CN107850034A - 发动机装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种在实现稳定的运转动作的同时、能够抑制热效率降低的发动机装置。本发明的发动机装置包括:进气歧管67,该进气歧管67使空气向汽缸36内供应;气体喷射器98,该气体喷射器98使燃料气体与由所述进气歧管67供应的空气混合而进入所述汽缸36;点火装置79,该点火装置79使所述燃料气体与空气预混合而得到的预混合燃料在所述汽缸36内点火;以及控制部73,该控制部73对所述汽缸36内的预混合燃料中的空气量不足进行判定。该控制部73在判定为空气量不足的情况下,对所述点火装置79的点火时间阶段性地进行延迟控制,而在判定为空气量充足的情况下,对所述点火时间阶段性地进行提前控制。

Description

发动机装置
技术领域
本发明涉及作为驱动源的发动机装置,特别涉及基于燃料气体的燃烧而使输出轴旋转的发动机装置。
背景技术
以往,例如油轮、运输船等船舶、陆地上的发电设施中,利用柴油发动机作为其驱动源。但是,柴油发动机的尾气中包含许多妨碍环保的有害物质、亦即氮氧化物、硫氧化物及粒子状物质等。因此,近年来,作为代替柴油发动机的发动机,能够降低有害物质的产生量的燃气发动机等逐渐得到普及。
使用称为天然气的燃料气体来产生动力的所谓的燃气发动机将燃料气体与空气混合得到的混合气体供应到汽缸中使其燃烧(参照专利文献1)。此外,作为将柴油发动机的特性和燃气发动机的特性分别组合而得到的发动机装置,提供一种双燃料发动机,其能够并用使天然气等气体燃料(燃料气体)与空气混合而供应到燃烧室中使其燃烧的预混合燃烧方式和将重油等液体燃料喷射到燃烧室内使其燃烧的扩散燃烧方式(参照专利文献2及专利文献3)。
对于汽车用的汽油发动机,公开了为了运转动作的稳定化、推定失火频率而切换燃料喷射模式的控制装置(参照专利文献4)、以及失火判定中的旋转极限的函数中包含相对于点火角的极限值作为参数的运转方法(参照专利文献5)。
专利文献
专利文献1:日本特开2003-262139号公报
专利文献2:日本特开2002-004899号公报
专利文献3:日本特开2008-202545号公报
专利文献4:日本特开平09-303189号公报
专利文献5:日本特开2005-036808号公报
发明内容
不过,以预混合燃烧方式使其驱动的双燃料发动机、燃气发动机具备输出越大、相对于空燃比的爆燃区域及失火区域越大的特性,因此,必须控制为适当的空燃比(空气流量/燃料流量)。如果空燃比偏离适当值,则例如在空气流量过多的情况下(空燃比较大的情况下),会发生失火,发动机的转速不稳定,最终,发动机停止。另一方面,在空气流量过少的情况下(空燃比较小的情况下),会发生爆燃,使发动机的部件(活塞、衬垫等)受损。在此,在汽缸内火焰传播的过程中,未燃烧的部位处于高温高压,发生自点火,由此,发生爆燃。
可以通过使点火时间延迟(推后)来避免爆燃。这是因为:通过使点火时间延迟,燃烧的开始时间比适当值晚,燃烧变得缓慢。但是,通过使点火时间延迟来避免爆燃的情况下,存在如下问题:燃气发动机、双燃料发动机中,在执行预混合燃烧方式的燃烧动作时,其燃烧效率降低。
特别是,船舶用或发电机用的大型发动机装置中,由于进气歧管的容积较大,所以,相对于控制量而言,由进气歧管供应的空气量的响应性有所延迟。因此,由燃气发动机、双燃料发动机构成的大型发动机装置与汽车用的汽油发动机等不同,在基于检出爆燃发生来进行控制的情况下,不仅很难设定为适应所需空气量的点火时间,而且点火时间也往往无法与现状的空气量相对应。因此,虽然能够在爆燃发生后抑制爆燃,但是,不仅无法预先预测而抑制爆燃的发生情况,而且导致燃烧效率降低。
于是,本发明的技术课题在于研究如上所述的现状而提供一种实施了改善的发动机装置。
包括:进气歧管,该进气歧管使空气向汽缸内供应;气体喷射器,该气体喷射器使燃料气体与由所述进气歧管供应的空气混合而进入所述汽缸;以及点火装置,该点火装置使所述燃料气体与空气预混合而得到的预混合燃料在所述汽缸内点火,发动机装置具备对所述汽缸内的预混合燃料中的空气量不足进行判定的控制部,该控制部在判定为空气量不足的情况下,对所述点火装置的点火时间阶段性地进行延迟控制,而在判定为空气量充足的情况下,对所述点火时间阶段性地进行提前控制。
上述发动机装置中,所述控制部可以在延迟控制中,在达到延迟角极限值的情况下停止延迟控制,而在提前控制中,在所述点火时间为通常运转时的点火时间的情况下,停止提前控制。
上述发动机装置中,所述控制部可以是:当将在所述进气歧管处测定的进气歧管压力作为测定压力接收、且在所述进气歧管处作为目标值的目标压力减去所述测定压力而得到的差值大于规定差值压力时,判定为空气量不足。另外,所述控制部可以是:当将在所述进气歧管处测定的空气流量作为测定流量接收、且在所述进气歧管处作为目标值的目标流量减去所述测定流量而得到的差值大于规定差值流量时,判定为空气量不足。此外,所述控制部还可以是:当所述发动机的输出变化量大于规定量时,判定为空气量不足。
根据本发明,在空气量不足时,对点火时间阶段性地进行延迟控制,因此,无需检测爆燃的发生,不仅能够降低爆燃发生,而且能够防止使点火时间延迟过度而抑制燃烧效率降低。另外,能够通过预测判定进气歧管内的空气量的过多或不足来设定点火时间,因此,即便像大型发动机那样具备大容积的进气歧管,也能够将点火时间设定为最合适。因此,能够抑制发动机装置的燃烧效率降低,并且,能够抑制爆燃发生而执行稳定的运转。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式中的船舶的整体侧视图。
图2是机仓的平面说明图。
图3是机仓的平面说明图。
图4是表示本发明的实施方式中的发动机装置的进气排气通路的构成的概略图。
图5是示意性地表示本发明的实施方式中的发动机装置中的汽缸盖内的概略图。
图6是本发明的实施方式中的发动机装置的控制框图。
图7是本发明的实施方式中的发动机装置的侧视图。
图8是本发明的实施方式中的发动机装置的俯视图。
图9是本发明的实施方式中的发动机装置的放大立体图。
图10是表示本发明的实施方式中的发动机装置中的空气流量控制动作的流程图。
图11是表示本发明的实施方式中的发动机装置中的空气流量控制动作的流程图。
图12是表示燃料气体喷射量控制动作的示意图。
图13是表示目标进气歧管压力图校正控制动作的流程图。
图14是表示目标进气歧管压力图校正控制动作的示意图。
图15是表示目标副燃料气体压力图校正控制动作的流程图。
图16是表示发动机控制装置的点火时间设定控制动作的流程图。
图17是表示发动机控制装置的点火时间设定控制动作的流程图。
图18是表示发动机控制装置的点火时间设定控制的第一变形例的流程图。
图19是表示发动机控制装置的点火时间设定控制的第二变形例的流程图。
图20是表示第二实施方式的发动机控制装置的点火时间设定控制动作的流程图。
图21是第一参考例中的船舶的整体侧视图。
图22是机仓的侧视截面图。
图23是机仓的平面说明图。
图24是表示第一参考例中的发动机装置的燃料供应路的构成的概略图。
图25是表示第一参考例中的发动机装置中的进气排气通路的构成的概略图。
图26是示意性地表示第一参考例中的发动机装置中的汽缸盖内的构成的概略图。
图27是第一参考例中的发动机装置的控制框图。
图28是表示第一参考例中的发动机装置的排气歧管设置侧(右侧面)的立体图。
图29是表示第一参考例中的发动机装置的燃料喷射泵设置侧(左侧面)的立体图。
图30是第一参考例中的发动机装置的左视图。
图31是用于说明针对使第一参考例中的发动机装置以气体模式运转时的负荷的空燃比控制的图。
图32是表示发动机控制装置的点火时间设定控制动作的流程图。
图33是表示动机控制装置的点火时间设定控制动作的流程图。
图34是表示发动机控制装置的点火时间设定控制的第一参考变形例的流程图。
图35是表示发动机控制装置的点火时间设定控制的第二参考变形例的流程图。
图36是表示发动机控制装置的点火时间设定控制的第三变形例中的延迟角设定图的图。
图37是表示第二参考例的发动机控制装置的点火时间设定控制动作的流程图。
具体实施方式
以下,基于应用于电力推进船所搭载的发电机构时的附图,对将本发明具体化的第一实施方式进行说明。
首先,对船舶的概要进行说明。如图1~图3所示,本实施方式的船舶1包括:船体2、设置于船体2的船尾侧的舱室3(驾驶台)、配置于舱室3的后方的烟囱4(烟筒)、设置于船体2的后方下部的一对的螺旋桨5以及舵6。这种情况下,在船尾侧的船底7一体形成有一对艉鳍8。在各艉鳍8上轴支撑有使螺旋桨5旋转驱动的推进轴9。各艉鳍8以将船体2的左右宽度方向分割的船体中心线CL(参照图2)为基准,形成为左右对称状。即,第一实施方式中,作为船体2的船尾形状,采用双艉鳍。
在船体2内的船头侧及中央部设置有船舱10,在船体2内的船尾侧设置有机仓11。在机仓11中配置有一对作为螺旋桨5的驱动源的推进机构12,推进机构12分设于夹持船体中心线CL的左右。各螺旋桨5利用由各推进机构12传递到推进轴9的旋转动力而进行旋转驱动。在机仓11设置有对向各推进机构12等供电进行控制的电力控制面板13和产生通过电力控制面板13供应的电力的多台(本实施方式中为3台)发电机构14。机仓11的内部被甲板及内底板上下分隔。第一实施方式的推进机构12、电力控制板13、及发电机构14设置在机仓11最下层的内底板上。另外,虽然详细结构没有图示,但是船舱10被分割为多个区域。
如图2及图3所示,推进机构12是将作为螺旋桨5的驱动源的推进马达装置15(实施方式中为双燃料发动机)和将推进马达装置15的动力传递到推进轴9的减速器22组合而得到的。另外,发电机构14是将产生要供应的电力的发电机23和作为发电机23的驱动源的中速发动机装置21组合而得到的。此处,所谓“中速”发动机,是指以每分钟500~1000转左右的旋转速度进行驱动的发动机。顺便说一下,“低速”发动机以每分钟500转以下的旋转速度进行驱动,“高速”发动机以每分钟1000转以上的旋转速度进行驱动。实施方式的发动机装置21构成为在中速的范围内(每分钟700~750转左右)进行恒速驱动。
发动机输出轴24的后端侧从发动机装置21的后表面侧突出出来。在发动机输出轴24的后端侧以能够传递动力的方式连结有发电机23。发电机构14中,利用发动机装置21对发电机23进行旋转驱动,由此,发电机23将发电电力输送给电力控制面板13。电力控制面板13将由各发电机23送来的电力的一部分供应给推进马达装置15,使推进马达装置15进行旋转驱动。另外,电力控制面板13还将各发电机23的发电电力供应给推进马达装置15以外的船体2内的电气系统。
推进马达装置15基于来自电力控制面板13的电力将旋转驱动的推进马达装置15的动力从马达输出轴16的后端侧经由减速器22而传递给推进轴9。推进马达装置15的动力的一部分被减速器22减速而传递给推进轴9。螺旋桨5利用来自减速器22的减速动力进行旋转驱动。另外,螺旋桨5采用通过变更螺旋桨叶片的叶片角度可以调节船速的变桨距螺旋桨。
接下来,参照图3~图9,对用作上述船舶1中的发电机构14的发动机装置、亦即燃气发动机装置的构成进行说明。燃气发动机装置21(以下简称为“发动机装置21”)利用使天然气等燃料气体与空气混合而燃烧的预混合燃烧方式进行驱动。图4是表示发动机装置21中的进气排气系统的图,图5是示意性地表示发动机装置21中的汽缸盖内结构的概略图,图6是发动机装置21的控制框图。
如图3所示,发动机装置21借助气化装置34及气阀单元35而与设置于船舶2的气体燃料箱32连接,构成燃料气体供应路。气体燃料箱32储存使作为气体的燃料气体液化而得到的液化燃料气体。气化装置34使气体燃料箱32的液化燃料(燃料气体)气化,经由气阀单元35而送给发动机装置21。另外,气阀单元35为密闭结构,在燃料气体从气体配管泄漏的情况下,通过检出单元内的气体压力,能够确认气体泄漏,能够紧急停止发动机。
发动机装置21利用主燃料气体流路30及副燃料气体流路31与气阀单元35连接在一起。主燃料气体流路30具备主燃料气体压力调整器110,通过主燃料气体压力调整器110来调整从气阀单元35供应给发动机装置21的燃料气体的气体压力。主燃料气体流路30具备主燃料气体压力调整器110,通过主燃料气体压力调整器110来调整从后述的气体喷射器98(参照图4)供应给主室M(参照图5)的燃料气体的气体压力。另外,副燃料气体流路31具备副燃料气体压力调整器111,通过副燃料气体压力调整器111来调整从后述的单向阀89(参照图5)供应给副室S(参照图5)的燃料气体的气体压力。
