JP3861049B2 - ガスエンジンの燃焼制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、副室内に副室燃料ガスを 強制着火燃焼せしめる点火プラグ及び該副室内に油燃料を噴射する燃料噴射弁を備えて、負荷に応じて点火プラグの作動による副室火花点火燃焼と燃料噴射弁の作動による副室油着火燃焼を切り替えるように構成されたガスエンジンの燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、副室内に副室燃料ガスを強制着火燃焼せしめる点火プラグを備えて、該副室内の燃焼ガスを主燃焼室内に噴出して主燃焼室内の希薄混合気を着火燃焼せしめるように構成されたガスエンジンの１例を示す。
図４において、７はエンジンのピストン、１は該ピストンの上面に形成された主燃焼室、８はシリンダヘッド、２は該シリンダヘッド８内に設けられた副室、１３は副室口金、０３は該副室口金１３の先端部に穿孔された副室噴口である。
９は吸気ポート、５は該吸気ポート９を開閉する吸気弁、１０は排気ポート、６は該排気ポートを開閉する排気弁である。
【０００３】
１２は前記副室内に副室燃料ガスを供給する副室ガス供給路、１３は該副室ガス供給路１２に設けられて前記副室２側へのガスの流れのみを可能とする逆止弁である。３は該副室２内の副室燃料ガスを強制着火燃焼せしめる点火プラグである。
【０００４】
かかるガスエンジンにおいて、図示しないスロットル弁により流量を制御された空気と主燃料ガスの希薄混合気は、吸気弁５の開弁により吸気ポート９から主燃焼室１に導入され、圧縮行程におけるピストン７の上昇とともに、一部が副室噴口０３を通って副室２内に流入する。
そして、吸気行程中に副室ガス供給路１２から副室２内に供給される副室燃料ガスが主燃焼室１側からの希薄混合気と混合して、着火に適した混合気濃度となった時点で、点火プラグ３からの火花放電により強制着火燃焼されると、その燃焼火炎が副室噴口０３から主燃焼室１に噴出せしめられて主燃焼室１における希薄混合気への安定した着火燃焼が行われる。
【０００５】
また、特許文献１（特開平８−４５６２号公報）には、副室内に着火用の副室ガスを供給する副室ガス供給路と該副室ガス供給路を開閉する副室制御弁とを設けるとともに、該副室内に液体燃料を噴射する燃料噴射弁を設け、通常運転時には燃料噴射弁を非作動にし副室制御弁を開いて高濃度のガス燃料を副室内に導入して着火燃焼せしめ、非常運転時には副室制御弁を閉じてガス燃料を遮断し、燃料噴射弁を作動させて副室内に液体燃料を噴射して着火燃焼せしめることにより、ガス燃料が供給されないときにも燃料噴射弁による副室内への液体燃料の噴射により、エンジンを運転できるように構成されている。
【０００６】
図４に示される従来技術にあっては、副室ガス供給路１２から副室２内に供給される副室燃料ガスが主燃焼室１側からの希薄混合気と混合して、着火に適した混合気濃度となった時点で、点火プラグ３からの火花放電により強制着火燃焼するように構成されており、燃焼火炎が主燃焼室１側に噴出することで該主燃焼室内の希薄混合気への安定した着火燃焼が行われるものの、エンジンの負荷増大にともない、点火プラグ３の温度上昇にともない、該点火プラグ３の高温劣化が進み、該点火プラグ３の耐久性が低下する、という問題があり、高出力化の妨げとなっている。
【０００７】
また、前記特許文献１においては、通常運転時には全運転域において、副室制御弁を開き高濃度のガス燃料を副室内に導入して着火燃焼せしめる技術が開示されているにとどまる。
【特許文献１】
特開平８−４５６２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はかかる従来技術に鑑み、副室燃料ガスを強制着火燃焼せしめる点火プラグ及び該副室内に液体燃料を噴射する燃料噴射弁を副室内に備えたガスエンジンにおいて、エンジン高負荷時に従来の点火プラグによる副室火花点火方式から燃料噴射弁による副室油着火方式に切り替えることで、点火プラグの耐久性を確保しつつ高出力化できるガスエンジンの燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、同一の副室内に燃料ガスを供給する副室ガス供給路、前記燃料ガスを強制着火燃焼せしめる点火プラグ及び液体燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、前記副室ガス供給路に該副室ガス供給路を開閉する電磁弁を設けるとともにエンジン運転状態を検出するエンジン運転状態検出手段を設け、該運転状態検出手段からの検出値に基づきエンジンの負荷状態が低〜中負荷域では副室ガス供給路の電磁弁を開き、点火プラグを作動することで、副室火花点火燃焼を行い、高負荷域では副室ガス供給路の電磁弁を閉じ、点火プラグの作動を遮断し、燃料噴射弁を作動することで、副室油着火燃焼を行うことを特徴とするガスエンジンの燃焼制御装置を提案する。
【００１１】
かかる発明において、好ましくは、前記燃焼制御装置は、前記エンジン運転状態検出手段を発電機負荷を検出する負荷検出器とし、該負荷検出器の検出値に基づき発電機負荷が一定値以下のときは前記電磁弁を開いて前記副室へ燃料ガスを供給せしめるとともに前記点火プラグを作動させて前記燃料ガスを点火燃焼せしめ、発電機負荷が前記一定値を超えるときは前記電磁弁を閉じて前記副室への燃料ガスの供給を遮断するとともに、前記点火プラグの作動を遮断し、かつ前記燃料噴射弁を作動させて前記副室内に油燃料を噴射せしめるように構成する。
【００１２】
