CN113544374B - 带涡轮增压器的燃气发动机及其燃烧方法 - Google Patents

Abstract

一种引燃点火方式的带涡轮增压器的燃气发动机，其重复进行燃烧循环，该燃烧循环具有进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程，在该进气冲程中，将由空气和气体燃料构成的稀薄混合气向燃烧室吸入，在该压缩冲程中，对稀薄混合气进行压缩，在该膨胀冲程中，使通过稀薄混合气燃烧而产生的燃烧气体膨胀，在该排气冲程中，将燃烧气体从燃烧室排出，其中，在压缩冲程中的第1时机，进行向燃烧室内喷射液体燃料的第1喷射，在通过由第1喷射产生的火焰的传播而使燃烧室内的稀薄混合气燃烧的燃烧期间的后半，在膨胀冲程中的第2时机，开始进行向燃烧室内喷射液体燃料的第2喷射。

Description

带涡轮增压器的燃气发动机及其燃烧方法

技术领域

本发明涉及带涡轮增压器的燃气发动机及其燃烧方法。

背景技术

以往，公知有带涡轮增压器的燃气发动机。涡轮增压器利用来自燃气发动机的排气的流动来驱动压缩机，提高由燃气发动机吸入的空气的密度。例如，在专利文献1中公开了这种带涡轮增压器的燃气发动机。

专利文献1公开的带涡轮增压器的燃气发动机具有内插有活塞的气缸以及向气缸内喷射引燃燃料的引燃燃料喷射阀。气缸的进气口经由进气管而与增压器的压缩机连接，气缸的排气口经由排气管而与增压器的排气涡轮连接。向进气管提供气体燃料，在进气管内形成气体燃料与空气的混合气。引燃燃料喷射阀与储存有高压化后的引燃燃料的高压燃料管连接。在该燃气发动机中，在活塞下降时，将混合气体导入到气缸内，在进气口和排气口关闭的状态下，活塞上升，将混合气体压缩。在压缩混合气时从引燃燃料喷射阀喷射引燃燃料，混合气被点燃而燃烧，伴随着气缸内压上升，活塞下降，通过因惯性引起的活塞的上升，从气缸内排出燃烧气体。

在专利文献1的燃气发动机中，采用了向气缸内直接喷射微量的引燃燃料(例如轻油)的直喷微引燃点火方式。而且，为了适当地对混合气的点火时机进行控制以避免异常燃烧，将引燃燃料的喷射划分为对混合气的火焰传播燃烧进行辅助的预喷射和能够对混合气的点火时机进行控制的主喷射。

在海洋或河流中航行的船舶中，有时使用上述那样的带涡轮增压器的燃气发动机作为主机。关于船舶的主机，控制对主机的燃料供给量，以使与推进用螺旋桨连结的推进轴或与其直接连结的发动机的转速成为给定的目标转速。

图7是示出一般燃气发动机的燃烧特性的曲线图，横轴表示空燃比(空气过剩率)，纵轴表示制动平均有效压力(BMEP)。制动平均有效压力能够作为燃气发动机的发动机输出的指标。在一般燃气发动机的燃烧特性中，在气缸的燃烧室内的稀薄混合气的空燃比低并且发动机输出高的区域存在爆震区域，在空燃比高并且发动机输出高的区域存在失火区域。要想在稀薄燃烧中获得高输出，控制为燃烧室内的稀薄混合气的空燃比处于爆震区域与失火区域之间的范围X(operating window：工作窗口)内，燃烧特性最佳，即热效率高，NOx排出量最小。即，在稳定运转时的燃气发动机中，相对于为了维持目标转速而进行调整后的气体燃料供给量，对供气压进行控制，以使稀薄混合气的空燃比处于爆震区域与失火区域之间。