如图4所示,发动机装置21的构成为:在后述的汽缸体25上串联排列有多个汽缸(Cylinder)36(本实施方式中为6个汽缸)。各汽缸36借助构成于汽缸体25内的进气歧管(进气流路)67和进气口37而连通在一起。各汽缸36借助配置在后述的汽缸盖26上方的排气歧管(排气流路)44和排气口38而连通在一起。在各汽缸36的进气口37配置气体喷射器98。
因此,来自进气歧管67的空气经由进气口37而供应给各汽缸36,另一方面,来自各汽缸36的尾气经由排气口38而喷出到排气歧管44。从气体喷射器98向进气口37供应燃料气体,使燃料气体与来自进气歧管67的空气混合,从而向各汽缸36供应预混合气体。另外,在进气歧管67配置有测定进气歧管67内的空气压力的进气歧管压力传感器39。
另外,本实施方式中,使进气歧管67中的空气量取决于进气歧管压力,但是,并不限定于此。例如,可以通过质量流量计或孔板流量计来检测供应给进气歧管67的空气流量,将检测到的空气流量作为进气歧管67的空气量。
在排气歧管44的排气出口侧连接有增压器49的涡轮49a的排气入口,在进气歧管67的空气入口侧(新气入口侧)连接有中间冷却器51的空气喷出口(新气出口)。在中间冷却器51的空气吸入口(新气入口)连接有增压器49的压缩机49b的空气喷出口(新气出口)。在压缩机49b与中间冷却器51之间配置有主节流阀V1,调节主节流阀V1的阀开度,从而调整供应给进气歧管67的空气流量。
将压缩机49b旁路的供气旁通流路17将压缩机49b的空气吸入口(新气入口)侧和中间冷却器51的空气吸入口侧连结在一起。即,供气旁通流路17在比压缩机49b的空气吸入口更靠上游侧的位置向外部空气开放,另一方面,连接于中间冷却器51与主节流阀V1的连接部分。在该供气旁通流路17上配置有供气旁通阀V2,调节供气旁通阀V2的阀开度,从而调整从主节流阀V1下游侧经由供气旁通流路17而流向外部空气的空气流量。
如上所述,发动机装置21的进气系统具备:进气歧管67、中间冷却器51、主节流阀V1、压缩机49b、以及供气旁通阀V2。发动机装置21的进气系统中,从进气歧管67朝向空气流的上游侧,依次配置有中间冷却器51、主节流阀V1、压缩机49b。供气旁通阀V2设置在将压缩机49b旁路的旁通路径、亦即供气旁通流路17上。另外,发动机装置21的排气系统具备排气歧管44和涡轮49a,从排气歧管44朝向尾气流的下游侧,配置有涡轮49a。
如图5所示,发动机装置21在汽缸体25内设置有汽缸36,在汽缸36内以能够滑动的方式收纳有活塞78。在汽缸体25上部配置有汽缸盖26,在汽缸盖26上插入有点火装置79,在点火装置79的外周侧以能够滑动的方式设置有进气阀80及排气阀81。并且,在点火装置79内的点火装置79下端侧形成有副室S。另外,火花塞82及单向阀89以各前端位于副室S的上方的方式插入于点火装置79。在汽缸36内形成由汽缸盖26下侧和活塞78顶部包围的主室M。
即,在汽缸体25内插入有圆筒形状的汽缸36,通过活塞78在汽缸36内沿着上下方向进行往复运动,使汽缸36下侧的发动机输出轴24进行旋转。装填有火花塞82及单向阀89的点火装置79分别以前端朝向汽缸36的方式插入于汽缸体25上的汽缸盖26。该点火装置79的前端配置于汽缸36的上端面的中心位置,单向阀89与副燃料气体流路31连接在一起。因此,在发动机装置21驱动时,使由单向阀89喷射的燃料气体在点火装置79的副室S利用火花塞82的火花而燃起,使汽缸36内的主室M的中心位置产生点火火焰(燃烧气体)。
在进气口37配置有气体喷射器98,在进气口37内的空气流路插入有气体喷射器98的气体喷嘴。另外,气体喷射器98与主燃料气体流路30连接在一起。进气口37内的空气流路中,由气体喷射器98的气体喷嘴喷射出的燃料气体被混合到由进气歧管67流入的空气中。因此,在打开进气阀80时,使来自进气歧管67的空气中混合有来自气体喷射器98的燃料气体的预混合气体流入主室M。
各汽缸盖26中,通过使进气阀80上下运动,对进气口37进行开关,通过使排气阀81上下运动,对排气口38进行开关。即,通过进气阀80打开,使来自进气歧管67的空气通过进气口37而进入汽缸36内的主室M,另一方面,通过排气阀81打开,使汽缸36内的主室M中的燃烧气体(尾气)通过排气口38而向排气歧管44排出。因此,在发动机装置21驱动时,利用点火装置79产生点火火焰(燃烧气体),由此,经由进气阀80而供应到汽缸36内的主室M的预混合气体发生反应,产生预混合燃烧。
即,在发动机装置21驱动时,气体喷射器98向进气口37内喷射燃料气体。因此,在进气口37内,由气体喷射器98喷射出的燃料气体被混合到从进气歧管67流入的空气中。并且,使空气中混合燃料气体而得到的该混合气体通过进气口37而流向进气阀80。此时,通过打开进气阀80,使混合气体进入汽缸36内的主室M。然后,关闭进气阀80,并且,使活塞78滑动而压缩主室M内的混合气体,然后,利用点火装置79使点火火焰喷出到主室M内,使混合气体在主室M内燃烧。然后,通过打开排气阀81,将主室M内的燃烧气体(尾气)通过汽缸盖26内的排气口38而向排气歧管44排出。
在主燃料气体流路30设置有测定流路内的燃料气体的气体压力及气体温度的主燃料气体压力传感器112及主燃料气体温度传感器113。基于主燃料气体压力传感器112的测定结果,计量从气体喷射器98供应到进气口37的燃料气体的流量。另外,利用主燃料气体温度传感器113,测定由气体喷射器98供应的燃料气体的温度。在副燃料气体流路31设置有测定流路内的燃料气体的气体压力的副燃料气体压力传感器114,基于副燃料气体压力传感器114的测定结果,计量供应到单向阀89的燃料气体的流量。
如图6所示,发动机装置21具有对发动机装置21的各部分进行控制的发动机控制装置73,每个汽缸36均设置有火花塞82及气体喷射器98。发动机控制装置73对火花塞82及气体喷射器98提供控制信号,从而对火花塞82的点火及气体喷射器98的气体燃料供应进行控制。
发动机控制装置73对主燃料气体压力调整器110及副燃料气体压力调整器111进行控制,从而调整从主燃料气体流路30及副燃料气体流路31供应的燃料气体的气体压力(气体流量)。发动机控制装置73对主节流阀V1及供气旁通阀V2分别提供控制信号,从而分别调节阀开度,调整进气歧管67中的空气压力(进气歧管压力)。
发动机控制装置73从瓦特传感器、扭矩传感器等负荷测定器(负荷检出传感器)19接收测定信号,计算施加于发动机装置21的负荷。发动机控制装置73从测定发动机输出轴(曲轴)24的转速的脉冲传感器等发动机旋转传感器20接收测定信号,检测发动机装置21的发动机转速。发动机控制装置73从测定进气歧管67中的空气压力的进气歧管压力传感器(压力传感器)39接收测定信号,检测进气歧管压力。发动机控制装置73从润滑油温度传感器接收测定信号,检测在发动机装置21内循环的润滑油的润滑油温度Tj。
发动机控制装置73从检测主燃料气体压力(主室气体压力)Pm的主燃料气体压力传感器112、检测主燃料气体温度Tm的燃料气体温度传感器113、及检测作为副室燃料流量的副燃料气体压力(副室气体压力)Ps的副燃料气体压力传感器114接收测定信号。发动机控制装置73基于分别来自主燃料气体压力传感器112及主燃料气体温度传感器113的测定信号,对主燃料气体压力调整器110进行驱动控制,调整向各进气口37的气体喷射器98供应的主燃料气体流量。发动机控制装置73基于来自副燃料气体压力传感器114的测定信号,对副燃料气体压力调整器111进行驱动控制,调整向各点火装置79的单向阀89供应的副燃料气体流量。
发动机控制装置73调节气体喷射器98中的阀的打开持续时间,设定向各汽缸36的主室M内供应的燃料气体流量。并且,发动机控制装置73对火花塞82的点火动作进行控制,使各汽缸36中的燃烧在规定时机发生。即,气体喷射器98将与阀开度相对应的流量的燃料气体供应到进气口37,与来自进气歧管67的空气混合,从而使预混合燃料供应给汽缸36。然后,根据各汽缸36的喷射时机,利用火花塞82,使由单向阀89供应到点火装置79中的副室S内的副燃料气体点火。该点火装置79中产生的燃烧气体喷射到主室M内,使其在供应了预混合气体的汽缸36内点燃。
接下来,参照图7~图9,对燃气发动机装置21(发动机装置21)的外观构成进行说明。以下的说明中,将与发电机23的连接侧作为后侧,指定发动机装置21的构成中的前后左右的位置关系。
如图7及图8所示,发动机装置21在固定于基台27上的汽缸体25上具备发动机输出轴24,多个盖罩40前后排列成一列的汽缸盖26搭载在汽缸体25上。发动机装置21在汽缸盖26的右侧面使作为主燃料气体流路30的一部分的主燃料气体配管41与盖罩40列平行地延伸设置,另一方面,在汽缸体25的左侧面使作为副燃料气体流路31的一部分的副燃料气体配管42与盖罩40列平行地延伸设置。
在主燃料气体配管41的上侧,与盖罩40列平行地延伸设置有排气歧管(排气流路)44,该排气歧管44的外周被隔热盖45覆盖。隔热盖45构成为覆盖排气歧管44的外周面及后端。该隔热盖45与排气歧管44之间形成的空气层作为绝热层发挥作用,使来自排气歧管44的废热对周围的影响降低。另外,在汽缸体25的左侧面配置有覆盖副燃料气体配管42的侧盖43。
如图7~图9所示,排气歧管44的前端(排气出口侧)借助排气中继管48而与增压器49连接在一起。因此,通过排气歧管44排出的尾气经由排气中继管48而流入增压器49的涡轮49a,由此,涡轮49a进行旋转,从而使与涡轮49a同轴的压缩机49b进行旋转。增压器49配置在发动机装置21的前端上侧,在其右侧具有涡轮49a,在其左侧具有压缩机49b。并且,排气出口管50配置在增压器49的右侧,且与涡轮49a的排气出口连结在一起,使来自涡轮49a的尾气排出。
在增压器49的下侧配置有使增压器49的压缩机49b中的压缩空气冷却的中间冷却器51。即,在汽缸体25的前端侧设置有中间冷却器51,并且,在该中间冷却器51的上部载置有增压器49。在增压器49的左右中层位置以朝向后方(汽缸体25侧)开口的方式设置有压缩机49b的空气喷出口。另一方面,在中间冷却器51上表面设置有朝向上方开口的空气吸入口,从压缩机49b喷出的压缩空气通过该空气吸入口而流入中间冷却器51内部。并且,压缩机49b的空气喷出口和中间冷却器51的空气吸入口通过连接有其一端的供气中继管52而连通在一起。在该供气中继管52内部,对主节流阀V1进行轴支撑。
增压器49以同轴的方式对分别分设于左右的压缩机49b及涡轮49a进行轴支撑,压缩机49b基于从排气歧管44通过排气中继管48而导入的涡轮49a的旋转进行旋转。另外,增压器49在新气引入侧、亦即压缩机49b的左侧具备对导入的外部空气进行除尘的进气过滤器63和将进气过滤器63和压缩机49b连接在一起的新气通路管64。由此,通过压缩机49b与涡轮49a同步旋转,被进气过滤器63吸引的外部空气(空气)通过增压器49而导入压缩机49b。然后,压缩机49b对从左侧吸引的空气进行压缩,从而向设置在后侧的供气中继管52喷出压缩空气。
对于供气中继管52,使其上部前方开口而与压缩机49b后方的喷出口连接,另一方面,使其下侧开口而与中间冷却器51上表面的进气口连接。另外,中间冷却器51在设置于前表面的通气路的分支口与供气旁通管66(供气旁通流路17)的一端连接,将由中间冷却器51冷却的压缩空气的一部分向供气旁通管66喷出。供气旁通管66的另一端与设置于新气通路管64的前表面的分支口连接,从而由中间冷却器51冷却的压缩空气的一部分通过供气旁通管66而回流到新气通路管64,与来自供气过滤器63的外部空气合流。另外,在供气旁通管66的中途部轴支撑有供气旁通阀V2。
对于中间冷却器51,如果使来自压缩机49b的压缩空气通过供气中继管52而从左侧后方流入,则基于与由供水配管62供应的冷却水的热交换作用,使压缩空气冷却。在中间冷却器51内部,在左室被冷却的压缩空气流经前方的通气路而被导入右室,然后,通过设置于右室后方的喷出口,喷出到进气歧管67(参照图4)。
另外,对于增压器49的涡轮49a,使后方的吸入口与排气中继管48连接,使右侧的喷出口与排气出口管50连接。由此,增压器49使尾气从排气歧管44经由排气中继管48而导入涡轮49a内部,从而在使涡轮49a旋转的同时,使压缩机49b旋转,将尾气从排气出口管50排出。对于排气中继管48,使其后方开口而与排气歧管44的喷出口连接,另一方面,使其前方开口而与涡轮49a后方的吸入口连接。