かかる発明によれば、発電機負荷もしくは、スロットル開度、筒内圧力、吸気圧力等のエンジン運転状態を検出するエンジン運転状態検出手段からの検出値がコントローラに入力されると、該コントローラにおいては、前記検出値に基づいてエンジン負荷が一定以下と判断した場合には、前記電磁弁を開いて前記副室へ燃料ガスを供給せしめるとともに点火回路を介して点火プラグを作動させ、副室内に導入された燃料ガスを点火プラグの火花放電により強制着火燃焼せしめる。
かかる点火プラグの火花放電着火により発生した燃焼火炎が副室噴口を通って主燃焼室内に噴出せしめられて該主燃焼室内の希薄混合気への安定燃焼が行われる。
【００１３】
一方、前記コントローラにおいては、前記エンジン運転状態検出手段からの検出値に基づいてエンジン負荷が一定以上と判断した場合には、前記電磁弁を閉じて副室内への副室ガスの供給を遮断するとともに、前記点火プラグの作動を遮断し、かつ燃料ポンプからの高圧燃料を燃料噴射弁に供給して該燃料噴射弁を作動させ、副室内に油燃料を噴射せしめる。
【００１４】
かかる発明によれば、低負荷時には、副室ガス供給路の電磁弁を開いて燃料ガスを副室に供給して点火プラグの火花放電により強制着火燃焼せしめ、主燃焼室側に燃焼火炎を発生させることにより、主燃焼室内の希薄混合気に安定して着火燃焼させることができるとともに、油燃料の消費を必要最低限に抑えることができる。
【００１５】
エンジンの高負荷時には、燃料噴射弁から噴射される油燃料が確実に自己着火燃焼せしめられるため、主燃焼室内の希薄混合気への安定着火燃焼を実現できる。従ってこの時、点火プラグによる火花放電を行わないため、高負荷時の点火プラグ温度上昇にともなう高温劣化の問題が回避でき、高出力化が可能となる。
【００１６】
また、かかる発明において、好ましくは、前記点火プラグの電極温度検出器を備え、前記コントローラは前記電磁弁を開いて前記点火プラグ温度検出器から入力される点火プラグの温度が一定温度以上になったとき前記点火プラグの作動を遮断するとともに前記燃料噴射弁を作動させ、副室火花点火方式から副室油着火方式に切り替えるように構成されてなる。
このように構成すれば、点火プラグの温度状態を常時検知してエンジンの運転を行うことにより、該点火プラグの高温劣化を未然に防止できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１８】
図１は本発明の実施例に係るガスエンジンの燃焼制御装置の全体構成図、図２は副室及び主燃焼室周りの要部断面図である。図３は前記燃焼制御装置の制御ブロック図である。
【００１９】
実施例を示す図１〜図２において、７はエンジンのピストン、１は該ピストンの上面に形成された主燃焼室、８はシリンダヘッド、２は該シリンダヘッド８内に設けられた副室、１３は副室口金、０３は該副室口金１３の先端部に穿孔された副室噴口である。
９は吸気ポート、５は該吸気ポート９を開閉する吸気弁、１０は排気ポート、６は該排気ポートを開閉する排気弁、１６は前記吸気ポート９内に設けられて前記主燃焼室１への主燃焼ガス流量を調整するスロットル弁である。
以上の基本構成は、通常のガスエンジンと同様である。
【００２０】
１２は前記副室内に燃料ガスを供給する副室ガス供給路、１３は該副室ガス供給路１２に設けられて前記副室２側へのガスの流れのみを可能とする逆止弁である。３は該副室２内の燃料ガスを点火燃焼せしめる点火プラグ、３ａは該点火プラグ３の点火時期及び点火電圧を制御する点火回路である。
４は前記副室２内に軽油等の油燃料を噴射する燃料噴射弁、３４は燃料ポンプ、３１はコモンレールで、該燃料ポンプ３４において高圧つまり噴射圧に加圧された油燃料をコモンレール３１に蓄圧し、所定のタイミングで該油燃料を燃料通路３２を通して前記燃料噴射弁４に圧送し、該燃料噴射弁４から前記副室２内に噴射するようになっている。
【００２１】
１１は前記副室ガス供給路１２に設けられて該ガス供給路１２を開閉する電磁弁である。２３は前記吸気ポート９内における吸気圧力を検出する吸気圧力検出器である。
２０は該副室ガス供給路１２の電磁弁１１上流側に設けられた差圧制御弁、２２は前記副室ガス供給路１２の副室ガス圧力を検出する副室ガス圧力検出器、２１は差圧検出器であり、該差圧検出器２１において前記副室ガス圧力検出器２２からの副室ガス圧力と前記吸気圧力検出器２３からの吸気圧力との差圧を検出して差圧制御弁２０に入力し、該差圧制御弁２０により前記副室ガス供給路１２の通路面積を前記差圧が一定になるように制御している。
【００２２】
２５は発電機負荷を検出する負荷検出器、２７は前記スロットル弁１５の開度を検出するスロットル開度検出器、２８はエンジンのシリンダ内圧力即ち前記主燃焼室１内の圧力を検出する筒内圧力検出器である。前記負荷検出器２５、スロットル開度検出器２７、筒内圧力検出器２８及び前記吸気圧力検出器２３によりエンジン運転状態検出器を構成する。
２６は前記点火プラグ３の温度を検出する点火プラグ温度検出器である。
【００２３】
２４は後述するような演算、制御を行うコントローラで、該コントローラ２４には、前記負荷検出器２５からのエンジン負荷（エンジン出力）の検出値、スロットル開度検出器２７からのスロットル弁１５の開度の検出値、筒内圧力検出器２８からのシリンダ内圧力の検出値、吸気圧力検出器２３からの吸気ポート９内における吸気圧力の検出値、点火プラグ温度検出器２６からの点火プラグ３の温度検出値等が入力されている。
尚、図示を省略したが、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器を設置し、該エンジン回転数検出器からのエンジン回転数検出値をエンジン運転状態検出値の１つとして前記コントローラ２に入力する。
