JPS63113178A - Starting method for gas fuel engine - Google Patents
Starting method for gas fuel engineInfo
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Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
〔産業上の利用分野〕
本発明は、水素等引火性の強いガスを燃料として駆動す
るレジプロ４サイクルエンジンの始動方法に関するもの
である。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Field of Industrial Application] The present invention relates to a method for starting a 4-cycle registration engine that is driven using highly flammable gas such as hydrogen as fuel.
この種のガス燃料エンジンに対するガスの供給方法とし
て、シリンダ内に燃料ガスを直接供給する筒内直接噴射
法、燃料ガスと空気を予め混合してからシリンダへ供給
する予混合法、更に、筒内直接噴射系と予混合系の両方
を備え適宜必要な系を選択する方法等がある。筒内直接
噴射法は燃料ガスをシリンダ内に多く供給することがで
き、高出力が得られる等の利点を有し、予混合法は構造
が極めて簡単であるという利点を有する。また、筒内直
接噴射系と予混合系の両方を備える方法では筒内直接噴
射系に予混合系を付加することにより運転性（ドライバ
ビリティ）の向上を図ることができる等の利点を有する
。Gas supply methods for this type of gas-fueled engine include the in-cylinder direct injection method, which supplies fuel gas directly into the cylinder, the premixing method, which mixes fuel gas and air in advance and then supplies them to the cylinder. There is a method of having both a direct injection system and a premixing system and selecting the necessary system as appropriate. The in-cylinder direct injection method has the advantage of being able to supply a large amount of fuel gas into the cylinder and achieving high output, while the premixing method has the advantage of an extremely simple structure. Further, a method including both an in-cylinder direct injection system and a premixing system has the advantage that drivability can be improved by adding a premixing system to the in-cylinder direct injection system.
ところが、いずれの燃料供給方法による場合であっても
、燃料ガスの引火性が高いために、始動時、特にエンジ
ン停止直後の再始動時には逆火が発生し易いという問題
があった。However, no matter which fuel supply method is used, there is a problem in that because the fuel gas is highly flammable, flashback is likely to occur when starting, especially when restarting the engine immediately after it has been stopped.
ここで、予混合系の場合の始動時の逆火の発生メカニズ
ムについて説明する。第４図は、４気筒エンジンにおけ
るバルブの開閉および点火タイミングを示すタイミング
チャートである。同図において、Ｔは第１気筒の上死点
の時刻、Ｂは下死点の時刻を表している。また、実線で
示した線分は各気筒において吸気バルブが開いている時
間を示し、破線で示した線分は排気バルブが開いている
時間を示している。さらに、「＊」印は各気筒における
点火タイミングを示している。Here, the mechanism of occurrence of flashback during startup in the case of a premixed system will be explained. FIG. 4 is a timing chart showing valve opening/closing and ignition timing in a four-cylinder engine. In the figure, T represents the time of the top dead center of the first cylinder, and B represents the time of the bottom dead center of the first cylinder. Furthermore, the solid line segments indicate the time during which the intake valve is open in each cylinder, and the broken line segments indicate the time during which the exhaust valve is open. Furthermore, the "*" mark indicates the ignition timing in each cylinder.
同図に示すように、たとえば第３気筒で最初に点火が起
こったとすると（Ｓｌ）、第３気筒で排気弁が開いたと
きに（■）、第３気筒内の火が排気系に溜まっていたガ
ス燃料に引火し、第１気筒の排気弁（■）−第１気筒内
−第１気筒の吸気弁（■）−吸気系へと火が回り、逆火
が起こる。As shown in the figure, if ignition occurs first in the 3rd cylinder (Sl), then when the exhaust valve of the 3rd cylinder opens (■), the fire in the 3rd cylinder will accumulate in the exhaust system. The gas fuel ignites, and the fire spreads from the exhaust valve of the first cylinder (■) to the inside of the first cylinder to the intake valve of the first cylinder (■) to the intake system, causing a backfire.
本発明のガス燃料エンジンの始動方法は上記問題点に鑑
みてなされたものであり、スタータスイッチを操作して
スタータモータを駆動した後、所定時間経過した時点で
点火および燃料ガス供給を開始するものである。The method for starting a gas fuel engine of the present invention has been devised in view of the above problems, and is a method in which ignition and fuel gas supply are started after a predetermined period of time has elapsed after operating a starter switch to drive a starter motor. It is.
