃料供給ラインと、
前記副室燃料供給ラインに接続される、前記副室への前記副室燃料の供給を制御する副室燃料供給弁であって、前記副室燃料供給ラインの圧力である副室燃料ライン圧力が前記副室の圧力である副室圧力よりも大きくなると開弁する副室燃料供給弁と、
前記副室燃料供給ラインに設置された、前記副室燃料ライン圧力を調整可能な副室燃料ライン圧調整弁と、
前記主燃焼室を形成するシリンダと排気通路との連通状態を制御する排気バルブの開弁時における前記副室圧力に相関する圧力である排気時副室圧力を取得可能な排気時副室圧取得手段と、
前記副室燃料ライン圧調整弁の弁開度を制御するよう構成された弁開度制御装置と、を備え、
前記弁開度制御装置は、前記排気時副室圧取得手段によって取得された前記排気時副室圧力に応じて、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されていることを特徴とする副室式ガスエンジン。 - 前記弁開度制御装置は、前記排気時副室圧力が大きくなると、前記副室燃料ライン圧力が大きくなるように前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御し、前記排気時副室圧力が小さくなると、前記副室燃料ライン圧力が小さくなるように前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項1に記載の副室式ガスエンジン。
- 前記副室燃料供給ラインの前記副室燃料ライン圧力を検出する副室燃料ライン圧力検出手段を、さらに備え、
前記弁開度制御装置は、前記副室燃料ライン圧力検出手段によって検出された前記副室燃料ライン圧力と、前記排気時副室圧取得手段によって取得された前記排気時副室圧力との差圧が目標差圧となるように、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項2に記載の副室式ガスエンジン。 - 前記排気通路を流れる排ガスによって回転駆動されるタービンを有するターボチャージャと、
前記タービンを迂回して前記排ガスが流れることを可能とする排気バイパス通路に設けられた、前記排気バイパス通路を流れる前記排ガスの流量を制御可能な排気バイパス弁と、をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の副室式ガスエンジン。 - 前記副室圧力を取得するための給気時副室圧検出手段であって、前記シリンダと給気通路との連通状態を制御する給気バルブの開弁時における前記副室圧力に相関する圧力である給気時副室圧力を取得可能な給気時副室圧検出手段を、さらに備え、
前記弁開度制御装置は、前記副室燃料ライン圧力検出手段によって検出された前記副室燃料ライン圧力と、前記給気時副室圧検出手段によって取得された前記給気時副室圧力との差圧が目標差圧となるように、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項3または4に記載の副室式ガスエンジン。 - 前記弁開度制御装置は、
エンジン回転数と、前記給気時副室圧力と、前記排気時副室圧力とに基づいて、前記副室燃料ライン圧力と前記排気時副室圧力との差圧の目標値となる目標差圧を算出する目標差圧算出部と、
前記差圧が前記目標差圧となるように、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を調整する弁開度調整部と、を有することを特徴とする請求項5に記載の副室式ガスエンジン。 - 前記目標差圧算出部は、
前記エンジン回転数と前記給気時副室圧力とに基づいて、前記目標差圧の基準値を算出する基準値算出部と、
前記給気時副室圧力と前記排気時副室圧力とに基づいて、前記基準値を補正するための補正値を算出する補正値算出部と、
前記基準値と前記補正値とに基づいて前記目標差圧を算出する演算部と、を有することを特徴とする請求項6に記載の副室式ガスエンジン。 - 前記給気時副室圧検出手段は、計測により圧力を取得可能な圧力計測手段であることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の副室式ガスエンジン。
- 前記圧力計測手段は、前記給気通路の一部を構成する給気マニホールドの圧力を検出することを特徴とする請求項8に記載の副室式ガスエンジン。
- 前記給気時副室圧検出手段は、前記給気時副室圧力を推定により取得するように構成されることを特徴とする請求項5〜7のいずれか1項に記載の副室式ガスエンジン。
- 前記排気時副室圧取得手段は、計測により圧力を取得可能な圧力計測手段であることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の副室式ガスエンジン。
- 前記圧力計測手段は、前記排気通路の一部を構成する排気マニホールドの圧力を検出することを特徴とする請求項11に記載の副室式ガスエンジン。
- 前記排気時副室圧取得手段は、前記排気時副室圧力を推定により取得するように構成されることを特徴とする請求項1〜10のいずれか1項に記載の副室式ガスエンジン。
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