【００２４】
かかる構成からなるガスエンジンにおいて、スロットル弁１５により流量を制御された希薄混合気は、吸気弁５の開弁により吸気ポート９から主燃焼室１に導入され、圧縮行程におけるピストン７の上昇とともに副室噴口０３を通って副室２内に流入する。
そして、後述するように、副室ガス供給路１２から供給される燃料ガスが点火プラグ３からの火花放電により強制着火燃焼され、あるいは副室２内に設けた燃料噴射弁４により噴射された油燃料が自己着火燃焼されると、その燃焼火炎が副室噴口０３から主燃焼室１に噴出せしめられて主燃焼室１における希薄混合気が安定して燃焼する。
【００２５】
次に、図３に基づきかかるガスエンジンの燃焼制御装置の動作を説明する。
２４１は負荷設定部で、前記副室２内において副室ガス供給路１２から燃料ガスを導入して点火プラグ３からの火花放電により強制着火燃焼せしめる副室火花点火方式と、副室２内に設けた燃料噴射弁４から油燃料を噴射し自己着火燃焼せしめる副室油着火燃焼とを切り換える発電機負荷が設定されている。
２４３はスロットル開度設定器で、前記副室火花点火方式と副室油着火燃焼とを切り換えるスロットル開度が設定されている。
【００２６】
２４５は筒内圧力設定器で、前記副室火花点火方式と副室油着火燃焼とを切り換えるシリンダ内最高圧力が設定されている。
２４７は吸気圧力設定器で、前記点火プラグによる着火燃焼と液体燃料による着火燃焼とを切り換える副室着火燃焼の切換え吸気圧力が設定されている。
２４９は点火プラグ温度設定部で、前記副室火花点火方式と副室油着火燃焼とを切り換える点火プラグ温度が設定されている。
【００２７】
２４２は負荷比較部で、前記負荷検出器２５からの発電機負荷の検出値Ｌ１と、前記負荷設定部２４１からの副室火花点火方式と副室油着火方式との切換え発電機負荷Ｌ０とを比較し、該発電機負荷の検出値が前記切換え発電機負荷以下（Ｌ１≦Ｌ０）であるかあるいは前記切換え発電機負荷を超えているか（Ｌ１＞Ｌ０）の比較結果を、電磁弁開閉判断部２５３、点火プラグ作動判断部２５４及び燃料噴射系作動判断部２５５に入力する。
【００２８】
２４４はスロットル開度比較部で、前記スロットル開度検出器２７からのスロットル弁１５の開度の検出値（Ｈ１）と、前記スロットル開度設定部２４３からの副室火花点火方式と副室油着火方式との切換えスロットル開度（Ｈ０）とを比較し、該スロットル弁１５の開度の検出値が前記切換えスロットル開度以下（Ｈ１≦Ｈ０）であるかあるいは前記スロットル弁１５の開度の検出値が切換えスロットル開度を超えているか（Ｈ１＞Ｈ０）の比較結果を、電磁弁開閉判断部２５３、点火プラグ作動判断部２５４及び燃料噴射系作動判断部２５５に入力する。
【００２９】
２４６は筒内圧力比較部で、前記筒内圧力検出器２８からのシリンダ内最高圧力の検出値（Ｐ１）と、前記筒内圧力設定部２４５からの副室火花点火方式と副室油着火方式との切換えシリンダ内最高圧力（Ｐ０）とを比較し、該シリンダ内最高圧力の検出値が前記切換えシリンダ内最高圧力以下（Ｐ１≦Ｐ０）であるかあるいは前記シリンダ内最高圧力の検出値が切換えシリンダ内最高圧力を超えているか（Ｐ１＞Ｐ０）の比較結果を、電磁弁開閉判断部２５３、点火プラグ作動判断部２５４及び燃料噴射系作動判断部２５５に入力する。
【００３０】
２４８は吸気圧力比較部で、前記吸気圧力検出器２３からの吸気圧力の検出値（Ｐｓ１）と、前記吸気圧力設定部２４７からの副室火花点火方式と副室油着火方式との切換え吸気圧力（Ｐｓ０）とを比較し、該吸気圧力の検出値が前記切換え吸気圧力以下（Ｐｓ１≦Ｐｓ０）であるかあるいは前記吸気圧力の検出値が切換え吸気圧力を超えているか（Ｐｓ１＞Ｐｓ０）の比較結果を、電磁弁開閉判断部２５３、点火プラグ作動判断部２５４及び燃料噴射系作動判断部２５５に入力する。
【００３１】
２５０は点火プラグ温度比較部で、前記点火プラグ温度検出器２６からの点火プラグ電極温度の検出値（Ｔ１）と、前記点火プラグ温度設定部２４９からの許容点火プラグ温度（Ｔ０）とを比較し、該点火プラグ温度の検出値が前記許容点火プラグ温度以下（Ｔ１≦Ｔ０）であるかあるいは前記点火プラグ温度の検出値が許容点火プラグ温度を超えているか（Ｔ１＞Ｔ０）の比較結果を、電磁弁開閉判断部２５３、点火プラグ作動判断部２５４及び燃料噴射系作動判断部２５５に入力する。
【００３２】
前記負荷比較部２４２における比較結果において発電機負荷の検出値が前記切換え発電機負荷以下（Ｌ１≦Ｌ０）のときには、電磁弁開閉判断部２５３において電磁弁１１に開弁指令を出力して該電磁弁１１を開弁せしめるとともに、点火プラグ作動判断部２５４において点火回路３ａを介して点火プラグ３に火花放電を発生せしめる。
これにより、副室ガス供給路１２からの燃料ガスは電磁弁１１を経て逆止弁１３を押し開けて副室２内に流入し、この燃料ガスが前記点火プラグ３の火花放電により強制着火燃焼せしめられる。
【００３３】
また、前記スロットル開度比較部２４４における比較結果においてスロットル弁１５の開度の検出値が前記切換えスロットル開度以下（Ｈ１≦Ｈ０）のとき、あるいは筒内圧力比較部２４６における比較結果においてシリンダ内最高圧力の検出値が前記切換えシリンダ内最高圧力以下（Ｐ１≦Ｐ０）のとき、あるいは吸気圧力比較部２４８における比較結果において吸気圧力の検出値が前記切換え吸気圧力以下（Ｐ１≦Ｐ０）のときにも、前記発電機負荷の場合を同様に、電磁弁開閉判断部２５３にて電磁弁１１に開弁指令を出力して該電磁弁１１を開弁せしめるとともに、点火プラグ作動判断部２５４にて点火回路３ａを介して点火プラグ３に火花放電を発生し、強制着火燃焼せしめる。