スタータモータの駆動によりシリンダあるいは吸排気管
内に残留していたガスが排出された後に点火および燃料
ガスの供給がなされる。After the gas remaining in the cylinder or the intake and exhaust pipes is exhausted by driving the starter motor, ignition and fuel gas are supplied.
以下、実施例と共に本発明の詳細な説明する。 Hereinafter, the present invention will be described in detail along with examples.
第１図は、筒内直接噴射系と予混合系とを備えた水素ガ
ス４サイクルエンジンシステムを示す構成図であり、こ
の水素ガスエンジンでは始動時に予混合系により水素ガ
スをシリンダ内に供給するようになっている。Figure 1 is a configuration diagram showing a hydrogen gas 4-cycle engine system equipped with an in-cylinder direct injection system and a premixing system. In this hydrogen gas engine, hydrogen gas is supplied into the cylinder by the premixing system at the time of startup. It looks like this.
同図において、１は水素吸蔵合金タンク、２は副圧器で
あり、水素吸蔵合金タンク１から出力された水素ガスは
調圧器２によって約３気圧程度に減圧されるようになっ
ている。３は遮断弁であり、制御手段２０からの指令に
従ってエンジン９への水素ガスの供給をオンオフする電
磁弁である。４は筒内直接噴射系のガス制御装置であり
、５は予混合系のガス制御装置である。筒内直接噴射系
のガス制御装置４は、コイルに与える電流値に比例して
流量を自由に調節することができる流量比例電磁弁、ア
クセルに連動して弁開度が調節可能な機械弁および電気
駆動によりオンオフする遮断弁から構成されている。一
方、予混合系のガス制御装置５は調圧器６および混合器
７から構成されている。調圧器６は供給された水素ガス
を大気圧〜０．３気圧程度に減圧する手段であり、混合
器７は調圧器６からの水素ガスと吸気管８からの空気と
を混合する手段である。エンジン９は、４つのバルブを
備えたレジプロ４サイクルエンジンであり、１０および
１１が予混合系からの混合ガスを取り込む吸気弁、１２
が筒内直接噴射系からの水素ガスを取り込む水素弁、１
３が排気弁である。In the figure, 1 is a hydrogen storage alloy tank, 2 is a subpressure device, and hydrogen gas output from the hydrogen storage alloy tank 1 is reduced in pressure to about 3 atmospheres by a pressure regulator 2. Reference numeral 3 denotes a shutoff valve, which is an electromagnetic valve that turns on and off the supply of hydrogen gas to the engine 9 according to commands from the control means 20. 4 is an in-cylinder direct injection type gas control device, and 5 is a premixing type gas control device. The gas control device 4 for the in-cylinder direct injection system includes a flow rate proportional solenoid valve that can freely adjust the flow rate in proportion to the current value applied to the coil, a mechanical valve that can adjust the valve opening in conjunction with the accelerator, and It consists of a shutoff valve that is turned on and off by electrical drive. On the other hand, the premixing gas control device 5 includes a pressure regulator 6 and a mixer 7. The pressure regulator 6 is a means for reducing the pressure of the supplied hydrogen gas to about atmospheric pressure to 0.3 atm, and the mixer 7 is a means for mixing the hydrogen gas from the pressure regulator 6 and the air from the intake pipe 8. . The engine 9 is a repro 4-cycle engine equipped with four valves, in which intake valves 10 and 11 take in the mixed gas from the premixing system, and 12
is a hydrogen valve that takes in hydrogen gas from the in-cylinder direct injection system, 1
3 is an exhaust valve.
制御手段２０は、遮断弁３を初めとする各種のガス弁の
制御、イグナイタ２１、イグニッションコイル２２、デ
ィストリビュータ２３、点火プラグ２４で構成される点
火系の制御およびスタータモータ２５の制御を行う。な
お、２６はスタータスイッチ、２７はバッテリ、２８．
２９はそれぞれヒユーズである。スタータスイッチ２８
は、不図示の可動接点を操作して回動することにより、
初めに端子２６ａと２６ｂとが接続し、さらに可動接点
を回動すると端子２６ａが２６ｂおよび２６Ｃの双方に
接続するようになっている。また、この状態からスター
タスイッチ２８の操作を解放すると、端子２６ａと２６
ｂのみが互いに接続した状態まで自動復帰するようにな
っている。The control means 20 controls various gas valves including the cutoff valve 3, controls an ignition system including an igniter 21, an ignition coil 22, a distributor 23, and a spark plug 24, and controls a starter motor 25. In addition, 26 is a starter switch, 27 is a battery, 28.