船舶的推进用螺旋桨的转速容易因潮流、波浪以及船舶的舵角等而在短期内发生变化。对于这样的急剧的负载变化，在带涡轮增压器的燃气发动机中，即使增加气体燃料供给量，也会由于涡轮迟滞而导致供给气压不会立即增加，因此无法迅速地增加气体燃料供给量。因此，专利文献2的推进用内燃机(燃气发动机)的燃料供给装置根据基于船舶的未来预测船速计算出的预测扭矩来求取预测燃料供给量，根据预测燃料供给量来控制向发动机提供的混合气的压力。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许5922830号公报

专利文献2：日本特开2016-205270号公报

发明内容

发明要解决的课题

专利文献2的技术是预测燃气发动机的负载的急剧上升，并为其做准备而预先使供气压上升的技术，而不是使供气压迅速上升的技术。另外，公知有为了迅速提高供气压而对增压器进行喷射辅助的技术，但在该情况下，增压器需要具备喷射辅助装置。

鉴于以上情况，本发明的目的在于，在带涡轮增压器的燃气发动机中，提供如下的技术：使供气压迅速上升，以使能够响应于发动机负载的急剧上升而迅速地增加气体燃料供给量。

用于解决课题的手段

本发明的一个方式的燃气发动机的燃烧方法是引燃点火方式的带涡轮增压器的燃气发动机的燃烧方法，该燃气发动机重复进行燃烧循环，该燃烧循环具有进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程，在该进气冲程中，将由气体燃料和空气构成的稀薄混合气向燃烧室吸入，在该压缩冲程中，对所述稀薄混合气进行压缩，在该膨胀冲程中，使通过所述稀薄混合气燃烧而产生的燃烧气体膨胀，在该排气冲程中，将所述燃烧气体从所述燃烧室排出，其中，在所述压缩冲程中的第1时机，进行向所述燃烧室内喷射液体燃料的第1喷射，在通过由所述第1喷射产生的火焰的传播而使所述燃烧室内的所述稀薄混合气燃烧的燃烧期间的后半，在所述膨胀冲程中的第2时机，开始进行向所述燃烧室内喷射所述液体燃料的第2喷射。

并且，本发明的一个方式的带涡轮增压器的燃气发动机是引燃点火方式的带涡轮增压器的燃气发动机，具有形成燃烧室的气缸和活塞以及向所述燃烧室内喷射液体燃料的喷射器，通过所述活塞在所述气缸内往复运动而重复进行燃烧循环，该燃烧循环具有进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程，在该进气冲程中，将由空气和气体燃料构成的稀薄混合气向所述燃烧室吸入，在该压缩冲程中，对所述稀薄混合气进行压缩，在该膨胀冲程中，使通过所述稀薄混合气燃烧而产生的燃烧气体膨胀，在该排气冲程中，将所述燃烧气体从所述燃烧室排出，其中，所述喷射器在所述压缩冲程中的第1时机进行第1喷射，在通过由所述第1喷射产生的火焰的传播而使所述燃烧室内的所述稀薄混合气燃烧的燃烧期间的后半，在所述膨胀冲程中的第2时机开始进行第2喷射。

根据上述带涡轮增压器的燃气发动机及其燃烧方法，在第2喷射中喷射出的液体燃料实质上未用于将活塞下压的作功，而是通过燃烧使排气温度上升。由此，与不进行第2喷射的情况相比，向增压器的涡轮输送的燃烧气体的温度变高，能够对涡轮提供更大的能量。其结果为，在从不进行第2喷射的运转切换为进行第2喷射的运转时，能够迅速地提高供气压，能够使气体燃料的供给量迅速地增加。这样的燃烧方法优选作为带涡轮增压器的燃气发动机的负载急剧上升时的燃烧方法，能够提高燃气发动机的负载响应性(即，实际输出相对于要求输出的跟随性)。