另外,对发动机装置21各部分的动作进行控制的发动机控制装置73借助支板(支撑部件)74而固定于汽缸体25的后端面。在汽缸体25的后端侧设置有与发电机23连结而旋转的飞轮76,在覆盖飞轮76的飞轮壳76a的上部配置有发动机控制装置73。该发动机控制装置73与发动机装置21各部分中的传感器(压力传感器、温度传感器)电连接,从而收集发动机装置21各部分的温度数据及压力数据等,并且,向发动机装置21各部分中的电磁阀等提供信号,对发动机装置21的各种动作(火花塞点火、气体压力调整、阀开度调整、气体喷射、冷却水温度调整等)进行控制。
如上所述,本实施方式的发动机装置21在增压器49的空气排出口与中间冷却器51入口的连接处设置有主节流阀V1。另外,发动机装置21具备将增压器49的空气流入口和中间冷却器51入口连结在一起的供气旁通管66,并且,在供气旁通管66配置有供气旁通阀V2。通过采用具备主节流阀V1和供气旁通阀V2的结构,能够高精度地控制进气歧管67的空气流量,因此,即便针对负荷变动,也能够响应性良好地控制空气流量。供气旁通管66作为针对增压器49的压缩机49b和进气歧管67的缓冲流路发挥作用,因此,通过对供气旁通阀V2的开度进行控制,能够加速根据负荷的增减来适当地设定空气流量的响应速度。
发动机控制装置73在发动机负荷增加时,执行供气旁通阀V2的开度控制,由此,设定供应给进气歧管67的空气流量。在负荷较高时,执行旁通阀控制,由此,能够最适当地抑制通过主节流阀V1的空气流量,因此,能够防止供应给进气歧管67的空气流量不足。由此,即便针对负荷的急剧上升,也能够响应性良好地控制空气流量,因此,能够提供恰当的空燃比,能够使发动机装置21的运转变得稳定。
发动机控制装置73在发动机负荷减少时,执行供气旁通阀V2的开度控制,由此,设定供应给进气歧管67的空气流量。在低负荷时仅以主节流阀V1进行控制的情况下,空气流量在增压器49的压缩机49b出口侧急剧减少,压缩机49b内的空气逆行,从而发生喘振(surging),不过,通过也同时控制供气旁通阀V2,能够使压缩机49b出入口的空气压力得到稳定,能够防止喘振发生。
另外,本实施方式的发动机装置21中,发动机控制装置73在发动机负荷为低负荷区域时,对主节流阀V1执行开度控制。另一方面,发动机控制装置73在发动机负荷为中高负荷区域时,使主节流阀V1为规定开度,并且,对供气旁通阀V2执行开度控制。在由负荷变动所带来的影响较大的中高负荷区域中,执行响应性良好的旁通阀控制,因此,能够针对负荷变动来抑制空气流量的过多或不足,能够使发动机装置21平稳地运转。
如图10的流程图所示,发动机控制装置73当接收到负荷测定器(负荷检出传感器)19的测定信号(STEP1)时,确认是否在执行供气旁通阀V2的开度控制(旁通阀控制)(STEP2)。在没有执行旁通阀控制的情况下(STEP2中为No),发动机控制装置73基于STEP1中接收到的测定信号,将发动机负荷Ac与规定负荷(第一阈值)Ac1进行比较(STEP3)。另一方面,在正执行旁通阀控制的情况下(STEP2中为Yes),发动机控制装置73基于STEP1中接收到的测定信号,将发动机负荷Ac与规定负荷(第二阈值)Ac2(0<Ac2<Ac1)进行比较(STEP4)。
STEP3中,在发动机负荷Ac为规定负荷Ac1以下的情况下(No),发动机控制装置73认为发动机负荷Ac为低负荷区域,对主节流阀V1的阀开度进行反馈控制(PID控制)(STEP5)。此时,发动机控制装置73设定与发动机负荷相对应的进气歧管压力的目标值(目标压力)。然后,发动机控制装置73接收来自压力传感器39的测定信号,确认进气歧管压力的测定值(测定压力),求出与目标压力的差值。由此,发动机控制装置73基于目标压力与测定压力的差值,执行主节流阀V1的阀开度的PID控制,使进气歧管67的空气压力接近于目标压力。以下,将主节流阀V1的开度控制称为“主阀控制”。
另一方面,STEP3中,在发动机负荷Ac超过规定负荷Ac1的情况下(Yes),发动机控制装置73认为发动机负荷Ac为中高负荷区域,将主节流阀V1的阀开度固定为规定开度(STEP6)。然后,发动机控制装置73对供气旁通阀V2的阀开度进行反馈控制(PID控制)(STEP7)。此时,发动机控制装置73与主阀控制的情形同样地,接收来自压力传感器39的测定信号,基于目标压力与测定压力的差值,执行供气旁通阀V2的阀开度的PID控制,使进气歧管67的空气压力接近于目标压力。
即,在发动机负荷Ac上升的情况下,当超过规定负荷Ac1时,发动机控制装置73对于进气歧管压力的压力控制,从主阀控制切换为旁通阀控制。另外,本实施方式中,在负荷上升时,当超过规定负荷Ac1时,STEP4中,发动机控制装置73使主节流阀V1为全开,利用供气旁通阀V2的开度控制,对供气旁通流路17的空气流量进行控制,从而调整供气歧管压力。由负荷变动所带来的影响较大的中高负荷区域中,执行响应性良好的旁通阀控制,因此,能够针对负荷变动而抑制空气流量的过多或不足,能够设定最合适的空燃比。
STEP4中,在发动机负荷Ac为规定负荷Ac2以上的情况下(No),发动机控制装置73认为发动机负荷Ac为中高负荷区域,继续进行针对供气旁通阀V2的阀开度的反馈控制(旁通阀控制)(STEP8)。另一方面,STEP4中,在发动机负荷Ac低于规定负荷Ac2的情况下(Yes),发动机控制装置73认为发动机负荷Ac为低负荷区域,将供气旁通阀V2的阀开度固定为规定开度(STEP9)。然后,发动机控制装置73对主节流阀V1的阀开度进行反馈控制(主阀控制)(STEP10)。
即,在发动机负荷L下降的情况下,当低于比规定负荷Ac1高的规定负荷Ac2时,发动机控制装置73对于进气歧管压力的压力控制,从主阀控制切换为旁通阀控制。像这样,关于进气歧管压力的压力控制的切换,通过使负荷上升时和负荷下降时各自的阈值滞后,能够平稳地执行切换动作。
如图11所示,本实施方式的发动机装置21中,发动机控制装置73在发动机负荷Ac增加时,当发动机负荷Ac低于第一阈值Ac1的情况下,执行主节流阀V1的开度控制,当发动机负荷Ac超过第一阈值Ac1时,从主节流阀的开度控制切换为供气旁通阀V2的开度控制。另一方面,发动机控制装置73在发动机负荷Ac减少时,当发动机负荷Ac为比第一阈值Ac1低的第二阈值Ac2以上的情况下,执行供气旁通阀V2的开度控制,当发动机负荷Ac低于第二阈值Ac2时,从供气旁通阀V2的开度控制切换为主节流阀V1的开度控制。
通过采用具备主节流阀V1和供气旁通阀V2的结构,能够高精度地控制进气歧管67的空气流量,因此,即便针对负荷变动,也能够响应性良好地控制空气流量。另外,由负荷变动所带来的影响较大的高负荷区域中,执行响应性良好的旁通阀控制,因此,相对于负荷变动而言,空气流量的过多量或不足量较小,能够稳定地运转。此外,通过对控制切换用的阈值设置滞后,能够平稳地执行控制切换。
接下来,以下,对发动机控制装置73的燃料喷射量(主燃料气体喷射量)控制进行说明。如图12所示,发动机控制装置73存储燃料喷射量图M1,基于该燃料喷射量图M1,确定由气体喷射器98喷射的主燃料气体流量。另外,燃料喷射量图M1给出发动机转速Ne、发动机负荷Ac以及作为燃料流量的指令燃料喷射量Q的相关性,针对发动机转速Ne及发动机负荷Ac来确定指令燃料喷射量Q。
发动机控制装置73当接收到由负荷测定器(负荷检出传感器)19测定的发动机负荷Ac和由发动机旋转传感器20测定的发动机转速Ne时,参照燃料喷射量图M1,确定指令燃料喷射量Q。然后,发动机控制装置73针对确定的指令燃料喷射量Q,利用基于主燃料气体压力Pm的第一校正量ΔQp、基于主燃料气体温度Pt的第二校正量ΔQt、或基于润滑油温度Tj的第三校正量ΔQtj来执行校正运算,计算出校正喷射量Q1。因此,按由气体喷射器98喷射的主燃料气体流量为利用发动机控制装置73确定的校正喷射量Q1进行流量控制。
对于发动机装置21,如果主燃料气体压力Pm上升,则主燃料气体的密度上升,规定发动机转速Ne下用于应对相同发动机负荷Ac所需的燃料喷射量减少。因此,发动机控制装置73当接收到由主燃料气体压力传感器112测定的主燃料气体压力Pm时,在用于计算上述校正喷射量Q1的校正运算中,通过与主燃料气体压力Pm的上升成正比的第一校正量ΔQp来使指令燃料喷射量Q减少,计算出校正喷射量Q1。即,第一校正量ΔQp为与主燃料气体压力Pm的上升成正比减少的校正量。
对于发动机装置21,如果主燃料气体温度Tm上升,则主燃料气体的密度降低,规定发动机转速Ne下用于应对相同发动机负荷Ac所需的燃料喷射量增加。因此,发动机控制装置73当接收到由主燃料气体温度传感器113测定的主燃料气体温度Tm时,在用于计算上述校正喷射量Q1的校正运算中,通过与主燃料气体温度Pt的上升成正比的第二校正量ΔQt来使指令燃料喷射量Q增加,计算出校正喷射量Q1。亦即,第二校正量ΔQt为与主燃料气体温度Pt的上升成正比增加的校正量。
对于发动机装置21,如果润滑油温度Tj上升,则润滑油的粘度降低,规定发动机转速Ne下用于应对相同发动机负荷Ac所需的燃料喷射量减少。因此,发动机控制装置73当接收到由润滑油温度传感器115测定的润滑油温度Tj时,在用于计算上述校正喷射量Q1的校正运算中,通过与润滑油温度Tj的上升成正比的第三校正量ΔQtj来使指令燃料喷射量Q减少,计算出校正喷射量Q1。亦即,第三校正量ΔQtj为与润滑油温度Tj的上升成正比减少的校正量。
发动机控制装置73在执行上述的主阀控制或旁通阀控制时,设定与发动机负荷相对应的进气歧管压力的目标值(目标压力)Pim。此时,发动机控制装置73参照存储的目标进气歧管压力图M2,确定目标压力Pim。目标进气歧管压力图M2给出了发动机转速Ne、发动机负荷Ac以及目标压力Pim的相关性,针对发动机转速Ne及发动机负荷Ac来确定目标压力Pim。
另外,如图13所示,发动机控制装置73在需要所确定的燃料喷射量以上的燃料喷射量的情况下,改写目标进气歧管压力图M2的存储内容。即,发动机控制装置73利用由负荷测定器19测定的发动机负荷Ac和由发动机旋转传感器20测定的发动机转速Ne来判定来自气体喷射器98的燃料喷射量是否不足(STEP101)。然后,在判定为来自气体喷射器98的燃料喷射量不足的情况下(STEP101中为Yes),发动机控制装置73进行校正(改写),使得目标进气歧管压力图M2中的目标压力Pim减小,并进行存储(STEP102)。
所谓需要来自气体喷射器98的燃料喷射量比设定的燃料喷射量多的情形,例如为在设定的燃料喷射量下相对于发动机负荷Ac而言没有达到目标发动机转速Nem、或者、在规定的发动机转速Ne和规定的发动机负荷Ac下需要比通过燃料喷射量图计算出的指令燃料喷射量Q多的燃料喷射量等情形。
像这样的情况下,改写目标进气歧管压力图M2内的存储内容,以使目标进气歧管压力图M2中的目标压力Pim减小。因此,即便在燃料喷射量不足的情况下,使规定的发动机转速Ne和规定的发动机负荷Ac下的进气歧管压力降低,也能够使其为得到所需的燃烧效果的空燃比。即,如果向发动机装置21供应组成不同的燃料气体,则由于组成不同的燃料气体的放热量较低,所以需要比通常多的燃料喷射量。此时,通过进行校正,使得目标压力Pim减小,能够实现适当的空气过剩率,防止燃料消耗的恶化。
另外,如图14所示,发动机控制装置73利用基于润滑油温度Tj的校正量ΔPtj,对基于目标进气歧管压力图M2确定的目标压力Pim执行校正运算,计算出校正目标压力Pim1。因此,发动机控制装置78利用来自压力传感器39的测定压力与校正目标压力Pim1的差值,对主节流阀V1或供气旁通阀V2的阀开度执行PID控制。
对于发动机装置21,如果润滑油温度Tj上升,则在冷态(润滑油温度Tj降低的状态)下,空气过剩率向浓侧移动,因此,燃烧不稳定,有可能无法进行调速控制而导致发动机熄火。因此,发动机控制装置73当接收到由润滑油温度传感器115测定的润滑油温度Tj时,在用于计算上述校正目标压力Pim1的校正运算中,通过与润滑油温度Tj的下降成正比的校正量ΔPtj,使目标压力Pim增加,计算出校正目标压力Pim1。通过基于该校正目标压力Pim1执行进气歧管67的压力控制,即便在冷态时,也能够维持适当的空气过剩率。
发动机控制装置73在执行上述的主阀控制或旁通阀控制时,设定与发动机负荷相对应的进气歧管压力的目标值(目标压力)Pim。此时,发动机控制装置73参照存储的目标进气歧管压力图M2,确定目标压力Pim。目标进气歧管压力图M2给出了发动机转速Ne、发动机负荷Ac以及目标压力Pim的相关性,相对于发动机转速Ne及发动机负荷Ac确定目标压力Pim。