従ってかかる低負荷時には、前記のような点火プラグ３の火花放電着火によって副室２内に導入されている燃料ガスが強制着火燃焼し、その燃焼火炎が副室噴口０３を通って主燃焼室１内に噴出せしめられて該主燃焼室１内の希薄混合気への安定した燃焼が行われる。
【００３４】
一方、前記負荷比較部２４２における比較結果において発電機負荷の検出値が前記切換え発電機負荷を超えている（Ｌ１＞Ｌ０）場合には、燃料噴射系作動判断部２５５にて燃料ポンプ３４及び燃料噴射弁４を含む燃料噴射系に作動指令を出力し、該燃料ポンプ３４からの高圧燃料を燃料噴射弁４に供給して該燃料噴射弁４を作動させ、副室内に油燃料を噴射せしめる。
さらに、これと同時に前記電磁弁１１を閉じて、副室１２内への副室ガスの供給を遮断するとともに、前記点火プラグ３の作動を遮断して火花放電を停止せしめる。
【００３５】
前記スロットル開度比較部２４４における比較結果において前記スロットル弁１５の開度の検出値が切換えスロットル開度を超えている（Ｈ１＞Ｈ０）のとき、あるいは筒内圧力比較部２４６における比較結果においてシリンダ内最高圧力の検出値が前記切換えシリンダ内最高圧力を超えている（Ｐ１＞Ｐ０）とき、あるいは吸気圧力比較部２４８における比較結果において吸気圧力の検出値が前記切換え吸気圧力を超えている（Ｐｓ１＞Ｐｓ０）ときにも、前記エンジン発電機負荷の場合を同様に、燃料噴射系作動判断部２５５にて燃料ポンプ３４及び燃料噴射弁４を含む燃料噴射系に作動指令を出力し、該燃料ポンプ３４からの高圧燃料を燃料噴射弁４に供給して該燃料噴射弁４を作動させ、副室内に油燃料を噴射せしめる。
そして、かかる場合においても、前記電磁弁１１を閉じて、副室１２内への副室ガスの供給を遮断するとともに、前記点火プラグ３の作動を遮断して火花放電を停止せしめる。
【００３６】
従ってかかる高負荷時には、前記低負荷時のように副室２内に供給された燃料ガスに点火プラグ３による火花放電を行うことなく、該副室２内の燃料噴射弁４から噴射される油燃料が自己着火燃焼せしめられる。従って高負荷時に点火プラグ３の温度上昇による高温劣化を回避できる。
【００３７】
また、点火プラグ温度比較部２５０における比較結果において点火プラグ温度の検出値が許容点火プラグ温度を超えている（Ｔ１＞Ｔ０）ときには、電磁弁開閉判断部２５３にて電磁弁１１を閉じて副室２への副室ガスの供給を遮断するとともに、点火プラグ作動判断部２５４にて前記点火プラグの作動を遮断せしめ、燃料噴射弁４を作動させて副室油着火方式に切り替える。
このようにして、点火プラグ３の温度状態を常時検知してエンジンの運転を行うことにより、該点火プラグ３の温度上昇による高温劣化を回避できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、低負荷時には、電磁弁を開いて燃料ガスを副室に供給して点火プラグの火花放電により強制着火燃焼せしめることにより、主燃焼室内の希薄混合気への安定した着火燃焼を行うとともに、油の消費を最小限に抑えることができる。
【００３９】
また、エンジンの高負荷時には、低負荷時のように副室内の副室ガスに点火プラグによる火花放電を行うことなく、副室内に設けた燃料噴射弁から噴射される油燃料を強制着火燃焼せしめ、主燃焼室内の希薄混合気の安定した燃焼を行うことができる。
さらに、高負荷時において点火プラグによる火花放電を停止することにより、該点火プラグの高温劣化を防止でき、該点火プラグの耐久性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係るガスエンジンの燃焼制御装置の全体構成図である。
【図２】 副室及び主燃焼室周りの要部断面図である。
【図３】 前記燃焼制御装置の制御ブロック図である。
【図４】 従来技術を示す図２対応図である。
【符号の説明】
１ 主燃焼室
２ 副室
３ 点火プラグ
３ａ 点火回路
０３ 副室噴口
４ 燃料噴射弁
５ 吸気弁
６ 排気弁
７ ピストン
８ シリンダヘッド
９ 吸気ポート
１０ 排気ポート
１１ 電磁弁
１２ 副室ガス供給路
１３ 逆止弁
１５ スロットル弁
２０ 差圧制御弁
２１ 差圧検出器
２２ 副室ガス圧力検出器
２３ 吸気圧力検出器
２４ コントローラ
２５ 負荷検出器
２６ 点火プラグ温度検出器
２７ スロットル開度検出器
２８ 筒内圧力検出器
３４ 燃料ポンプ
【発明の属する技術分野】
本発明は、副室内に副室燃料ガスを 強制着火燃焼せしめる点火プラグ及び該副室内に油燃料を噴射する燃料噴射弁を備えて、負荷に応じて点火プラグの作動による副室火花点火燃焼と燃料噴射弁の作動による副室油着火燃焼を切り替えるように構成されたガスエンジンの燃焼制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
図４は、副室内に副室燃料ガスを強制着火燃焼せしめる点火プラグを備えて、該副室内の燃焼ガスを主燃焼室内に噴出して主燃焼室内の希薄混合気を着火燃焼せしめるように構成されたガスエンジンの１例を示す。
図４において、７はエンジンのピストン、１は該ピストンの上面に形成された主燃焼室、８はシリンダヘッド、２は該シリンダヘッド８内に設けられた副室、１３は副室口金、０３は該副室口金１３の先端部に穿孔された副室噴口である。
９は吸気ポート、５は該吸気ポート９を開閉する吸気弁、１０は排気ポート、６は該排気ポートを開閉する排気弁である。
【０００３】
１２は前記副室内に副室燃料ガスを供給する副室ガス供給路、１３は該副室ガス供給路１２に設けられて前記副室２側へのガスの流れのみを可能とする逆止弁である。３は該副室２内の副室燃料ガスを強制着火燃焼せしめる点火プラグである。
【０００４】