在上述带涡轮增压器的燃气发动机及其燃烧方法中，可以是，所述燃气发动机是4冲程发动机，所述第2时机处于60°ATDC～180°ATDC的范围内。

由此，不会妨碍燃烧室内的稀薄混合气的正常燃烧，能够利用通过第2喷射追加的引燃燃料来提高从燃烧室排出的燃烧气体的温度。

在上述带涡轮增压器的燃气发动机及其燃烧方法中，可以是，在使发动机输出从第1输出值经过第2输出值而上升到第3输出值时，按照使从所述第1输出值到所述第2输出值的输出增加率比从所述第2输出值到所述第3输出值的输出增加率大的方式使所述第1喷射中的所述液体燃料的喷射量变化。

这样，通过在较低的负载时使空燃比降低而成为燃料充足，由此能够避免异常燃烧并且使转速迅速增加。而且，通过在保持该转速增加的势头的状态下，在较高的负载时使稀薄混合气的空燃比降低，由此能够避免异常燃烧并且迅速提高发动机输出。由此，能够提高带涡轮增压器的燃气发动机的负载响应性。

发明效果

根据本发明，在带涡轮增压器的燃气发动机中，能够提供如下的技术：使供给气压迅速上升，以使能够响应于发动机负载的急剧上升而迅速增加气体燃料供给量。

附图说明

图1是本发明的一个实施方式的带涡轮增压器的燃气发动机的概略结构图。

图2是示出发动机所具备的多个气缸中的一个气缸的构造的剖视图。

图3是空气冷却器的概略结构图。

图4是示出带涡轮增压器的燃气发动机的控制系统的结构的图。

图5是负载急剧上升运转中的引燃燃料喷射的时序图。

图6是示出响应于发动机负载的急剧上升而使发动机输出上升时的目标发动机输出和引燃燃料喷射量的时序变化的图表。

图7是示出一般燃气发动机的燃烧特性的曲线图。

具体实施方式

接下来，参照附图对本发明的实施方式进行说明。本实施方式的带涡轮增压器的燃气发动机1作为主机搭载于船舶。但是，本发明的带涡轮增压器的燃气发动机1不限于搭载于船舶。

[带涡轮增压器的燃气发动机1的结构]

图1是本发明的一个实施方式的带涡轮增压器的燃气发动机1的概略结构图。

图1所示的带涡轮增压器的燃气发动机1具有发动机(发动机主体)2、增压器3、空气冷却器43以及控制装置7(参照图2)。在本实施方式中，通过带涡轮增压器的燃气发动机1对安装有推进翼83的推进轴93进行驱动。

本实施方式的发动机2是4冲程的多气缸燃气专烧发动机。但是，发动机2不限于燃气专烧发动机，也可以是根据状况而使气体燃料和液体燃料中的一方或双方燃烧的双燃料发动机。

图2是示出发动机2所具备的多个气缸21中的一个气缸的构造的剖视图。在气缸21内往复运动自如地配设有活塞22，由气缸21和活塞22形成了燃烧室20。

气缸21的进气口与供气管41连接。在进气口设置有对进气口进行开闭的进气阀23。气缸21的排气口与排气管42连接。在排气口设置有对该排气口进行开闭的排气阀24。在燃烧室20内设置有检测该燃烧室20内的压力即缸内压的缸内压力传感器62。

活塞22通过省略图示的连杆而与省略图示的曲轴连结。通过活塞22在气缸21内往复两次而进行由进气、压缩、膨胀以及排气构成的一个燃烧循环。各气缸21的一个燃烧循环期间的发动机2的相位角由相位角检测器63检测。作为相位角，可以使用曲轴的旋转角(曲轴角)或活塞22的位置等，相位角检测器63例如可以是电磁拾取器、接近开关或旋转编码器。另外，相位角检测器63也作为检测发动机2的实际转速的实际转速检测器而发挥功能。