29 are fuses. Starter switch 28
is rotated by operating a movable contact (not shown).
Initially, the terminals 26a and 26b are connected, and when the movable contact is further rotated, the terminal 26a is connected to both 26b and 26C. Furthermore, when the starter switch 28 is released from this state, the terminals 26a and 26
The system automatically returns to the state where only the terminals b are connected to each other.
つぎに、始動時のシーケンスを第２図のフローチャート
を用いて説明する。スタータスイッチ２６が操作されて
接点２６ａ〜２６ｃのすべてが互いに接続されると、制
御手段２０はスタータモータ２５に対して駆動信号を出
力し、スタータモータ２５はこの駆動信号に基づいて駆
動する（ステップ１０１，１０２）。なお、スタータス
イッチ２６の操作に伴って、イグナイタ２１はバッテリ
２７に接続されることになるが、制御手段２０からの指
令によりイグニッションコイル２２の１次側には電流が
まだ供給されない。また、遮断弁３も制御手段２０の指
示により遮断状態を保持している。Next, the sequence at the time of starting will be explained using the flowchart shown in FIG. When the starter switch 26 is operated and all the contacts 26a to 26c are connected to each other, the control means 20 outputs a drive signal to the starter motor 25, and the starter motor 25 is driven based on this drive signal (step 101, 102). Incidentally, when the starter switch 26 is operated, the igniter 21 is connected to the battery 27, but current is not yet supplied to the primary side of the ignition coil 22 due to a command from the control means 20. Further, the cutoff valve 3 is also maintained in a cutoff state according to instructions from the control means 20.
制御手段２０はスタータモータ駆動信号を送出した時点
を基準として所定時間ｔ （例えば１．５秒程度）を経
過したか否か監視しており（ステップ１０３）、所定時
間ｔを経過した時点でイグナイタ２１を機能させて点火
を開始する（ステップ１０４）。スタータモータ２５が
駆動してから所定時間ｔを経過した時点では、エンジン
９のシリンダ内および吸排気管内に残留していた水素ガ
スが全て排出されているため、この時点で火花を発生さ
せてもガスの燃焼は全くみられない。ついで、点火動作
開始時刻を起点として所定時間１１（例えば、０．５秒
程度）経過した時点で、遮断弁３を解放する（ステップ
１０５，１０６）、遮断弁３から流れ出た水素ガスは予
混合系５の調圧器６に供給され混合器７で空気と混合さ
れて吸気バルブ１０．１１に送り込まれる。The control means 20 monitors whether a predetermined time t (for example, about 1.5 seconds) has elapsed based on the time when the starter motor drive signal is sent (step 103), and when the predetermined time t has elapsed, the igniter is turned off. 21 to start ignition (step 104). When the predetermined time t has elapsed since the starter motor 25 was driven, all the hydrogen gas remaining in the cylinders and intake and exhaust pipes of the engine 9 has been exhausted, so even if a spark is generated at this point, No gas combustion is observed. Then, when a predetermined time 11 (for example, about 0.5 seconds) has elapsed from the ignition operation start time, the cutoff valve 3 is released (steps 105 and 106), and the hydrogen gas flowing out from the cutoff valve 3 is premixed. It is supplied to the pressure regulator 6 of the system 5, mixed with air in the mixer 7, and sent to the intake valves 10.11.
以上の手順に従うと、筒内に燃料ガスが到達した気筒か
ら燃焼が開始されるので、生ガス（燃料ガス）が筒内を
通り抜け、排気系に流れることがないので、第４図に示
す■→■の過程が断ち切られて他に気筒へ火が伝わるこ
とがない。If the above procedure is followed, combustion will start from the cylinder in which the fuel gas has reached the cylinder, so the raw gas (fuel gas) will not pass through the cylinder and flow into the exhaust system, as shown in Figure 4. The process of →■ is cut off and the fire is no longer transmitted to other cylinders.