如图15所示,发动机控制装置73当接收到由负荷测定器19测定的发动机负荷Ac和由发动机旋转传感器20测定的发动机转速Ne时,参照目标副燃料气体压力图M3,确定目标副燃料气体压力Psm。目标副燃料气体压力图M3给出了发动机转速Ne、发动机负荷Ac以及目标副燃料气体压力Psm的相关性,相对于发动机转速Ne及发动机负荷Ac确定目标副燃料气体压力Psm。
另外,如图15所示,发动机控制装置73在需要所确定的燃料喷射量以上的燃料喷射量的情况下,改写目标副燃料气体压力图M3的存储内容。即,发动机控制装置73与图13的STEP101同样地,利用由负荷测定器19测定的发动机负荷Ac和由发动机旋转传感器20测定的发动机转速Ne,判定来自单向阀89的燃料喷射量是否不足(STEP201)。然后,在判定为来自单向阀89的燃料喷射量不足的情况下(STEP201中为Yes),发动机控制装置73进行校正(改写),使得目标副燃料气体压力图M3中的目标副燃料气体压力Psm增大,并进行存储(STEP202)。
发动机控制装置73在判定了来自单向阀89的燃料喷射量不足时,进行校正,使得目标副燃料气体压力Psm增加。即,如果向发动机装置73供应组成不同的燃料气体,则由于组成不同的燃料气体的放热量较低,因此,需要比通常多的燃料喷射量。此时,通过进行校正,使得目标副燃料气体压力Psm增大,能够实现适当的空燃比,防止燃料消耗的恶化。
如图16所示,发动机控制装置73当接收到由负荷测定器19测定的发动机负荷(发电机输出或发动机扭矩)Ac,参照目标点火时间图M4,确定火花塞82的目标点火时间(通常点火时间)。目标点火时间图M4给出了发动机负荷Ac与目标点火时间DTm的相关性,针对发动机负荷Ac确定目标点火时间DTm。另外,发动机控制装置73在判定为使气体燃料与空气预混合而得到的预混合燃料中的空气量不足的情况下,对点火时间阶段性地进行延迟控制,而在判定为空气量充足的情况下,对点火时间阶段性地进行提前控制。
以下,参照图16的流程图,对发动机控制装置73的点火时间设定控制的详细情况进行说明。发动机控制装置73当接收到由负荷测定器19测定的发动机负荷Ac时(STEP301),参照目标点火时间图M4,确定目标点火时间DTm并进行存储(STEP302)。发动机控制装置73确定目标点火时间DTm后,接收进气歧管压力传感器39的进气歧管压力的实测值Pa(测定压力)(STEP303)。然后,发动机控制装置73基于图10的流程图的阀控制动作中设定的进气歧管压力的目标值Pa0(目标压力)与进气歧管压力的实测值Pa(测定压力)的差值(Pa0-Pa),判定有无空气量不足(STEP304)。
发动机控制装置73在目标压力Pa0与测定压力Pa的差值(Pa0-Pa)大于规定压力差Path的情况下(STEP304中为Yes),判定为空气量不足,转移到STEP305以后的延迟控制。另一方面,在目标压力Pa0与测定压力Pa的差值(Pa0-Pa)为规定压力差Path以下的情况下(STEP304中为No),判定为空气量充足,转移到STEP307以后的提前控制。
发动机控制装置73当转移到延迟控制时,首先,确认设定的点火时间DTd是否为作为延迟角极限值的点火时间(极限点火时间)DTlim(STEP305)。然后,在点火时间DTd没有达到极限点火时间DTlim的情况下(STEP305中为No),使点火时间DTd相应地延迟规定量Δdt(例如、1°)(STEP306)。即,发动机控制装置73在延迟控制中,在达到延迟角极限值的情况下,停止延迟控制。
通过利用该发动机控制装置73进行延迟控制,如图17所示,在基于目标压力Pa0与测定压力Pa的差值而推定为空气量不足的情况下,可以使点火时间DTd阶段性地延迟,直至达到极限点火时间DTlim。因此,能够延迟点火时间DTd,以便能够降低因输出变动而发生爆燃的发生率,另一方面,能够将其延迟角范围限制在最佳范围,因此,能够将因点火时间的延迟而导致的热效率(发动机输出效率)降低抑制在最低限度。
发动机控制装置73当转移到提前控制时,首先,确认设定的点火时间DTd是否为目标点火时间DTm(STEP307)。然后,在点火时间DTd没有达到目标点火时间DTm的情况下(STEP305中为No),使点火时间DTd相应地提前规定量Δdt(STEP308)。即,发动机控制装置73在提前控制中,在点火时间DTd为通常运转时的点火时间的情况下,停止提前控制。
通过利用该发动机控制装置73进行提前控制,在基于目标压力Pa0与测定压力Pa的差值而推定为空气量充足的情况下,可以使点火时间DTd阶段性地提前,直至达到通常运转时的目标点火时间DTm。因此,输出稳定,使点火时间DTd提前而使其热效率得到提高,同时,使点火时间DTd缓慢地进行变化,因此,即便在输出再次变动的情况下,也能够抑制爆燃发生率。
另外,上述的点火时间设定控制中,基于目标压力Pa0与测定压力Pa的差值而确认到空气量过多或不足,不过,也可以利用其它参数来确认空气量过多或不足。以下,参照图18的流程图,对发动机控制装置73的点火时间设定控制的第一变形例进行说明。图18的流程图中,对于与图16的流程图相同的动作步骤,参照上述的说明,省略其详细的说明。
本变形例中,发动机控制装置73参照目标点火时间图M4,基于发动机负荷Ac确定目标点火时间DTm后(STEP301~STEP302),从流量传感器(省略图示)接收进气歧管67中的空气流量(进气歧管流量)的实测值Fa(测定流量)(STEP313)。然后,发动机控制装置73基于由发动机负荷Ac等设定的进气歧管流量的目标值Fa0(目标流量)与进气歧管流量的实测值Fa(测定流量)的差值(Fa0-Fa),判定有无空气量不足(STEP314)。
发动机控制装置73在目标流量Fa0与测定流量Fa的差值(Fa0-Fa)大于规定流量差Fath的情况下(STEP314中为Yes),判定为空气量不足,转移到STEP305以后的延迟控制。另一方面,在目标流量Fa0与测定流量Fa的差值(Fa0-Fa)为规定流量差Fath以下的情况下(STEP314中为No),判定为空气量充足,转移到STEP307以后的提前控制。
接下来,参照图19的流程图,对发动机控制装置73的点火时间设定控制的第二变形例进行说明。图19的流程图中,对于与图16的流程图相同的动作步骤,参照上述的说明,省略其详细的说明。
本变形例中,发动机控制装置73参照目标点火时间图M4,基于发动机负荷Ac确定目标点火时间DTm后(STEP301~STEP302),计算出发动机负荷Ac的变化量(输出变化量)ΔAc(STEP323)。此时,例如,可以利用与前次测定的发动机负荷Ac的差值来计算输出变化量ΔAc。然后,发动机控制装置73基于输出变化量ΔAc,判定有无空气量不足(STEP324)。
发动机控制装置73在输出变化量ΔAc大于规定变化量ΔActh的情况下(STEP324中为Yes),判定为空气量不足,转移到STEP305以后的延迟控制。另一方面,在输出变化量ΔAc为规定变化量ΔActh以下的情况下(STEP324中为No),判定为空气量充足,转移到STEP307以后的提前控制。
本实施方式中,像上述的点火时间设定控制那样,使提前量及延迟量分别以Δt恒定且阶段性地进行变化,不过,例如还可以基于判定空气量过多或不足的参数量来预先存储点火时间的延迟量。以下,参照图20,对另一实施方式(第二实施方式)的发动机装置中的控制动作进行说明。
第二实施方式的发动机装置中,如图20所示,发动机控制装置73参照目标点火时间图M4设定目标点火时间DTm,并且,参照延迟角设定图M5设定延迟量ΔDTd,由此使火花塞82在点火时间DTm+ΔDTd内点火。目标点火时间图M4给出了由负荷测定器19测定的发动机负荷(发电机输出或发动机扭矩)Ac与目标点火时间DTm的相关性,针对发动机负荷Ac确定目标点火时间DTm。延迟角设定图M5给出了预测空气量不足状态的参数与延迟量ΔDTd的相关性,相对于预测的空气量不足状态确定延迟量ΔDTd。
以下,参照图20的流程图,对本实施方式中的发动机控制装置73的点火时间设定控制的详细情况进行说明。本实施方式中,举出利用进气歧管压力的目标值Pa0(目标压力)与进气歧管压力的实测值Pa(测定压力)的差值(Pa0-Pa)来预测空气量不足状态的例子进行说明。
如图20所示,发动机控制装置73当接收到由负荷测定器19测定的发动机负荷(发电机输出或发动机扭矩)Ac时(STEP401),参照目标点火时间图M4,确定火花塞82的目标点火时间(通常点火时间)DTm并进行存储(STEP402)。发动机控制装置73确定目标点火时间DTm后,接收进气歧管压力传感器39的进气歧管压力的实测值Pa(测定压力)(STEP403)。
接下来,发动机控制装置73参照延迟角设定图M5,根据在基于图10的流程图进行的阀控制动作中设定的进气歧管压力的目标值Pa0(目标压力)与进气歧管压力的实测值Pa(测定压力)的差值(Pa0-Pa),确定延迟量ΔDTd(STEP404)。然后,发动机控制装置73利用STEP401中存储的目标点火时间DTm和STEP404中确定的延迟量ΔDTd,设定点火时间DTm+ΔDTd(STEP405)。
该发动机控制装置73的点火时间设定控制中,参照延迟角设定图M5确定延迟量,因此,可以根据基于目标压力Pa0与测定压力Pa的差值推定的空气不足量使点火时间阶段性地延迟。因此,使因输出变动而发生爆燃的发生率得到降低,并且,能够将热效率(发动机输出效率)的降低抑制在最低限度。
另外,本实施方式中,使延迟角设定图M5中的、预测空气量不足状态的参数为进气歧管压力的目标值Pa0(目标压力)与进气歧管压力的实测值Pa(测定压力)的差值(Pa0-Pa),但是,并不限定于此。即,可以使延迟角设定图M5中的、预测空气量不足状态的参数与上述的第一变形例同样地为进气歧管流量的目标值Fa0(目标流量)与进气歧管流量的实测值Fa(测定流量)的差值(Fa0-Fa),也可以使其与上述的第二变形例同样地为发动机负荷Ac的变化量(输出变化量)ΔAc。
此外,可以使延迟角设定图M5为给出了预测空气量不足状态的参数及发动机负荷(发电机输出或发动机扭矩)Ac与延迟量ΔDTd的相关性的三维图,而不是上述的二维图。即,图20的流程图的例子中,在STEP404中,利用目标压力Pa0与测定压力Pa的差值(Pa0-Pa)和发动机负荷Ac,确定延迟量ΔDTd。通过像这样参照三维的延迟角设定图M5,能够更高精度地执行延迟控制,因此,能够使防止爆燃发生于未然,并且,抑制热效率(发动机输出效率)降低。
此外,各部分的构成不限定于图示的实施方式,可以在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种变更。另外,本实施方式的发动机装置还可以应用于上述的推进兼发电机构以外的构成中,即、构成为用于向船体内的电气系统供电的发电装置或陆地上的发电设施中的驱动源等。此外,作为本发明的发动机装置,以燃气发动机为例进行了说明,但在使气体燃料燃烧的气体模式下使双燃料发动机驱动的情况下,可以应用上述的各控制动作。另外,采用了在副室中使火花点火的构成,不过,还可以使点火方式利用微引燃喷射方式。
但是,双燃料发动机在柴油模式和气体模式中,空燃比不同,相对于同一负荷,气体模式下需要的空气流量比柴油模式少。因此,需要使增压器符合柴油模式下的指标,另一方面,在气体模式下进行动作时,必须能够供应符合气体模式的空燃比的空气流量。另外,现有的双燃料发动机在气体模式下进行运转的情况下,空气流量控制中的响应性较差,很难针对负荷变动执行追随性良好且适当的空燃比控制。
参考例的发动机装置包括:进气歧管,该进气歧管使空气向汽缸内供应;排气歧管,该排气歧管使来自所述汽缸的尾气排出;气体喷射器,该气体喷射器使气体燃料与由所述进气歧管供应的空气混合;以及点火装置,该点火装置对所述气体燃料与空气预混合而得到的预混合燃料在所述汽缸内进行点火,发动机装置中,具备根据所述汽缸内的预混合燃料中的空燃比阶段性地存储用于对所述点火装置的点火时间进行延迟控制的延迟量的延迟量设定图和推定预混合而得到的所述预混合燃料的空燃比的控制部,该控制部参照所述延迟量设定图,利用推定的所述预混合燃料的空燃比,对所述点火装置的点火时间进行延迟控制。