返回到图1，增压器3包含压缩机31和涡轮32，它们通过轴而连接。气缸21内的燃烧室20经由供气管41而与压缩机31连接，并且经由排气管42而与涡轮32连接。供气管41将由压缩机31压缩后的空气导向各气缸21的燃烧室20。在供气管41上设置有使气体从供气管41逸出以释放供气管41的压力的供气排放阀48。排气管42将来自各气缸21的燃烧室20的排气(燃烧气体)导向涡轮32。在排气管42上设置有通过使气体的一部分从排气管42分流来调节朝向涡轮32的流入量的排气旁通阀49。另外，供气管41的下游侧部分和排气管42的上游侧部分从歧管分支成与气缸21相同数量的分支路，但在图1中，为了简化附图，用1条流路来描绘供气管41和排气管42。

在供气管41上设置有用于对被压缩机31压缩而成为高温的空气(供气)进行冷却的空气冷却器43。如图3所示，空气冷却器43是使在制冷剂流路44中流动的水等制冷剂与在供气管41中流动的空气进行热交换的热交换器。在制冷剂流路44连接有旁通路46，该旁通路46使制冷剂不通过空气冷却器43(即，不在空气冷却器43中用于热交换)而流动到比空气冷却器43靠下游侧的位置。另外，在制冷剂流路44上设置有流量调整装置45，该流量调整装置45对在旁通路46中流动的制冷剂的流量进行调整，换言之对用于空气冷却器43中的热交换的制冷剂的流量进行调整。流量调整装置45调整在空气冷却器43中用于热交换的制冷剂的流量，以使从空气冷却器43出来的冷却后的空气成为规定的温度。

在供气管41的比空气冷却器43靠下游侧的位置设置有供气压力传感器61和供气温度传感器65。供气压力传感器61检测压缩机31的喷出压即供气压。供气压力传感器61可以设置于供气管41的下游侧的上述各分支路，也可以在上述歧管仅设置有1个。供气温度传感器65检测通过供气管41向燃烧室20导入的空气的温度即供气温度。同样地，供气温度传感器65可以设置于供气管41的下游侧的上述各分支路，也可以在上述歧管仅设置有1个。

此外，在供气管41上设置有每个气缸21的气体燃料供给阀51。气体燃料供给阀51向从压缩机31喷出的空气中提供气体燃料。气体燃料供给阀51的开度(或开放时间)由气体燃料供给阀驱动器50操作。从未图示的气体燃料室通过气体燃料供给阀51向供气管41提供的气体燃料的供给量根据气体燃料供给阀51的开度(或开放时间)而发生变化。由气体燃料供给阀驱动器50和气体燃料供给阀51构成了气体燃料供给量调整装置。

本实施方式的发动机2采用直喷引燃燃料点火方式，具有向燃烧室20喷出引燃燃料的引燃燃料喷射器52。引燃燃料例如是轻油等液体燃料。引燃燃料喷射器52经由燃料管而与共轨53连接。在共轨53中积存有高压的引燃燃料，能够在任意的时机并且以任意的喷射压力从各缸21的引燃燃料喷射器52喷射该引燃燃料。引燃燃料喷射器52的喷射由喷射器驱动器54操作。由喷射器驱动器54和引燃燃料喷射器52构成了引燃燃料喷射量调整装置。

[带涡轮增压器的燃气发动机1的控制系统的结构]

以下，对带涡轮增压器的燃气发动机1的控制系统的结构进行说明。图4是示出带涡轮增压器的燃气发动机1的控制系统的结构的图。控制装置7是所谓的计算机，具有CPU等运算处理部7a、ROM、RAM等存储部7b。在存储部7b中存储有由运算处理部7a执行的程序、各种固定数据等。运算处理部7a与外部装置进行数据收发。另外，运算处理部7a进行来自各种传感器的检测信号的输入和向各控制对象的控制信号的输出。控制装置7通过由运算处理部7a读出并执行存储在存储部7b中的程序等软件而进行作为各功能部的处理。另外，控制装置7可以通过基于一个计算机的集中控制来执行各处理，也可以通过基于多个计算机协作的分散控制来执行各处理。另外，控制装置7也可以由微控制器、可编程逻辑控制器(PLC)等构成。