なお、本実施例のフローチャートによれば、点火開始指
令を行った後（ステップ１０４）、ｔ”時間経過するの
を待って燃料ガスの供給開始指令（ステップ１０６）を
行っているが、制御手段２０からの指令段階では同時に
行ってもよい。すなわち、点火動作の場合は、電気的な
動作のみであるから点火指令と同時に動作が開始される
のに対して、燃料ガスの供給の場合は、遮断弁３が開く
時間と、その後燃料ガスが流れ出して筒内に到るまでの
時間とが付加されるために、たとえ点火指令の燃料ガス
供給指令が同時になされても実質的には点火系が働き出
してから燃料ガスが筒内に到達することになる。According to the flowchart of this embodiment, after issuing the ignition start command (step 104), the fuel gas supply start command (step 106) is issued after waiting for t" time, but the control means The command steps from 20 may be performed simultaneously.In other words, in the case of ignition operation, since it is only an electrical operation, the operation is started at the same time as the ignition command, whereas in the case of fuel gas supply, Since the time for the shutoff valve 3 to open and the time for the fuel gas to flow out and reach the cylinder are added, even if the ignition command and the fuel gas supply command are issued at the same time, the ignition system will essentially not be activated. After the fuel gas starts working, it reaches the cylinder.
このようにして、エンジン９の始動が完了したら、スタ
ータスイッチ２６を解放して、端子２６ａと２６ｃの接
続を開放し、端子２６ａを端子２６ｂとのみ接続させて
おけば以後エンジン９は正常に駆動し続ける。When the engine 9 has finished starting in this way, the starter switch 26 is released, the terminals 26a and 26c are disconnected, and the engine 9 will run normally if the terminal 26a is connected only to the terminal 26b. Continue to do so.
なお、本実施例は、始動後においては逆火が起こらない
ように十分な配慮がなされている。たとえば、吸気絞り
弁の無い構造とすることにより吸気系をほぼ大気圧とし
、吸気行程の入り初めに吸気弁が開いた時でも筒内の既
燃料ガスが吸気系に戻らないようにして、既燃料ガスの
戻りによる逆火の発生を防いでいる。また、超希薄燃焼
を採用して最小点火エネルギおよび燃焼速度を太き（す
ることにより、吸気行程に本格的に入り燃料ガスが筒内
に吸入されたときでも、筒内のホットスポット（たとえ
ば、点火プラグのエツジ部やピストンエツジ部等）から
着火し、吸入行程で「筒内爆発−吸気系逆火」となるこ
とを防止している。In addition, in this embodiment, sufficient consideration has been made to prevent backfire from occurring after starting. For example, by creating a structure without an intake throttle valve, the intake system is kept at almost atmospheric pressure, and even when the intake valve opens at the beginning of the intake stroke, fueled gas in the cylinder does not return to the intake system. This prevents backfire from occurring due to return of fuel gas. In addition, by adopting ultra-lean combustion and increasing the minimum ignition energy and combustion speed, even when the intake stroke begins in earnest and fuel gas is drawn into the cylinder, hot spots in the cylinder (for example, This prevents ignition from occurring at the edges of the spark plug, piston edges, etc., resulting in "in-cylinder explosion - intake system backfire" during the intake stroke.
第３図は、制御手段２０を機能ブロックで表した図であ
り、スタータスイッチ検出手段３０、計時手段３１、ス
タータモータ駆動手段３２、点火出力手段３３、燃焼ガ
ス弁駆動手段３４を具備しており、スタータモータ駆動
手段３２によりスタータモータ２５を、点火出力手段に
よりイグナイタ２１を、燃焼ガス弁駆動手段３４により
遮断弁３をそれぞれ制御している。FIG. 3 is a functional block diagram of the control means 20, which includes a starter switch detection means 30, a clock means 31, a starter motor drive means 32, an ignition output means 33, and a combustion gas valve drive means 34. The starter motor drive means 32 controls the starter motor 25, the ignition output means controls the igniter 21, and the combustion gas valve drive means 34 controls the cutoff valve 3.
なお、本実施例では燃料ガスとして水素ガスが用いられ
ているが、メタンガス等引火性の高い他のガスを用いた
エンジンの場合も、始動時の逆火を有効に防止できる。Although hydrogen gas is used as the fuel gas in this embodiment, backfire during startup can be effectively prevented even in the case of an engine using other highly flammable gases such as methane gas.
また、本実施例では、燃料タンクとして水素吸蔵合金タ
ンクを用いているが、−ｍ的なガスタンクでもよい。Further, in this embodiment, a hydrogen storage alloy tank is used as the fuel tank, but a -m type gas tank may also be used.