该发动机装置中,所述控制部还可以接收由所述进气歧管测定的进气歧管压力作为测定压力,计算出所述进气歧管中作为目标值的目标压力减去所述测定压力而得到的差值,并且,所述延迟量设定图存储使延迟量相对于所述目标压力减去所述测定压力而得到的差值单纯增加后的值,所述控制部通过参照所述延迟量设定图,利用所述目标压力和所述测定压力,推定空燃比,对所述点火时间进行延迟控制。
另外,所述控制部还可以接收由所述进气歧管测定的空气流量作为测定流量,计算出所述进气歧管中作为目标值的目标流量减去所述测定流量而得到的差值,所述延迟量设定图存储使延迟量相对于所述目标流量减去所述测定流量而得到的差值单纯增加后的值,所述控制部通过参照所述延迟量设定图,利用所述目标流量和所述测定流量推定空燃比,对所述点火时间进行延迟控制。
另外,所述控制部还可以计算出所述发动机的输出变化量,并且,所述延迟量设定图存储使延迟量相对于所述发动机的输出变化量单纯增加的值,所述控制部通过参照所述延迟角设定图,利用所述输出变化量推定空燃比,对所述点火时间进行延迟控制。
上述的各发动机装置中,还可以使所述延迟角设定图为存储使延迟量相对于所述发动机的输出也发生变化的值的三维图。
此外,还可以具有如下构成:还包括使液体燃料喷射到所述汽缸中进行燃烧的主燃料喷射阀、利用来自所述排气歧管的尾气对空气进行压缩的增压器、以及对由该增压器压缩的压缩空气进行冷却而供应给所述进气歧管的中间冷却器,同时,具备将所述排气歧管出口和所述增压器的排气出口连结在一起的排气旁通流路,并且,在所述排气旁通流路配置有排气旁通阀,另一方面,具备将所述增压器的压缩机旁路的供气旁通流路,并且,在所述供气旁通流路配置有供气旁通阀,择一地选择所述气体燃料及所述液体燃料,使其燃烧进行驱动。
基于上述参考例,根据空气量的不足状况对点火时间阶段性地进行延迟控制,因此,无需检测爆燃发生,不仅能够降低爆燃发生,而且能够防止使点火时间延迟到需要时间以上,从而抑制燃烧效率降低。另外,通过预测判定进气歧管内的空气量过多或不足,能够设定点火时间,因此,即便像大型发动机那样具备大容积的进气歧管,也能够适当地设定点火时间。因此,能够抑制发动机装置的燃烧效率降低,并且,能够抑制爆燃发生而执行稳定的运转。
以下,基于应用于两台双轴方式的搭载于船舶的一对推进兼发电机构时的附图,对将上述参考例具体化的第一参考例进行说明。
首先,对船舶的概要进行说明。如图21~图23所示,第一参考例的船舶301包括:船体302、设置于船体302的船尾侧的舱室303(驾驶台)、配置于舱室303的后方的烟囱304(烟筒)、设置于船体302的后方下部的一对的螺旋桨305以及舵306。这种情况下,在船尾侧的船底307一体形成有一对艉鳍308。在各艉鳍308上轴支撑有使螺旋桨305旋转驱动的推进轴9。各艉鳍308以将船体302的左右宽度方向分割的船体中心线CL(参照图23)为基准时,形成为左右对称状。即,第一参考例中,作为船体2的船尾形状,采用双艉鳍。
在船体302内的船头侧及中央部设置有船舱310,在船体302内的船尾侧设置有机仓311。在机仓311中配置有一对兼用作螺旋桨305的驱动源和船舶301的电力供应源的推进兼发电机构312,并分设于夹持船体中心线CL的左右。各螺旋桨305利用由各推进兼发电机构312传递到推进轴309的旋转动力而进行旋转驱动。机仓311的内部被上甲板313、第二甲板314、第三甲板315及内底板316上下分隔。第一参考例的各推进兼发电机构312设置在机仓311最下层的内底板316上。另外,虽然详细结构没有图示,但是船舱310被分割为多个划区。
如图22及图23所示,各推进兼发电机构312是将作为螺旋桨305的驱动源的中速发动机装置321(第一参考例中为双燃料发动机)、将发动机装置321的动力传递到推进轴309的减速器322、以及以发动机装置321的动力进行发电的轴驱动发电机323组合而得到的。此处,所谓“中速”发动机,是指以每分钟500~1000转左右的旋转速度进行驱动的发动机。顺便说一下,“低速”发动机以每分钟500转以下的旋转速度进行驱动,“高速”发动机以每分钟1000转以上的旋转速度进行驱动。第一参考例的发动机装置321构成为在中速的范围内(每分钟700~750转左右)进行恒速驱动。
发动机装置321包括具有发动机输出轴(曲轴)324的汽缸体325和搭载在汽缸体325上的汽缸盖326。在机仓311最下层的内底板316上直接安装有基台327,或者隔着防振体(省略图示)而安装有基台327。在基台327上搭载有发动机装置321的汽缸体325。发动机输出轴324在沿着船体302的前后长度方向的朝向上延伸。即,发动机装置321以使发动机输出轴324的朝向沿着船体302的前后长度方向的状态配置在机仓311内。
减速器322及轴驱动发电机323配置于比发动机装置321更靠船尾侧。发动机输出轴324的后端侧从发动机装置321的后表面侧突出出来。在发动机输出轴324的后端侧以能够传递动力的方式连结有减速器322。隔着减速器322,在发动机装置321的相反侧配置有轴驱动发电机323。从机仓311内的前方开始,依次配置有发动机装置321、减速器322、轴驱动发电机323。这种情况下,在位于船尾侧的艉鳍308内或其附近配置有减速器322及轴驱动发电机323。因此,不受船舶301的船尾线的制约,可以将发动机装置321尽量配置成靠近船尾侧,从而有助于机仓311的紧凑化。
在减速器322的动力传递下游侧设置有推进轴309。对于减速器322的外形,伸出到比发动机装置321及轴驱动发电机323更靠下侧。在该伸出部分的后表面侧以能够传递动力的方式连结有推进轴309的前端侧。发动机输出轴324(轴芯线)和推进轴309在俯视图下处于同轴状。推进轴309以相对于发动机输出轴324(轴芯线)而言在竖直方向上异芯的状态在船体302的前后长度方向上延伸。这种情况下,推进轴309设置于在侧视图下比轴驱动发电机323及发动机输出轴324(轴芯线)低且靠近内底板316的位置。即,轴驱动发电机323和推进轴309上下分开,彼此互不干涉。因此,能够使各推进兼发电机构312紧凑化。
发动机装置321的恒速动力从发动机输出轴324的后端侧经由减速器322而分支传递给轴驱动发电机323和推进轴309。发动机装置321的恒速动力的一部分通过减速器322而被减速为例如每分钟100~120转左右的旋转速度并传递给推进轴309。螺旋桨305利用来自减速器322的减速动力进行旋转驱动。另外,螺旋桨305采用通过变更螺旋桨叶片的叶片角度可以调节船速的变桨距螺旋桨。另外,发动机装置321的恒速动力的一部分通过减速器322而被增速为例如每分钟1200或1800转左右的旋转速度,并传递给以能够旋转的方式轴支撑于减速器322的PTO轴。该减速器322的PTO轴的后端侧以能够传递动力的方式连结有轴驱动发电机323,轴驱动发电机323基于来自减速器322的旋转动力进行发电驱动。由轴驱动发电机323的驱动产生的发电电力供应给船体302内的电气系统。
在发动机装置321上连接有空气进入用的进气路径(省略图示)和尾气排出用的排气路径328。通过进气路径进入的空气被送到发动机装置321的各汽缸336内(进气行程的汽缸内)。另外,由于具有2台发动机装置321,所以存在2条排气路径328。各排气路径328分别与延长路径329相连接。延长路径329构成为延伸至烟囱304而与外部直接连通。来自各发动机装置321的尾气经由各排气路径328及延长路径329而释放到船舶301外。
由以上的说明可知:具备一对推进兼发电机构312,该推进兼发电机构312是将发动机装置321、向使船舶推进用的螺旋桨305旋转驱动的推进轴309传递所述发动机装置321的动力的减速器322、以及利用所述发动机装置321的动力进行发电的轴驱动发电机323组合而得到的,一对推进兼发电机构312配置于船体302内的机仓311,并分设于夹持船体中心线CL的左右,因此,与将多台发动机(主机及辅机)配置在机仓内的现有结构相比,能够缩小机仓311的发动机设置空间。因此,能够缩短机仓311的前后长度而紧凑地构成机仓311,进而,容易确保船体302中的船舱空间(机仓311以外的空间)。通过2个螺旋桨305的驱动,还能够实现船舶301的推进效率提高。
并且,由于具备2台主机、亦即发动机装置321,所以,例如即便1台发动机装置321发生故障而不能够进行驱动,也可以通过另1台发动机装置321进行航行,能够确保船舶用原动机装置以及船舶301的冗余性。另外,如上所述,能够通过发动机装置321来进行螺旋桨305的旋转驱动和轴驱动发电机323的驱动,因此,通常航行时,可以将任意一个轴驱动发电机323备用。因此,在电力供应因例如1台发动机装置321或轴驱动发电机323故障而停止的情况下,只要使另1台轴驱动发电机323起动,确立频率及电压而使供电恢复即可。另外,在仅利用1台发动机装置321进行航行时使发动机装置321停止的情况下,只要使另1台停止中的发动机装置321、以及与其相对应的轴驱动发电机323起动,确立频率及电压而使供电恢复即可。
接下来,参照图24~图27,对用作上述船舶301中的主机的双燃料发动机321的概略构成进行说明。双燃料发动机321(以下简称为“发动机装置321”)择一地选择使天然气等燃料气体与空气混合而燃烧的预混合燃烧方式和使重油等液体燃料(燃料油)扩散而燃烧的扩散燃烧方式进行驱动。图24是表示针对发动机装置321的燃料系统的图,图25是表示发动机装置321中的进气排气系统的图,图27是发动机装置321的控制框图。
如图24所示,发动机装置321由两个系统的燃料供应路径330、331供应燃料,在一方的燃料供应路径330连接有气体燃料箱332,并且,在另一方的燃料供应路径331连接有液体燃料箱333。即,发动机装置321构成为:由燃料供应路径330向发动机装置321供应燃料气体,另一方面,由燃料供应路径331向发动机装置321供应燃料油。燃料供应路径330包括:储存液化状态的气体燃料的气体燃料箱332、使气体燃料箱332的液化燃料(燃料气体)气化的气化装置334、以及调整从气化装置334朝向发动机装置321的燃料气体供应量的气阀单元335。即,燃料供应路径330构成为:从气体燃料箱332朝向发动机装置321依次配置有气化装置334及气阀单元335。
如图25所示,发动机装置321的构成为:在汽缸体325上串联排列有多个汽缸336(第一参考例中为6个汽缸)。各汽缸336借助构成于汽缸体325内的进气歧管(进气流路)367(参照图28)和进气口337而连通在一起。各汽缸336借助配置在汽缸盖326上方的排气歧管(排气流路)344和排气口338而连通在一起。在各汽缸336的进气口337配置气体喷射器398。因此,来自进气歧管367的空气经由进气口337而供应给各汽缸336,另一方面,来自各汽缸336的尾气经由排气口338而喷出到排气歧管344。另外,在使发动机装置321以气体模式进行运转的情况下,从气体喷射器398向进气口337供应燃料气体,使燃料气体与来自进气歧管367的空气混合,从而向各汽缸336供应预混合气体。
在排气歧管344的排气出口侧连接有增压器349的涡轮349a的排气入口,在进气歧管367的空气入口侧(新气入口侧)连接有中间冷却器351的空气喷出口(新气出口)。在中间冷却器351的空气吸入口(新气入口)连接有增压器349的压缩机349b的空气喷出口(新气出口)。在压缩机349b与中间冷却器351之间配置有主节流阀V301,调节主节流阀V301的阀开度,从而调整供应给进气歧管344的空气流量。
使从压缩机349b出口排出的空气的一部分再循环到压缩机349b入口的供气旁通流路317将压缩机349b的空气吸入口(新气入口)侧和中间冷却器351的空气排出口侧连结在一起。即,供气旁通流路317在比压缩机349b的空气吸入口更靠上游侧开放于外部空气,另一方面,连接于中间冷却器351与进气歧管367的连接部分。在该供气旁通流路317上配置有供气旁通阀V302,调节供气旁通阀V302的阀开度,从而调整从中间冷却器351下游侧流向进气歧管367的空气流量。
使涡轮349a旁路的排气旁通流路318将涡轮349a的排气出口侧和排气歧管344的排气出口侧连结在一起。即,排气旁通流路318在比涡轮349a的排气出口更靠下游侧开放于外部空气,另一方面,连接于涡轮349a的排气出口与涡轮349a的排气入口的连接部分。在该排气旁通流路318上配置有排气旁通阀V303,通过调整排气旁通阀V303的阀开度,调整流向涡轮349a的尾气流量,从而调整压缩机349b中的空气压缩量。