かかるガスエンジンにおいて、図示しないスロットル弁により流量を制御された空気と主燃料ガスの希薄混合気は、吸気弁５の開弁により吸気ポート９から主燃焼室１に導入され、圧縮行程におけるピストン７の上昇とともに、一部が副室噴口０３を通って副室２内に流入する。
そして、吸気行程中に副室ガス供給路１２から副室２内に供給される副室燃料ガスが主燃焼室１側からの希薄混合気と混合して、着火に適した混合気濃度となった時点で、点火プラグ３からの火花放電により強制着火燃焼されると、その燃焼火炎が副室噴口０３から主燃焼室１に噴出せしめられて主燃焼室１における希薄混合気への安定した着火燃焼が行われる。
【０００５】
また、特許文献１（特開平８−４５６２号公報）には、副室内に着火用の副室ガスを供給する副室ガス供給路と該副室ガス供給路を開閉する副室制御弁とを設けるとともに、該副室内に液体燃料を噴射する燃料噴射弁を設け、通常運転時には燃料噴射弁を非作動にし副室制御弁を開いて高濃度のガス燃料を副室内に導入して着火燃焼せしめ、非常運転時には副室制御弁を閉じてガス燃料を遮断し、燃料噴射弁を作動させて副室内に液体燃料を噴射して着火燃焼せしめることにより、ガス燃料が供給されないときにも燃料噴射弁による副室内への液体燃料の噴射により、エンジンを運転できるように構成されている。
【０００６】
図４に示される従来技術にあっては、副室ガス供給路１２から副室２内に供給される副室燃料ガスが主燃焼室１側からの希薄混合気と混合して、着火に適した混合気濃度となった時点で、点火プラグ３からの火花放電により強制着火燃焼するように構成されており、燃焼火炎が主燃焼室１側に噴出することで該主燃焼室内の希薄混合気への安定した着火燃焼が行われるものの、エンジンの負荷増大にともない、点火プラグ３の温度上昇にともない、該点火プラグ３の高温劣化が進み、該点火プラグ３の耐久性が低下する、という問題があり、高出力化の妨げとなっている。
【０００７】
また、前記特許文献１においては、通常運転時には全運転域において、副室制御弁を開き高濃度のガス燃料を副室内に導入して着火燃焼せしめる技術が開示されているにとどまる。
【特許文献１】
特開平８−４５６２号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明はかかる従来技術に鑑み、副室燃料ガスを強制着火燃焼せしめる点火プラグ及び該副室内に液体燃料を噴射する燃料噴射弁を副室内に備えたガスエンジンにおいて、エンジン高負荷時に従来の点火プラグによる副室火花点火方式から燃料噴射弁による副室油着火方式に切り替えることで、点火プラグの耐久性を確保しつつ高出力化できるガスエンジンの燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、同一の副室内に燃料ガスを供給する副室ガス供給路、前記燃料ガスを強制着火燃焼せしめる点火プラグ及び液体燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、前記副室ガス供給路に該副室ガス供給路を開閉する電磁弁を設けるとともにエンジン運転状態を検出するエンジン運転状態検出手段を設け、該運転状態検出手段からの検出値に基づきエンジンの負荷状態が低〜中負荷域では副室ガス供給路の電磁弁を開き、点火プラグを作動することで、副室火花点火燃焼を行い、高負荷域では副室ガス供給路の電磁弁を閉じ、点火プラグの作動を遮断し、燃料噴射弁を作動することで、副室油着火燃焼を行うことを特徴とするガスエンジンの燃焼制御装置を提案する。
【００１１】
かかる発明において、好ましくは、前記燃焼制御装置は、前記エンジン運転状態検出手段を発電機負荷を検出する負荷検出器とし、該負荷検出器の検出値に基づき発電機負荷が一定値以下のときは前記電磁弁を開いて前記副室へ燃料ガスを供給せしめるとともに前記点火プラグを作動させて前記燃料ガスを点火燃焼せしめ、発電機負荷が前記一定値を超えるときは前記電磁弁を閉じて前記副室への燃料ガスの供給を遮断するとともに、前記点火プラグの作動を遮断し、かつ前記燃料噴射弁を作動させて前記副室内に油燃料を噴射せしめるように構成する。
【００１２】
かかる発明によれば、発電機負荷もしくは、スロットル開度、筒内圧力、吸気圧力等のエンジン運転状態を検出するエンジン運転状態検出手段からの検出値がコントローラに入力されると、該コントローラにおいては、前記検出値に基づいてエンジン負荷が一定以下と判断した場合には、前記電磁弁を開いて前記副室へ燃料ガスを供給せしめるとともに点火回路を介して点火プラグを作動させ、副室内に導入された燃料ガスを点火プラグの火花放電により強制着火燃焼せしめる。
かかる点火プラグの火花放電着火により発生した燃焼火炎が副室噴口を通って主燃焼室内に噴出せしめられて該主燃焼室内の希薄混合気への安定燃焼が行われる。
【００１３】
一方、前記コントローラにおいては、前記エンジン運転状態検出手段からの検出値に基づいてエンジン負荷が一定以上と判断した場合には、前記電磁弁を閉じて副室内への副室ガスの供給を遮断するとともに、前記点火プラグの作動を遮断し、かつ燃料ポンプからの高圧燃料を燃料噴射弁に供給して該燃料噴射弁を作動させ、副室内に油燃料を噴射せしめる。
【００１４】
かかる発明によれば、低負荷時には、副室ガス供給路の電磁弁を開いて燃料ガスを副室に供給して点火プラグの火花放電により強制着火燃焼せしめ、主燃焼室側に燃焼火炎を発生させることにより、主燃焼室内の希薄混合気に安定して着火燃焼させることができるとともに、油燃料の消費を必要最低限に抑えることができる。
【００１５】