控制装置7与舵角操作件73、驾船操作件74、转弯角传感器66以及船速计67电连接。

在设置于船体的未图示的操纵室内设置有用于操作输入舵角的舵角操作件73以及操作输入发动机2的转速和前进/后退的驾船操作件74。操纵者经由舵角操作件73所输入的舵角操作信息输入给控制装置7。操纵者经由驾船操作件74所输入的驾船操作信息输入给控制装置7。这些操作件73、74例如可以是手柄或杆。另外，在船体上设置有检测船体的转弯角的转弯角传感器66以及检测船速的船速计67。

控制装置7判定发动机负载的急剧上升，或者预测发动机负载的急剧上升。发动机负载的急剧上升是指如产生涡轮迟滞那样的(即，无法通过增压器3进行充分的增压，在达到所要求的增压之前产生延迟时间那样的)负载上升。负载急剧上升的原因例如具有船速上升、舵角的变更、船体受到的强风浪、螺旋桨桨距的变更、船舶搭载有方位推进器的情况下的转弯角变更等。

控制装置7能够通过以下方法来判定出发动机2的负载急剧地上升。例如，计算气体燃料供给量的上升速度，如果气体燃料供给量的上升速度超过了阈值，则判定为负载急剧地上升，如果气体燃料供给量的上升速度低于阈值，则判定为负载没有急剧地上升。例如，计算实际转速与目标转速之差，如果实际转速与目标转速之差超过阈值，则判定为负载急剧地上升，如果实际转速与目标转速之差低于阈值，则判定为负载没有急剧地上升。另外，例如，使用未图示的扭矩计来检测发动机2的输出扭矩，并且计算输出扭矩的上升速度，如果输出扭矩的上升速度超过了阈值，则判定为负载急剧地上升，如果输出扭矩的上升速度低于阈值，则判定为负载没有急剧地上升。

另外，控制装置7能够根据舵角操作信息、驾船操作信息、船体的转弯角、燃气发动机1的转速、船速以及预先存储于存储部7b中的船体性能模型等来事先预测发动机负载的急剧上升。例如，在通过舵角操作件73而操作了船体的舵角时，预计在不久的将来发动机负载会急剧上升。例如，在将驾船操作件74从前进切换为后退时，预计在不久的将来发动机负载会急剧上升。

控制装置7与气体燃料供给阀驱动器50、喷射器驱动器54、供气压力传感器61、缸内压力传感器62、相位角检测器63、供气温度传感器65、供气排放阀48以及排气旁通阀49电连接。控制装置7根据由相位角检测器63检测到的相位角，针对各气缸21使气体燃料供给阀驱动器50和喷射器驱动器54动作，对气体燃料和引燃燃料的供给量和供给时机进行控制，以使实际转速成为目标转速。另外，控制装置7根据由供气压力传感器61检测到的供气压而使供气排放阀48和排气旁通阀49动作，相对于气体燃料的供给量而对供气压进行控制，以使燃烧室20内的稀薄混合气的空燃比处于图7所示的范围X内，燃烧特性最佳，即热效率高，NOx排出量最小。

控制装置7在发动机负载几乎不变化的期间进行稳定运转，当在稳定运转中预测到发动机负载的急剧上升或者检测到发动机负载的急剧上升时，转移到负载急剧上升运转。以下，对负载急剧上升运转时的燃气发动机1的燃烧方法进行说明。