发动机装置321具有利用来自排气歧管344的尾气对空气进行压缩的增压器349和对由增压器349压缩的压缩空气进行冷却而供应给进气歧管367的中间冷却器351。发动机装置321在增压器349出口与中间冷却器351入口的连接处设置有主节流阀V301。发动机装置321具备将排气歧管344出口和增压器349的排气出口连接在一起的排气旁通流路318,并且,在排气旁通流路318上配置排气旁通阀V303。在将增压器349优化为柴油模式规格的情况下,即便在气体模式时,通过根据发动机负荷的变动来控制排气旁通阀V303的开度,也能够实现最适合于发动机负荷的空燃比。因此,能够防止在负荷变动时燃烧所需的空气量过多或不足,发动机装置321在使用了在柴油模式下优化的增压器的状态下,以气体模式也会最适当地进行工作。
发动机装置321具备将增压器349旁路的供气旁通流路317,在供气旁通流路317配置供气旁通阀V302。通过根据发动机负荷的变动来控制供气旁通阀V302的开度,能够将适合于燃料气体的燃烧所需的空燃比的空气供应给发动机。另外,通过并用响应性良好的供气旁通阀V302的控制动作,能够加快对气体模式下的负荷变动的响应速度。
发动机装置321在中间冷却器351入口与主节流阀V301之间的位置连接供气旁通流路317,使从压缩机349b喷出的压缩空气返回压缩机349b入口。由此,能够利用供气旁通阀V302补偿排气旁通阀V303的流量控制的响应性,同时,能够利用排气旁通阀V303补偿供气旁通阀V302的控制幅度。因此,在舶用用途中的负荷变动、运转模式的切换时,能够使气体模式下的空燃比控制的追随性变得良好。
如图26所示,发动机装置321构成为:在汽缸体325内插入有圆筒形状的汽缸377(汽缸336),通过活塞378在汽缸377内沿着上下方向进行往复运动,使汽缸377下侧的发动机输出轴324进行旋转。由燃料油管342供应燃料油(液体燃烧)的主燃料喷射阀379以前端朝向汽缸377的方式插入于汽缸体325上的汽缸盖326。将该燃料喷射阀379的前端配置于汽缸377的上端面的中心位置,向由活塞378上表面和汽缸377的内壁面构成的主燃烧室喷射燃料油。因此,在发动机装置321以扩散燃烧方式进行驱动时,从燃料喷射阀379向汽缸377内的主燃烧室喷射燃料油,由此,在主燃烧室中,与压缩空气发生反应而发生扩散燃烧。
各汽缸盖326中,在主燃料喷射阀379的外周侧以能够滑动的方式设置有进气阀380及排气阀381。通过进气阀380打开,使来自进气歧管367的空气进入汽缸377内的主燃烧室,另一方面,通过排气阀381打开,使汽缸377内的主燃烧室中的燃烧气体(尾气)向排气歧管344排出。推杆(省略图示)与凸轮转轴(省略图示)的旋转相对应地分别进行上下运动,由此,摇臂(省略图示)摆动,使进气阀380及排气阀381分别进行上下运动。
使主燃烧室产生点火火焰的引燃燃料喷射阀382倾斜插入于各汽缸盖326,以使其前端配置于主燃料喷射阀379前端的附近。引燃燃料喷射阀382采用微引燃喷射方式,在前端具有喷射引燃燃料的副室。即,引燃燃料喷射阀382将由共轨347供应的引燃燃料喷射到副室而使其燃烧,从而使汽缸377内的主燃烧室的中心位置产生点火火焰。因此,在发动机装置321以预混合燃烧方式进行驱动时,利用引燃燃料喷射阀382产生点火火焰,由此,经由进气阀380而供应到汽缸377内的主燃烧室的预混合气体发生反应,发生预混合燃烧。
如图27所示,发动机装置321具有对发动机装置321的各部分进行控制的发动机控制装置373。发动机装置321针对每个汽缸336均设置有引燃燃料喷射阀382、燃料喷射泵389及气体喷射器398。发动机控制装置373对引燃燃料喷射阀382、燃料喷射泵389及气体喷射器398分别提供控制信号,从而对引燃燃料喷射阀382的引燃燃料喷射、燃料喷射泵389的燃料油供应及气体喷射器398的气体燃料供应分别进行控制。
如图27所示,发动机装置321具备凸轮轴200,该凸轮轴200针对每个汽缸336均设置排气凸轮、进气凸轮及燃料凸轮(省略图示)。凸轮轴200借助齿轮机构(省略图示)传递来自曲轴324的旋转动力,由此,使排气凸轮、进气凸轮及燃料凸轮进行旋转,针对每个汽缸336,均使进气阀380及排气阀381进行开关,并且,使燃料喷射泵389进行驱动。另外,发动机装置321具备调整燃料喷射泵389中的控制齿条202的齿条位置的调速器201。调速器201测定凸轮轴200前端的转速及发动机装置321的发动机转速,设定燃料喷射泵389中的控制齿条202的齿条位置,调整燃料喷射量。
发动机控制装置373对主节流阀V301、供气旁通阀V302及排气旁通阀V303分别提供控制信号,从而分别调节阀开度,调整进气歧管367中的空气压力(进气歧管压力)。发动机控制装置373从测定进气歧管367中的空气压力的压力传感器339接收测定信号,检测进气歧管压力。发动机控制装置373从瓦特传感器、扭矩传感器等负荷测定器319接收测定信号,计算施加于发动机装置321的负荷。发动机控制装置373从测定曲轴324的转速的脉冲传感器等发动机旋转传感器320接收测定信号,检测发动机装置321的发动机转速。
在以柴油模式使发动机装置321运转的情况下,发动机控制装置373对燃料喷射泵389中的控制阀进行开关控制,从而使各汽缸336内以规定时机发生燃烧。即,根据各汽缸336的喷射时机,打开燃料喷射泵389的控制阀,由此,使燃料油通过主燃料喷射阀379而喷射到各汽缸336内,在汽缸336内点燃。另外,在柴油模式下,发动机控制装置373使引燃燃料及燃料气体的供应停止。
在柴油模式下,发动机控制装置373基于由负荷测定器319测定的发动机负荷(发动机输出)和由发动机旋转传感器320测定的发动机转速,对各汽缸336中的主燃料喷射阀379的喷射时机进行反馈控制。由此,发动机321输出推进兼发电机构312中所需要的发动机负荷,同时,以与船舶的推进速度相对应的发动机转速进行旋转。另外,发动机控制装置373基于由压力传感器339测定的进气歧管压力,控制主节流阀V301的开度,由此,使与所需的发动机输出相对应的空气流量的压缩空气从增压器349向进气歧管367供应。
在以气体模式使发动机装置321进行运转的情况下,发动机控制装置373调节气体喷射器398中的阀开度,设定供应给各汽缸336内的燃料气体流量。然后,发动机控制装置373对引燃燃料喷射阀382进行开关控制,使各汽缸336内以规定时机进行燃烧。即,气体喷射器398将与阀开度相对应的流量的燃料气体向进气口337供应,与来自进气歧管367的空气混合,使预混合燃料向汽缸336供应。然后,根据各汽缸336的喷射时机,打开引燃燃料喷射阀382的控制阀,由此,通过喷射引燃燃料而产生点火源,使其在供应有预混合气体的汽缸336内点燃。另外,在气体模式下,发动机控制装置373使燃料油的供应停止。
在气体模式下,发动机控制装置373基于由负荷测定器319测定的发动机负荷和由发动机旋转传感器320测定的发动机转速,对气体喷射器398的燃料气体流量和各汽缸336中的引燃燃料喷射阀382的喷射时机进行反馈控制。另外,发动机控制装置373基于由压力传感器339测定的进气歧管压力,调节主节流阀V301、供气旁通阀V302及排气旁通阀V303各自的开度。由此,可以将进气歧管压力调节为与需要的发动机输出相对应的压力,将与由气体喷射器398供应的燃料气体的空燃比调整为与发动机输出相对应的值。
接下来,参照图28~图30,对具有上述概略构成的双燃料发动机321(发动机装置321)的详细构成进行说明。以下的说明中,将与减速器322的连接侧作为后侧来指定发动机装置321的构成中的前后左右的位置关系。
如图28~图30所示,发动机装置321在固定于基台327(参照图22)上的汽缸体325上搭载有多个盖罩340前后排列成一列的汽缸盖326。发动机装置321在汽缸盖326的右侧面与盖罩340列平行地延伸设置有气体歧管(气体燃料配管)341,另一方面,在汽缸体325的左侧面与盖罩340列平行地延伸设置有燃料油管(液体燃料配管)342。另外,在气体歧管341的上侧,与盖罩340列平行地延伸设置有后述的排气歧管(排气流路)344。
在盖罩340列与排气歧管344之间,与盖罩340列平行地延伸设置有与汽缸盖326内的冷却水路连结在一起的汽缸盖上冷却水配管346。在冷却水配管346的上侧,与冷却水配管346同样地,与盖罩340列平行地延伸设置有供应由轻油等构成的引燃燃料的共轨(引燃燃料配管)47。此时,冷却水配管346与汽缸盖326连结而被支撑,并且,共轨347与冷却水配管346连结而被支撑。
排气歧管344的前端(排气出口侧)借助排气中继管348而与增压器349连接在一起。因此,通过排气歧管344排出的尾气经由排气中继管348而流入增压器349的涡轮349a,由此,涡轮349a进行旋转,从而使与涡轮349a同轴的压缩机349b进行旋转。增压器349配置在发动机装置321的前端上侧,在其右侧具有涡轮349a,在其左侧具有压缩机349b。并且,排气出口管350配置在增压器349的右侧,且与涡轮349a的排气出口连结在一起,使来自涡轮349a的尾气向排气路径328(参照图22)排出。
在增压器349的下侧配置有使来自增压器349的压缩机349b的压缩空气冷却的中间冷却器351。即,在汽缸体325的前端侧设置有中间冷却器351,并且,在该中间冷却器351的上部载置有增压器349。在增压器349的左右中层位置以朝向后方(汽缸体325侧)开口的方式设置有压缩机349b的空气喷出口。另一方面,在中间冷却器351上表面设置有朝向上方开口的空气吸入口,从压缩机349b喷出的压缩空气通过该空气吸入口而流入中间冷却器351内部。并且,压缩机349b的空气喷出口和中间冷却器351的空气吸入口通过连接有其一端的进气中继管352而连通在一起。在该进气中继管352具有上述的主节流阀V301(参照图25)。
在发动机装置321的前端面(正面),在发动机输出轴324的外周侧分别设置有冷却水泵353、引燃燃料泵354、润滑油泵(起动注油泵)355及燃料油泵356。此时,冷却水泵353及燃料油泵356分别配置于靠近左侧面的上下位置,引燃燃料泵354及润滑油泵355分别配置于靠近右侧面的上下位置。另外,在发动机装置321的前端部分设置有传递发动机输出轴324的旋转动力的旋转传递机构(省略图示)。由此,通过来自发动机输出轴324的旋转动力经由所述旋转传递机构被传递,设置于发动机输出轴324外周的冷却水泵353、引燃燃料泵354、润滑油泵355及燃料油泵356也分别进行旋转。此外,在汽缸体325内,在冷却水泵353的上侧轴支撑有以前后为轴向的凸轮转轴(省略图示),该凸轮转轴也通过所述旋转传递机构被传递发动机输出轴324的旋转动力而进行旋转。
在汽缸体325的下侧设置有油盘357,在该油盘57中积存流经汽缸体325的润滑油。润滑油泵355借助润滑油配管而在下侧的吸引口与油盘357连接在一起,吸引积存于油盘357的润滑油。另外,润滑油泵355的上侧的喷出口借助润滑油配管而与润滑油冷却器358的润滑油入口连接,由此,将从油盘357吸引的润滑油供应给润滑油冷却器358。润滑油冷却器358以其前方为润滑油入口,而以后方为润滑油出口,使润滑油出口借助润滑油配管而与润滑油过滤器359连结在一起。润滑油过滤器359以其前方为润滑油入口,而以后方为润滑油出口,将润滑油出口与汽缸体325连接在一起。因此,从润滑油泵355送来的润滑油被润滑油冷却器358冷却后,在润滑油过滤器359中被净化。
增压器349以同轴的方式对分别分设于左右的压缩机349b及涡轮349a进行轴支撑,压缩机349b基于从排气歧管344通过排气中继管348而导入的涡轮349a的旋转进行旋转。另外,增压器349在新气引入侧、亦即压缩机349b的左侧具备对导入的外部空气进行除尘的进气过滤器363和将进气过滤器363和压缩机349b连接在一起的新气通路管364。由此,通过压缩机349b与涡轮349a同步旋转,被进气过滤器363吸引的外部空气(空气)通过增压器349而导入压缩机349b。然后,压缩机349b对从左侧吸引的空气进行压缩,从而向设置在后侧的进气中继管352喷出压缩空气。
对于进气中继管352,使其上部前方开口而与压缩机349b后方的喷出口连接,另一方面,使其下侧开口而与中间冷却器351上表面的进气口连接。另外,中间冷却器351在设置于前表面的通气路的分支口与供气旁通管366(供气旁通流路317)的一端连接,将由中间冷却器351冷却的压缩空气的一部分向供气旁通管366喷出。供气旁通管366的另一端与设置于新气通路管364的前表面的分支口连接,从而由中间冷却器351冷却的压缩空气的一部分通过供气旁通管366而回流到新气通路管364,与来自供气过滤器363的外部空气合流。另外,在供气旁通管366的中途部配置有供气旁通阀V302。