エンジンの高負荷時には、燃料噴射弁から噴射される油燃料が確実に自己着火燃焼せしめられるため、主燃焼室内の希薄混合気への安定着火燃焼を実現できる。従ってこの時、点火プラグによる火花放電を行わないため、高負荷時の点火プラグ温度上昇にともなう高温劣化の問題が回避でき、高出力化が可能となる。
【００１６】
また、かかる発明において、好ましくは、前記点火プラグの電極温度検出器を備え、前記コントローラは前記電磁弁を開いて前記点火プラグ温度検出器から入力される点火プラグの温度が一定温度以上になったとき前記点火プラグの作動を遮断するとともに前記燃料噴射弁を作動させ、副室火花点火方式から副室油着火方式に切り替えるように構成されてなる。
このように構成すれば、点火プラグの温度状態を常時検知してエンジンの運転を行うことにより、該点火プラグの高温劣化を未然に防止できる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１８】
図１は本発明の実施例に係るガスエンジンの燃焼制御装置の全体構成図、図２は副室及び主燃焼室周りの要部断面図である。図３は前記燃焼制御装置の制御ブロック図である。
【００１９】
実施例を示す図１〜図２において、７はエンジンのピストン、１は該ピストンの上面に形成された主燃焼室、８はシリンダヘッド、２は該シリンダヘッド８内に設けられた副室、１３は副室口金、０３は該副室口金１３の先端部に穿孔された副室噴口である。
９は吸気ポート、５は該吸気ポート９を開閉する吸気弁、１０は排気ポート、６は該排気ポートを開閉する排気弁、１６は前記吸気ポート９内に設けられて前記主燃焼室１への主燃焼ガス流量を調整するスロットル弁である。
以上の基本構成は、通常のガスエンジンと同様である。
【００２０】
１２は前記副室内に燃料ガスを供給する副室ガス供給路、１３は該副室ガス供給路１２に設けられて前記副室２側へのガスの流れのみを可能とする逆止弁である。３は該副室２内の燃料ガスを点火燃焼せしめる点火プラグ、３ａは該点火プラグ３の点火時期及び点火電圧を制御する点火回路である。
４は前記副室２内に軽油等の油燃料を噴射する燃料噴射弁、３４は燃料ポンプ、３１はコモンレールで、該燃料ポンプ３４において高圧つまり噴射圧に加圧された油燃料をコモンレール３１に蓄圧し、所定のタイミングで該油燃料を燃料通路３２を通して前記燃料噴射弁４に圧送し、該燃料噴射弁４から前記副室２内に噴射するようになっている。
【００２１】
１１は前記副室ガス供給路１２に設けられて該ガス供給路１２を開閉する電磁弁である。２３は前記吸気ポート９内における吸気圧力を検出する吸気圧力検出器である。
２０は該副室ガス供給路１２の電磁弁１１上流側に設けられた差圧制御弁、２２は前記副室ガス供給路１２の副室ガス圧力を検出する副室ガス圧力検出器、２１は差圧検出器であり、該差圧検出器２１において前記副室ガス圧力検出器２２からの副室ガス圧力と前記吸気圧力検出器２３からの吸気圧力との差圧を検出して差圧制御弁２０に入力し、該差圧制御弁２０により前記副室ガス供給路１２の通路面積を前記差圧が一定になるように制御している。
【００２２】
２５は発電機負荷を検出する負荷検出器、２７は前記スロットル弁１５の開度を検出するスロットル開度検出器、２８はエンジンのシリンダ内圧力即ち前記主燃焼室１内の圧力を検出する筒内圧力検出器である。前記負荷検出器２５、スロットル開度検出器２７、筒内圧力検出器２８及び前記吸気圧力検出器２３によりエンジン運転状態検出器を構成する。
２６は前記点火プラグ３の温度を検出する点火プラグ温度検出器である。
【００２３】
２４は後述するような演算、制御を行うコントローラで、該コントローラ２４には、前記負荷検出器２５からのエンジン負荷（エンジン出力）の検出値、スロットル開度検出器２７からのスロットル弁１５の開度の検出値、筒内圧力検出器２８からのシリンダ内圧力の検出値、吸気圧力検出器２３からの吸気ポート９内における吸気圧力の検出値、点火プラグ温度検出器２６からの点火プラグ３の温度検出値等が入力されている。
尚、図示を省略したが、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器を設置し、該エンジン回転数検出器からのエンジン回転数検出値をエンジン運転状態検出値の１つとして前記コントローラ２に入力する。
【００２４】
かかる構成からなるガスエンジンにおいて、スロットル弁１５により流量を制御された希薄混合気は、吸気弁５の開弁により吸気ポート９から主燃焼室１に導入され、圧縮行程におけるピストン７の上昇とともに副室噴口０３を通って副室２内に流入する。
そして、後述するように、副室ガス供給路１２から供給される燃料ガスが点火プラグ３からの火花放電により強制着火燃焼され、あるいは副室２内に設けた燃料噴射弁４により噴射された油燃料が自己着火燃焼されると、その燃焼火炎が副室噴口０３から主燃焼室１に噴出せしめられて主燃焼室１における希薄混合気が安定して燃焼する。
【００２５】
次に、図３に基づきかかるガスエンジンの燃焼制御装置の動作を説明する。
２４１は負荷設定部で、前記副室２内において副室ガス供給路１２から燃料ガスを導入して点火プラグ３からの火花放電により強制着火燃焼せしめる副室火花点火方式と、副室２内に設けた燃料噴射弁４から油燃料を噴射し自己着火燃焼せしめる副室油着火燃焼とを切り換える発電機負荷が設定されている。
２４３はスロットル開度設定器で、前記副室火花点火方式と副室油着火燃焼とを切り換えるスロットル開度が設定されている。
【００２６】
２４５は筒内圧力設定器で、前記副室火花点火方式と副室油着火燃焼とを切り換えるシリンダ内最高圧力が設定されている。
２４７は吸気圧力設定器で、前記点火プラグによる着火燃焼と液体燃料による着火燃焼とを切り換える副室着火燃焼の切換え吸気圧力が設定されている。