さらに、本実施例では、始動時に筒内直接噴射系のガス
制御装置４による燃料供給を行わないため、制御手段２
０の指示によりガス制御装置４内の遮断弁を閉じている
が、必ずしも筒内直接噴射系からのガス供給を遮断して
おく必要はない。Furthermore, in this embodiment, since fuel is not supplied by the gas control device 4 of the in-cylinder direct injection system at the time of startup, the control means 2
Although the shutoff valve in the gas control device 4 is closed in response to the instruction 0, it is not necessary to shut off the gas supply from the direct injection system.
以上説明したように本発明のガス燃料エンジン始動方法
によれば、スタータモータの駆動によりシリンダあるい
は吸排気管内に残留していたガスが排出された後に、点
火および燃料ガスの供給がなされるので、エンジン停止
直後の再始動時であっても、残留ガスを伝って逆火が起
こることは無くなる。As explained above, according to the gas fuel engine starting method of the present invention, ignition and fuel gas supply are performed after the gas remaining in the cylinder or intake and exhaust pipe is discharged by driving the starter motor. Even when restarting the engine immediately after stopping, there is no possibility of backfire occurring due to residual gas.
第１図は本発明の一実施例を説明するのに用いたエンジ
ンシステムを示す構成図、第２図は本実施例の始動シー
ケンスを示すフローチャート、第３図は第１図に示した
制御手段２０の機能ブロック図、第４図は予混合系を用
いた場合に発生する逆火のメカニズムを示すタイミング
チャートである。
１・・・水素吸蔵合金タンク、２．６・・・調圧器、３
・・・遮断弁、４・・・筒内直接噴射系のガス制御装置
、５・・・予混合系のガス制御装置、７・・・混合器、
９・・・エンジン、１０．１１・・・吸気弁、１２・・
・水素弁、１３・・・排気弁、２０・・・制御手段、２
１・・・イグナイタ、２２・・・イグニッションコイル
、２３・・・ディストリビュータ、２４・・・点火プラ
グ、２５・・・スタータモータ、２６・・・スタータス
イッチ。FIG. 1 is a configuration diagram showing an engine system used to explain an embodiment of the present invention, FIG. 2 is a flowchart showing the starting sequence of this embodiment, and FIG. 3 is a control means shown in FIG. 1. 20, and FIG. 4 is a timing chart showing the mechanism of flashback that occurs when a premixing system is used. 1...Hydrogen storage alloy tank, 2.6...Pressure regulator, 3
...Shutoff valve, 4.In-cylinder direct injection system gas control device, 5.Premixing system gas control device, 7.Mixer,
9...Engine, 10.11...Intake valve, 12...
- Hydrogen valve, 13... Exhaust valve, 20... Control means, 2
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Igniter, 22... Ignition coil, 23... Distributor, 24... Spark plug, 25... Starter motor, 26... Starter switch.
Claims (2)
４サイクルエンジンにおいて、スタータスイッチを操作
してスタータモータを駆動した後、所定時間経過した時
点で点火および燃料ガス供給を開始することを特徴とす
るガス燃料エンジンの始動方法。(1) In a repro 4-cycle engine that is driven using highly flammable gas as fuel, ignition and fuel gas supply are started after a predetermined period of time has elapsed after operating the starter switch to drive the starter motor. How to start a gas fuel engine.
請求の範囲第１項記載のガス燃料エンジンの始動方法。(2) The method for starting a gas fuel engine according to claim 1, wherein ignition is started before fuel gas supply is started.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26032286A JPS63113178A (en) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | Starting method for gas fuel engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP26032286A JPS63113178A (en) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | Starting method for gas fuel engine |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS63113178A true JPS63113178A (en) | 1988-05-18 |
Family
ID=17346404
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP26032286A Pending JPS63113178A (en) | 1986-10-31 | 1986-10-31 | Starting method for gas fuel engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS63113178A (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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| JPS63105762U (en) * | 1986-12-27 | 1988-07-08 | ||
| JPH0286923A (en) * | 1988-09-22 | 1990-03-27 | Toyota Autom Loom Works Ltd | Starting method for hydrogen fueled engine |
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-
1986
- 1986-10-31 JP JP26032286A patent/JPS63113178A/en active Pending
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