对于中间冷却器351,如果使来自压缩机349b的压缩空气通过进气中继管352而从左侧后方流入,则基于与由供水配管362供应的冷却水的热交换作用,使压缩空气冷却。在中间冷却器351内部,在左室被冷却的压缩空气流经前方的通气路而被导入右室,然后,通过设置于右室后方的喷出口,喷出到进气歧管367。进气歧管367设置在汽缸体325的右侧面,在气体歧管341的下侧,与盖罩340列平行地前后延伸设置。另外,根据供气旁通阀V302的开度,确定从中间冷却器351回流到压缩机349b的压缩空气的流量,由此,设定向进气歧管367供应的压缩空气的流量。
另外,对于增压器349的涡轮349a,使后方的吸入口与排气中继管348连接,使右侧的喷出口与排气出口管350连接。由此,增压器349使尾气从排气歧管344经由排气中继管348而导入涡轮349a内部,从而在使涡轮349a旋转的同时,使压缩机349b旋转,将尾气从排气出口管350向排气路径328(参照图22)排出。对于排气中继管348,使其后方开口而借助波纹管368与排气歧管344的喷出口连接,另一方面,使其前方开口而与涡轮349a后方的吸入口连接。
另外,在排气中继管348的中途位置,在右侧面侧设置有分支口,在该排气中继管348的分支口连接有排气旁通管369(排气旁通流路318)的一端。排气旁通管369的另一端与设置于排气出口管350的后方的合流口相连接,使从排气歧管344喷出的尾气的一部分不经由增压器349而旁通到排气出口管350。另外,在排气旁通管369的中途部配置有排气旁通阀V303,根据排气旁通阀V303的开度,设定从排气歧管344旁通到排气出口管350的尾气的流量,调节供应给涡轮349a的尾气流量。
进行发动机装置321的起动、停止等控制的发动机侧操作用控制装置371借助支座(支撑部件)372而固定于中间冷却器351的左侧面。发动机侧操作用控制装置371具备接受作业者进行的发动机装置321的起动、停止的开关、以及显示发动机装置321各部分的状态的显示器。调速器201固定在汽缸盖326的左侧面前端。在汽缸体325的左侧面后端侧固定有使发动机装置321起动的发动机起动装置375。
另外,对发动机装置321各部分的动作进行控制的发动机控制装置373借助支座(支撑部件)374而固定于汽缸体325的后端面。在汽缸体325的后端侧设置有与减速器322连结而旋转的飞轮376,在飞轮376a的上部配置有发动机控制装置373。该发动机控制装置373与发动机装置321各部分中的传感器(压力传感器、温度传感器)电连接,从而收集发动机装置321各部分的温度数据及压力数据等,并且,向发动机装置321各部分中的电磁阀等提供信号,对发动机装置321的各种动作(燃料油喷射、引燃燃料喷射、气体喷射、冷却水温度调整等)进行控制。
在汽缸体325的左侧面上侧设置有台阶部,在该汽缸体325的台阶部上表面设置有数量与盖罩340及汽缸盖326相同的燃料喷射泵389。燃料喷射泵389沿着汽缸体325的左侧面排列成一列,其左侧面与燃料油管(液体燃料配管)342连结在一起,并且,其上端借助燃料喷出管390而与右前方的汽缸盖326的左侧面连结在一起。对于上下2根燃料油管342,一方为向燃料喷射泵389供应燃料油的供油管,另一方为使燃料油从燃料喷射泵389返回的回油管。另外,燃料喷出管390借助汽缸盖326内的燃料流路而与主燃料喷射阀379(参照图26)连接在一起,由此,将来自燃料喷射泵389的燃料油向主燃料喷射阀379供应。
对于燃料喷射泵389,在汽缸体325的台阶部上,在由燃料喷出管390连接的汽缸盖326的左侧后方的位置,相对于盖罩340列而并列设置于左侧。另外,燃料喷射泵389在被汽缸盖326和燃料油管342夹持的位置排列成一列。燃料喷射泵389利用汽缸体325内的凸轮转轴(省略图示)上的泵用凸轮的旋转而进行柱塞的推升动作。并且,燃料喷射泵389通过柱塞的推升而使由燃料油管342供应的燃料油上升为高压,经由燃料喷出管390而向汽缸盖326内的燃料喷射泵389供应高压的燃料油。
共轨347的前端与引燃燃料泵354的喷出侧连接在一起,从引燃燃料泵354喷出的引燃燃料向共轨347供应。另外,气体歧管341在排气歧管344与进气歧管367之间的高度位置沿着盖罩340列延伸设置。气体歧管341具备前端与气体入口管397连接而前后延伸的气体主管341a和从气体主管341a的上表面朝向汽缸盖326分支的多个气体支管341b。在气体主管341a的上表面以等间隔具备连接用凸缘,并与气体支管341b的入口侧凸缘紧固连结。对于气体支管341b,使与气体主管341a的连结部分的相反侧的端部与从上侧插入有气体喷射器398的套筒的右侧面连结在一起。
接下来,主要参照图31等,对使具有上述构成的双燃料发动机321(发动机装置321)以气体模式进行运转时的空气流量控制进行说明。
如图31所示,发动机控制装置373在发动机负荷为低负荷区域(负荷L4以下的负荷区域)且低于规定负荷L1的情况下,对主节流阀V301的阀开度进行反馈控制(PID控制)。此时,发动机控制装置373设定与发动机负荷相对应的进气歧管压力的目标值(目标压力)。然后,发动机控制装置373接收来自压力传感器339的测定信号,确认进气歧管压力的测定值(测定压力),求出与目标压力的差值。由此,发动机控制装置373基于目标压力与测定压力的差值,执行主节流阀V301的阀开度的PID控制,使进气歧管367的空气压力接近于目标压力。
发动机控制装置373在发动机负荷为规定负荷L1以上的情况下,对主节流阀V301的阀开度进行映射(map)控制。此时,发动机控制装置373参考存储发动机负荷对主节流阀V301的阀开度的数据表DT1,设定与发动机负荷相对应的主节流阀V301的阀开度。然后,发动机控制装置373在发动机负荷为负荷L2(L1<L2<Lth<L4)以上的情况下,将主节流阀V301控制为全开。另外,负荷L2为低负荷区域,且设定为比进气歧管压力为大气压的负荷Lth还低的负荷。
发动机控制装置373在发动机负荷为低负荷区域且低于规定负荷L3(Lth<L3<L4)的情况下,将供气旁通阀V302控制为全关。发动机控制装置373在发动机负荷为规定负荷L3以上的情况下,对供气旁通阀V302的阀开度进行反馈控制(PID控制)。此时,发动机控制装置373基于与发动机负荷相对应的目标压力与压力传感器339的测定压力的差值,执行供气旁通阀V302的阀开度的PID控制,使进气歧管367的空气压力接近于目标压力。
发动机控制装置373在整个发动机负荷区域内对排气旁通阀V303的阀开度进行映射控制。此时,发动机控制装置373参照存储发动机负荷对排气旁通阀V303的阀开度的数据表DT2,设定与发动机负荷相对应的排气旁通阀V303的阀开度。即,在发动机负荷低于规定负荷L1的情况下,使排气旁通阀V303全开,如果高于规定负荷L1,则使排气旁通阀V303的开度相对于发动机负荷而言单调减少,从而在规定负荷L2下使排气旁通阀V303全开。然后,在发动机负荷高于规定负荷L2且为规定负荷L3以下的情况下,使排气旁通阀V303全关,如果发动机负荷高于低负荷区域的规定负荷L3,则使排气旁通阀V303的开度相对于发动机负荷单调增加。即,逐渐打开排气旁通阀V303。
如图31所示,发动机控制装置373在施加于发动机的负荷(发动机负荷)为低负荷区域且高于第一规定负荷L3的情况下,使主节流阀V301的开度为全开。另外,发动机控制装置373对供气旁通阀V302进行反馈控制(PID控制),同时,对排气旁通阀V303进行映射控制,由此,将进气歧管367的压力调整为与负荷相对应的目标值。然后,在发动机负荷为第一规定负荷L3时,使供气旁通阀V302及排气旁通阀V303分别为全关。
在将增压器349优化为柴油模式规格的情况下,即便在气体模式运转时,通过根据发动机负荷的变动来控制供气旁通阀V302的开度,也能够使进气歧管367的压力控制的响应性变得良好。因此,能够防止在负荷变动时燃烧所需的空气量过多或不足,即便是使用在柴油模式下进行了优化增压器349的发动机装置321,也能够以气体模式最适当地进行工作。
另外,通过根据发动机负荷的变动来控制排气旁通阀V303的开度,能够向发动机装置321供应与气体燃料燃烧所需的空燃比相对应的空气。另外,通过并用响应性良好的供气旁通阀V302的控制动作,能够加速对气体模式下的负荷变动的响应速度,因此,能够防止在负荷变动时由燃烧所需的空气量不足所导致的爆燃。
另外,在低负荷区域中,在发动机负荷低于比第一规定负荷L3低的值的第二规定负荷L1的情况下,对主节流阀V301进行反馈控制(PID控制)。另一方面,发动机控制装置373在发动机负荷高于第二规定负荷L1的情况下,对主节流阀V301进行基于数据表DT1的映射控制。此外,在发动机负荷低于规定负荷L1的情况下,使供气旁通阀V302为全关,并且,使排气旁通阀V303为全开。即,在排气歧管344压力为低于大气压的负压的情况下,使排气旁通阀V303为全开,从而使涡轮349a的驱动停止,由此,能够防止增压器349的喘振等。另外,通过使供气旁通阀V302为全关,在低负荷时,能够使主节流阀V1控制进气歧管压力的响应性得到提高。
另外,在发动机负荷为第二规定负荷L1以上且低于比第一及第二规定负荷L3、L1之间的值的第三规定负荷L2的情况下,对主节流阀V301进行基于数据表DT1的映射控制。另外,使供气旁通阀V302为全关,并且,对排气旁通阀V303进行基于数据表DT2的映射控制。然后,当发动机负荷为第一规定负荷L3时,使主节流阀V301为全开,而使供气旁通阀V302及排气旁通阀V303为全关,使其为能够从柴油模式切换为气体模式的状态。
发动机控制装置373在气体模式运转时,如图32所示,当接收到由负荷测定器319测定的发动机负荷(发电机输出或发动机扭矩)Ac时,参照目标点火时间图M14,确定引燃燃料喷射阀382的目标点火时间(通常点火时间)。目标点火时间图M14给出了发动机负荷Ac与目标点火时间DTm的相关性,针对发动机负荷Ac确定目标点火时间DTm。另外,发动机控制装置373在判定为使气体燃料与空气预混合得到的预混合燃料中的空气量不足的情况下,对点火时间阶段性地进行延迟控制,另一方面,在判定为空气量充足的情况下,对点火时间阶段性地进行提前控制。
即,如图32所示,发动机控制装置373参照目标点火时间图M14设定目标点火时间DTm,并且,参照延迟角设定图M15设定延迟量ΔDTd,由此使引燃燃料喷射阀382在点火时间DTm+ΔDTd时点火。目标点火时间图M14给出了由负荷测定器319测定的发动机负荷(发电机输出或发动机扭矩)Ac与目标点火时间DTm的相关性,针对发动机负荷Ac确定目标点火时间DTm。延迟角设定图M15给出了预测空气量不足状态的参数与延迟量ΔDTd的相关性,针对预测的空气量不足状态确定延迟量ΔDTd。
如图32所示,延迟角设定图M15根据进气歧管压力的目标值Pa0(目标压力)与进气歧管压力的实测值Pa(测定压力)的差值(Pa0-Pa)使延迟量ΔDTd阶段性地进行变化。即,如果进气歧管压力差(Pa0-Pa)为ΔP1以上,则将延迟量ΔDTd设定为值ΔDT1,如果进气歧管压力差(Pa0-Pa)为ΔP2(ΔP2>ΔP1)以上,则将延迟量ΔDTd设定为值ΔDT2(ΔDT2>ΔDT1),如果进气歧管压力差(Pa0-Pa)为ΔP3(ΔP3>ΔP2)以上,则将延迟量ΔDTd设定为值ΔDT3(ΔDT3>ΔDT2)。即,延迟设定图M15断续地存储使延迟量相对于目标压力减去测定压力得到的差值单纯增加的值。
以下,参照图32的流程图,对气体模式运转时的发动机控制装置373的点火时间设定控制的详细情况进行说明。如图32所示,发动机控制装置373当接收到由负荷测定器319测定的发动机负荷(发电机输出或发动机扭矩)Ac时(STEP501),参照目标点火时间图M14,确定引燃燃料喷射阀382的目标点火时间(通常点火时间)DTm并进行存储(STEP502)。发动机控制装置373确定目标点火时间DTm后,接收进气歧管压力传感器339对进气歧管压力的实测值Pa(测定压力)(STEP503)。
接下来,发动机控制装置73参照延迟角设定图M15,基于图32的流程图的阀控制动作中设定的进气歧管压力的目标值Pa0(目标压力)与进气歧管压力的实测值Pa(测定压力)的差值(Pa0-Pa),确定延迟量ΔDTd(STEP504)。然后,发动机控制装置373利用STEP501中存储的目标点火时间DTm和STEP504中确定的延迟量ΔDTd,设定点火时间DTm+ΔDTd(STEP505)。