２４９は点火プラグ温度設定部で、前記副室火花点火方式と副室油着火燃焼とを切り換える点火プラグ温度が設定されている。
【００２７】
２４２は負荷比較部で、前記負荷検出器２５からの発電機負荷の検出値Ｌ１と、前記負荷設定部２４１からの副室火花点火方式と副室油着火方式との切換え発電機負荷Ｌ０とを比較し、該発電機負荷の検出値が前記切換え発電機負荷以下（Ｌ１≦Ｌ０）であるかあるいは前記切換え発電機負荷を超えているか（Ｌ１＞Ｌ０）の比較結果を、電磁弁開閉判断部２５３、点火プラグ作動判断部２５４及び燃料噴射系作動判断部２５５に入力する。
【００２８】
２４４はスロットル開度比較部で、前記スロットル開度検出器２７からのスロットル弁１５の開度の検出値（Ｈ１）と、前記スロットル開度設定部２４３からの副室火花点火方式と副室油着火方式との切換えスロットル開度（Ｈ０）とを比較し、該スロットル弁１５の開度の検出値が前記切換えスロットル開度以下（Ｈ１≦Ｈ０）であるかあるいは前記スロットル弁１５の開度の検出値が切換えスロットル開度を超えているか（Ｈ１＞Ｈ０）の比較結果を、電磁弁開閉判断部２５３、点火プラグ作動判断部２５４及び燃料噴射系作動判断部２５５に入力する。
【００２９】
２４６は筒内圧力比較部で、前記筒内圧力検出器２８からのシリンダ内最高圧力の検出値（Ｐ１）と、前記筒内圧力設定部２４５からの副室火花点火方式と副室油着火方式との切換えシリンダ内最高圧力（Ｐ０）とを比較し、該シリンダ内最高圧力の検出値が前記切換えシリンダ内最高圧力以下（Ｐ１≦Ｐ０）であるかあるいは前記シリンダ内最高圧力の検出値が切換えシリンダ内最高圧力を超えているか（Ｐ１＞Ｐ０）の比較結果を、電磁弁開閉判断部２５３、点火プラグ作動判断部２５４及び燃料噴射系作動判断部２５５に入力する。
【００３０】
２４８は吸気圧力比較部で、前記吸気圧力検出器２３からの吸気圧力の検出値（Ｐｓ１）と、前記吸気圧力設定部２４７からの副室火花点火方式と副室油着火方式との切換え吸気圧力（Ｐｓ０）とを比較し、該吸気圧力の検出値が前記切換え吸気圧力以下（Ｐｓ１≦Ｐｓ０）であるかあるいは前記吸気圧力の検出値が切換え吸気圧力を超えているか（Ｐｓ１＞Ｐｓ０）の比較結果を、電磁弁開閉判断部２５３、点火プラグ作動判断部２５４及び燃料噴射系作動判断部２５５に入力する。
【００３１】
２５０は点火プラグ温度比較部で、前記点火プラグ温度検出器２６からの点火プラグ電極温度の検出値（Ｔ１）と、前記点火プラグ温度設定部２４９からの許容点火プラグ温度（Ｔ０）とを比較し、該点火プラグ温度の検出値が前記許容点火プラグ温度以下（Ｔ１≦Ｔ０）であるかあるいは前記点火プラグ温度の検出値が許容点火プラグ温度を超えているか（Ｔ１＞Ｔ０）の比較結果を、電磁弁開閉判断部２５３、点火プラグ作動判断部２５４及び燃料噴射系作動判断部２５５に入力する。
【００３２】
前記負荷比較部２４２における比較結果において発電機負荷の検出値が前記切換え発電機負荷以下（Ｌ１≦Ｌ０）のときには、電磁弁開閉判断部２５３において電磁弁１１に開弁指令を出力して該電磁弁１１を開弁せしめるとともに、点火プラグ作動判断部２５４において点火回路３ａを介して点火プラグ３に火花放電を発生せしめる。
これにより、副室ガス供給路１２からの燃料ガスは電磁弁１１を経て逆止弁１３を押し開けて副室２内に流入し、この燃料ガスが前記点火プラグ３の火花放電により強制着火燃焼せしめられる。
【００３３】
また、前記スロットル開度比較部２４４における比較結果においてスロットル弁１５の開度の検出値が前記切換えスロットル開度以下（Ｈ１≦Ｈ０）のとき、あるいは筒内圧力比較部２４６における比較結果においてシリンダ内最高圧力の検出値が前記切換えシリンダ内最高圧力以下（Ｐ１≦Ｐ０）のとき、あるいは吸気圧力比較部２４８における比較結果において吸気圧力の検出値が前記切換え吸気圧力以下（Ｐ１≦Ｐ０）のときにも、前記発電機負荷の場合を同様に、電磁弁開閉判断部２５３にて電磁弁１１に開弁指令を出力して該電磁弁１１を開弁せしめるとともに、点火プラグ作動判断部２５４にて点火回路３ａを介して点火プラグ３に火花放電を発生し、強制着火燃焼せしめる。
従ってかかる低負荷時には、前記のような点火プラグ３の火花放電着火によって副室２内に導入されている燃料ガスが強制着火燃焼し、その燃焼火炎が副室噴口０３を通って主燃焼室１内に噴出せしめられて該主燃焼室１内の希薄混合気への安定した燃焼が行われる。
【００３４】
一方、前記負荷比較部２４２における比較結果において発電機負荷の検出値が前記切換え発電機負荷を超えている（Ｌ１＞Ｌ０）場合には、燃料噴射系作動判断部２５５にて燃料ポンプ３４及び燃料噴射弁４を含む燃料噴射系に作動指令を出力し、該燃料ポンプ３４からの高圧燃料を燃料噴射弁４に供給して該燃料噴射弁４を作動させ、副室内に油燃料を噴射せしめる。
さらに、これと同時に前記電磁弁１１を閉じて、副室１２内への副室ガスの供給を遮断するとともに、前記点火プラグ３の作動を遮断して火花放電を停止せしめる。
【００３５】
前記スロットル開度比較部２４４における比較結果において前記スロットル弁１５の開度の検出値が切換えスロットル開度を超えている（Ｈ１＞Ｈ０）のとき、あるいは筒内圧力比較部２４６における比較結果においてシリンダ内最高圧力の検出値が前記切換えシリンダ内最高圧力を超えている（Ｐ１＞Ｐ０）とき、あるいは吸気圧力比較部２４８における比較結果において吸気圧力の検出値が前記切換え吸気圧力を超えている（Ｐｓ１＞Ｐｓ０）ときにも、前記エンジン発電機負荷の場合を同様に、燃料噴射系作動判断部２５５にて燃料ポンプ３４及び燃料噴射弁４を含む燃料噴射系に作動指令を出力し、該燃料ポンプ３４からの高圧燃料を燃料噴射弁４に供給して該燃料噴射弁４を作動させ、副室内に油燃料を噴射せしめる。