该发动机控制装置373进行的点火时间设定控制中,参照延迟角设定图M15确定延迟量,因此,可以根据基于目标压力Pa0与测定压力Pa的差值推定的空气不足量来使点火时间阶段性地延迟。因此,使因输出变动而发生爆燃的发生率得到降低,并且,能够将热效率(发动机输出效率)的降低抑制在最低限度。
在该气体模式运转时,利用发动机控制装置373进行点火时间设定控制,可以像图33那样,根据目标压力Pa0与测定压力Pa的差值的大小,使点火时间DTd延迟。因此,可以延迟点火时间DTd,以便能够使因输出变动而发生爆燃的发生率得到降低,另一方面,能够将其延迟角范围限制为最佳范围,因此,能够将因点火时间延迟而导致的热效率(发动机输出效率)的降低抑制在最低限度。
另外,上述的气体模式运转时的点火时间设定控制中,虽然基于目标压力Pa0与测定压力Pa的差值来确认空气量过多或不足,不过,还可以利用其它参数来确认空气量过多或不足。以下,参照图34的流程图,对发动机控制装置373的点火时间设定控制的第一参考变形例进行说明。图34的流程图中,关于与图32的流程图相同的动作步骤,参照上述的说明,省略其详细的说明。
本参考变形例中,发动机控制装置373参照目标点火时间图M14,基于发动机负荷Ac确定目标点火时间DTm(STEP501~STEP502),然后,从流量传感器(省略图示)接收进气歧管367中的空气流量(进气歧管流量)的实测值Fa(测定流量)(STEP513)。然后,发动机控制装置373参照延迟角设定图M15A,基于根据发动机负荷Ac等设定的进气歧管流量的目标值Fa0(目标流量)与进气歧管流量的实测值Fa(测定流量)的差值(Fa0-Fa)确定延迟量ΔDTd(STEP504),设定点火时间DTm+ΔDTd(STEP505)。另外,延迟角设定图M15A断续地存储使延迟量相对于目标流量减去测定流量得到的差值单纯增加后的值。
接下来,参照图35的流程图,对发动机控制装置373的点火时间设定控制的第二参考变形例进行说明。图35的流程图中,关于与图32的流程图相同的动作步骤,参照上述的说明,省略其详细的说明。
本参考变形例中,发动机控制装置373参照目标点火时间图M14,基于发动机负荷Ac确定目标点火时间DTm(STEP501~STEP502),然后,计算出发动机负荷Ac的变化量(输出变化量)ΔAc(STEP523)。此时,例如可以利用与前次测定的发动机负荷Ac的差值计算出输出变化量ΔAc。然后,发动机控制装置73参照延迟角设定图M15B,基于输出变化量ΔAc确定延迟量ΔDTd(STEP504),设定点火时间DTm+ΔDTd(STEP505)。另外,延迟角设定图M15B断续地存储使延迟量相对于输出变化量ΔAc单纯增加后的值。
此外,可以使延迟角设定图M15为给出了预测空气量不足状态的参数、发动机负荷(发电机输出或发动机扭矩)Ac以及延迟量ΔDTd的相关性的三维图,而不是上述的二维图。即,图32的流程图的例子中,在STEP104中,参照图36所示的延迟角设定图M15C,利用目标压力Pa0与测定压力Pa的差值(Pa0-Pa)和发动机负荷Ac,确定延迟量ΔDTd。通过像这样参照三维的延迟角设定图M15C,能够更高精度地执行延迟控制,因此,能够防止爆燃发生,从而防患于未然,并且,抑制热效率(发动机输出效率)降低。
图36所示的延迟角设定图M15C的例子中,在发动机负荷Ac为Ac1以上且低于Ac2的情况下,如图中的双点划线所示,如果进气歧管压力差(Pa0-Pa)为ΔP1以上,则将延迟量ΔDTd设定为值ΔDT1a,如果进气歧管压力差(Pa0-Pa)为ΔP2以上,则将延迟量ΔDTd设定为值ΔDT2a(ΔDT2a>ΔDT1a),如果进气歧管压力差(Pa0-Pa)为ΔP3以上,则将延迟量ΔDTd设定为值ΔDT3a(ΔDT3a>ΔDT2a)。
另外,在发动机负荷Ac为Ac2以上且低于Ac3的情况下,如图中的实线所示,如果进气歧管压力差(Pa0-Pa)为ΔP1以上,则将延迟量ΔDTd设定为值ΔDT1b(ΔDT1b>ΔDT1a),如果进气歧管压力差(Pa0-Pa)为ΔP2以上,则将延迟量ΔDTd设定为值ΔDT2b(ΔDT2b>ΔDT1b且ΔDT2b>ΔDT2a),如果进气歧管压力差(Pa0-Pa)为ΔP3以上,则将延迟量ΔDTd设定为值ΔDT3b(ΔDT3b>ΔDT2b且ΔDT3b>ΔDT3a)。
此外,在发动机负荷Ac为Ac3以上的情况下,如图中的单点划线所示,如果进气歧管压力差(Pa0-Pa)为ΔP1以上,则将延迟量ΔDTd设定为值ΔDT1c(ΔDT1c>ΔDT1b),如果进气歧管压力差(Pa0-Pa)为ΔP2以上,则将延迟量ΔDTd设定为值ΔDT2c(ΔDT2c>ΔDT1c且ΔDT2c>ΔDT2b),如果进气歧管压力差(Pa0-Pa)为ΔP3以上,则将延迟量ΔDTd设定为值ΔDT3c(ΔDT3c>ΔDT2c且ΔDT3c>ΔDT3b)。
另外,在设定延迟量ΔDTd时参照三维图的延迟角设定图的情况下,图34的流程图的例子中,利用目标流量Fa0与测定流量Fa的差值(Fa0-Fa)和发动机负荷Ac来确定延迟量ΔDTd。另外,图35的流程图的例子中,利用发动机负荷Ac的变化量(输出变化量)ΔAc和发动机负荷Ac来确定延迟量ΔDTd。
第一参考例中,像上述的点火时间设定控制那样,基于判定空气量过多或不足的参数量,预先存储点火时间的延迟量,不过,例如也可以使提前量及延迟量分别以Δt恒定地阶段性进行变化。以下,参照图37,对另一参考方案(第二参考例)的发动机装置中的气体模式运转时的控制动作进行说明。另外,以下的参考例中,以利用进气歧管压力的目标值Pa0(目标压力)与进气歧管压力的实测值Pa(测定压力)的差值(Pa0-Pa)来预测空气量的不足状态为例进行说明。
第二参考例的发动机装置中,如图37所示,在气体模式运转时,发动机控制装置373当接收到由负荷测定器319测定的发动机负荷Ac时(STEP601),参照目标点火时间图M14,确定目标点火时间DTm并进行存储(STEP602)。发动机控制装置373确定目标点火时间DTm后,接收进气歧管压力传感器339的进气歧管压力的实测值Pa(测定压力)(STEP603)。然后,发动机控制装置73基于设定的进气歧管压力的目标值Pa0(目标压力)与进气歧管压力的实测值Pa(测定压力)的差值(Pa0-Pa),判定有无空气量不足(STEP604)。
发动机控制装置373在目标压力Pa0与测定压力Pa的差值(Pa0-Pa)大于规定压力差Path的情况下(STEP604中为Yes),判定为空气量不足,转移到STEP605以后的延迟控制。另一方面,在目标压力Pa0与测定压力Pa的差值(Pa0-Pa)为规定压力差Path以下的情况下(STEP604中为No),判定为空气量充足,转移到STEP607以后的提前控制。
发动机控制装置373在转移到延迟控制时,首先,确认设定的点火时间DTd是否为延迟角极限值的点火时间(极限点火时间)DTlim(STEP605)。然后,在点火时间DTd没有达到极限点火时间DTlim的情况下(STEP605中为No),使点火时间DTd延迟规定量Δdt(例如、1°)(STEP606)。即,发动机控制装置373在延迟控制中,在达到延迟角极限值的情况下,停止延迟控制。
在利用该发动机控制装置373的延迟控制,并基于目标压力Pa0与测定压力Pa的差值而推定为空气量存在不足的情况下,可以使点火时间DTd阶段性地延迟,直至达到极限点火时间DTlim。因此,能够延迟点火时间DTd,以便能够使因输出变动而发生爆燃的发生率得到降低,另一方面,能够将其延迟角范围限制为最佳范围,因此,能够将因点火时间延迟而导致的热效率(发动机输出效率)的降低抑制在最低限度。
发动机控制装置373在转移到提前控制时,首先,确认设定的点火时间DTd是否为目标点火时间DTm(STEP607)。然后,在点火时间DTd没有达到目标点火时间DTm的情况下(STEP605中为No),使点火时间DTd提前规定量Δdt(STEP608)。即,发动机控制装置373在提前控制中,在点火时间DTd为通常运转时的点火时间的情况下,停止提前控制。
在利用该发动机控制装置373的提前控制,并基于目标压力Pa0与测定压力Pa的差值而推定为空气量充足的情况下,可以使点火时间DTd阶段性地提前,直至达到通常运转时的目标点火时间DTm。因此,输出变得稳定,使点火时间DTd提前而使其热效率得到提高,同时,使点火时间DTd逐渐地进行变化,因此,即便在输出再次变动的情况下,也能够抑制爆燃的发生率。
另外,第二参考例中,使STEP604中的、预测空气量的不足状态的参数为进气歧管压力的目标值Pa0(目标压力)与进气歧管压力的实测值Pa(测定压力)的差值(Pa0-Pa),但是,并不限定于此。即,对于延迟角设定图M15中的、预测空气量的不足状态的参数,可以使其与上述的第一参考变形例同样地为进气歧管流量的目标值Fa0(目标流量)与进气歧管流量的实测值Fa(测定流量)的差值(Fa0-Fa),也可以使其与上述的第二参考变形例同样地为发动机负荷Ac的变化量(输出变化量)ΔAc。
此外,各部分的构成并不限定于图示的第一及第二参考例,可以在不脱离上述参考例的主旨的范围内进行各种变更。另外,第一及第二参考例的发动机装置还可以应用于上述的推进兼发电机构以外的构成中,即、构成为用于向船体内的电气系统供电的发电装置或陆地上的发电设施中的驱动源等。此外,作为参考例的发动机装置,以双燃料发动机为例进行了说明,使气体燃料燃烧的燃气发动机中,可以应用气体模式下的上述各控制动作。另外,使点火方式为利用微引燃喷射方式的点火方式,不过,还可以采用在副室中使其火花点火的构成。
符号说明
1 船舶
2 船体
4 烟囱
5 螺旋桨
9 推进轴
11 机仓
12 推进兼发电机构
17 供气旁通流路
19 负荷测定器
20 发动机旋转传感器
21 发动机装置(燃气发动机装置)
22 减速器
23 发电机
24 输出轴(曲轴)
25 汽缸体
26 汽缸盖
30 主燃料气体流路
31 副燃料气体流路
36 汽缸
37 进气口
38 排气口
39 压力传感器
40 盖罩
41 主燃料气体配管
42 副燃料气体配管
43 侧盖
44 排气歧管
45 隔热盖
48 排气中继管
49 增压器
49a 涡轮
49b 压缩机
51 中间冷却器
63 进气过滤器
64 新气通路管
66 供气旁通管
67 进气歧管
73 发动机控制装置
79 点火装置
80 进气阀
81 排气阀
82 火花塞
89 单向阀
98 气体喷射器
110 主燃料气体压力调整器
111 副燃料气体压力调整器
112 主燃料气体压力传感器
113 主燃料气体温度传感器
114 副燃料气体压力传感器
115 润滑油温度传感器
V1 进气节流阀
V2 供气旁通阀
V3 排气旁通阀

Claims (5)

1.一种发动机装置,其包括:
进气歧管,该进气歧管使空气向汽缸内供应;
气体喷射器,该气体喷射器使燃料气体与由所述进气歧管供应的空气混合而进入所述汽缸;以及
点火装置,该点火装置使所述燃料气体与空气预混合而得到的预混合燃料在所述汽缸内点火,
所述发动机装置的特征在于,
具备对所述汽缸内的预混合燃料中的空气量不足进行判定的控制部,
该控制部在判定为空气量不足的情况下,对所述点火装置的点火时间阶段性地进行延迟控制,而在判定为空气量充足的情况下,对所述点火时间阶段性地进行提前控制。
2.根据权利要求1所述的发动机装置,其特征在于,
所述控制部在延迟控制中,在达到延迟角极限值的情况下停止延迟控制,而在提前控制中,在所述点火时间为通常运转时的点火时间的情况下,停止提前控制。
3.根据权利要求1或2所述的发动机装置,其特征在于,
所述控制部将在所述进气歧管处测定的进气歧管压力接收为测定压力,所述进气歧管处作为目标值的目标压力减去所述测定压力而得到的差值大于规定差值压力时,判定为空气量不足。
4.根据权利要求1或2所述的发动机装置,其特征在于,
所述控制部将在所述进气歧管处测定的空气流量接收为测定流量,所述进气歧管处作为目标值的目标流量减去所述测定流量而得到的差值大于规定差值流量时,判定为空气量不足。
5.根据权利要求1或2所述的发动机装置,其特征在于,
所述控制部在所述发动机的输出变化量大于规定量时,判定为空气量不足。
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