そして、かかる場合においても、前記電磁弁１１を閉じて、副室１２内への副室ガスの供給を遮断するとともに、前記点火プラグ３の作動を遮断して火花放電を停止せしめる。
【００３６】
従ってかかる高負荷時には、前記低負荷時のように副室２内に供給された燃料ガスに点火プラグ３による火花放電を行うことなく、該副室２内の燃料噴射弁４から噴射される油燃料が自己着火燃焼せしめられる。従って高負荷時に点火プラグ３の温度上昇による高温劣化を回避できる。
【００３７】
また、点火プラグ温度比較部２５０における比較結果において点火プラグ温度の検出値が許容点火プラグ温度を超えている（Ｔ１＞Ｔ０）ときには、電磁弁開閉判断部２５３にて電磁弁１１を閉じて副室２への副室ガスの供給を遮断するとともに、点火プラグ作動判断部２５４にて前記点火プラグの作動を遮断せしめ、燃料噴射弁４を作動させて副室油着火方式に切り替える。
このようにして、点火プラグ３の温度状態を常時検知してエンジンの運転を行うことにより、該点火プラグ３の温度上昇による高温劣化を回避できる。
【００３８】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、低負荷時には、電磁弁を開いて燃料ガスを副室に供給して点火プラグの火花放電により強制着火燃焼せしめることにより、主燃焼室内の希薄混合気への安定した着火燃焼を行うとともに、油の消費を最小限に抑えることができる。
【００３９】
また、エンジンの高負荷時には、低負荷時のように副室内の副室ガスに点火プラグによる火花放電を行うことなく、副室内に設けた燃料噴射弁から噴射される油燃料を強制着火燃焼せしめ、主燃焼室内の希薄混合気の安定した燃焼を行うことができる。
さらに、高負荷時において点火プラグによる火花放電を停止することにより、該点火プラグの高温劣化を防止でき、該点火プラグの耐久性を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係るガスエンジンの燃焼制御装置の全体構成図である。
【図２】 副室及び主燃焼室周りの要部断面図である。
【図３】 前記燃焼制御装置の制御ブロック図である。
【図４】 従来技術を示す図２対応図である。
【符号の説明】
１ 主燃焼室
２ 副室
３ 点火プラグ
３ａ 点火回路
０３ 副室噴口
４ 燃料噴射弁
５ 吸気弁
６ 排気弁
７ ピストン
８ シリンダヘッド
９ 吸気ポート
１０ 排気ポート
１１ 電磁弁
１２ 副室ガス供給路
１３ 逆止弁
１５ スロットル弁
２０ 差圧制御弁
２１ 差圧検出器
２２ 副室ガス圧力検出器
２３ 吸気圧力検出器
２４ コントローラ
２５ 負荷検出器
２６ 点火プラグ温度検出器
２７ スロットル開度検出器
２８ 筒内圧力検出器
３４ 燃料ポンプ
Claims (6)
- 同一の副室内に燃料ガスを供給する副室ガス供給路、前記燃料ガスを強制着火燃焼せしめる点火プラグ及び液体燃料を噴射する燃料噴射弁を備え、前記副室ガス供給路に該副室ガス供給路を開閉する電磁弁を設けるとともにエンジン運転状態を検出するエンジン運転状態検出手段を設け、該運転状態検出手段からの検出値に基づきエンジンの負荷状態が低〜中負荷域では副室ガス供給路の電磁弁を開き、点火プラグを作動することで、副室火花点火燃焼を行い、高負荷域では副室ガス供給路の電磁弁を閉じ、点火プラグの作動を遮断し、燃料噴射弁を作動することで、副室油着火燃焼を行うことを特徴とするガスエンジンの燃焼制御装置。
- 前記燃焼制御装置は、前記エンジン運転状態検出手段として発電機負荷を検出する負荷検出器を備え、該負荷検出器からの検出値に基づいて発電機負荷が規定のしきい値以下の場合は副室火花点火燃焼、しきい値を超える場合は副室油着火燃焼を行うことを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃焼制御装置。
- 前記燃焼制御装置は、前記エンジン運転状態検出手段としてスロットル開度検出器を備え、該スロットル開度検出器からの検出値に基づいてスロットル開度が規定のしきい値以下の場合は副室火花点火燃焼、しきい値を超える場合は副室油着火燃焼を行うことを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃焼制御装置。
- 前記燃焼制御装置は、前記エンジン運転状態検出手段として吸気圧力検出器を備え、該吸気圧力検出器からの検出値に基づいて吸気圧力が規定のしきい値以下の場合は副室火花点火燃焼、しきい値を超える場合は副室油着火燃焼を行うことを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃焼制御装置。
- 前記燃焼制御装置は、前記エンジン運転状態検出手段として筒内圧力検出器を備え、該筒内圧力検出器からの検出値に基づいて筒内圧力の最大値が規定のしきい値以下の場合は副室火花点火燃焼、しきい値を超える場合は副室油着火燃焼を行うことを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃焼制御装置。
- 前記燃焼制御装置は、前記エンジン運転状態検出手段として点火プラグ温度検出器を備え、該点火プラグ温度検出器からの検出値に基づいて点火プラグ温度が規定のしきい値以下の場合は副室火花点火燃焼、しきい値を超える場合は副室油着火燃焼を行うことを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃焼制御装置。
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