在燃烧循环的进气冲程中，在排气阀24关闭并且进气阀23打开的状态下，活塞22下降，包含从气体燃料供给阀51喷射出的气体燃料和来自增压器3的供气的稀薄混合气通过进气口而被吸入到燃烧室20。在压缩冲程中，在进气阀23和排气阀24关闭的状态下，活塞22上升到上止点，燃烧室20内的稀薄混合气被压缩。在活塞22到达上止点之前的时机，向燃烧室20的压缩后的稀薄混合气直接喷射引燃燃料，引燃燃料自燃。该火焰传播到燃烧室20内的稀薄混合气，混合气燃烧。在膨胀冲程(燃烧冲程)中，被点燃的稀薄混合气燃烧，燃烧气体膨胀而将活塞22下压到下止点。在排气冲程中，在进气阀23关闭并且排气阀24打开的状态下，活塞22由于惯性而上升，燃烧气体通过排气口而被推向排气管42。燃烧气体通过排气管42而被导入到涡轮32，用作驱动压缩机31的动力。

控制装置7在开始负载急剧上升运转时，参照图3，使流量调整装置45动作，以使在制冷剂流路44中流动的制冷剂全部通过空气冷却器43。即，流量调整装置45切断旁通路46的制冷剂的流动。由此，能够利用空气冷却器43的全部冷却能力使供气温度急速下降。

在预混合燃烧方式的发动机2的正常燃烧中，点火的火焰依次在未燃混合气中传播而完成燃烧。但是，在由于负载上升等而导致燃烧室20内的热负载和燃烧压力上升时，未燃部分的混合气不等待火焰传播就发生自行点火。当该自行点火连锁发生时，会产生强烈的压力上升和温度上升。这是“爆震”现象。如上所述，通过降低供气温度，能够抑制燃烧室20内的热负载，抑制发生爆震(异常燃烧)。

图5是负载急剧上升运转中的引燃燃料喷射的时序图。在该时序图中，纵轴表示引燃燃料喷射量和缸内压力，横轴表示活塞22的相位角[ATDC：After Top Dead Center(上止点后)]。如该时序图所示，被控制装置7控制的引燃燃料喷射器52在一个燃烧循环中进行至少1次第1喷射(主喷射)和至少1次第2喷射(后喷射)。控制装置7根据由相位角检测器63检测到的相位角来计量喷射的时机。

第1喷射在压缩冲程中的上止点(TDC)前的规定的第1时机Ta进行。更详细地说，在第1时机Ta，通过喷射器驱动器54将引燃燃料喷射器52打开，向燃烧室20内的稀薄混合气中喷出微量(额定负载时的投入总热量的1％左右)的引燃燃料。第1时机Ta可以处于-30°ATDC～0°ATDC的范围内。

通过在第1喷射中向燃烧室20内喷出的高压的引燃燃料而将燃烧室20内的稀薄混合气点火。即，第1喷射决定燃烧期间的开始时机。借助燃烧室20中的稀薄混合气的燃烧压力而获得了发动机2的输出。

当活塞22要超过上止点(TDC)时，从压缩冲程转移到膨胀冲程。第2喷射在膨胀冲程中的燃烧期间的后半的规定的第2时机Tb进行。更详细而言，在第2时机Tb通过喷射器驱动器54将引燃燃料喷射器52打开，向燃烧室20内喷出引燃燃料。另外，燃烧期间的后半是指燃烧室20内的稀薄混合气燃烧的期间中的比缸内压力达到最大缸内压力的时刻Tc靠后的期间。

通过在第2喷射中喷射出的引燃燃料燃烧，缸内的燃烧气体的温度上升。另外，通过在第2喷射中喷射出的引燃燃料，使得在膨胀冲程及后续的排气冲程中，燃烧室20内或排气管42内的燃烧气体中的燃烧残留的气体燃料燃烧。由此，与不进行第2喷射的情况相比，向增压器3的涡轮32输送的燃烧气体的温度变高，能够对涡轮32提供更大的能量。由此，与不进行第2喷射的情况相比，能够使涡轮32的转速增加，能够使增压器3的增压迅速上升。其结果为，能够消除或缩短发动机负载急剧上升时的涡轮迟滞。

在第1时机Ta即燃烧期间的开始时机处于-30°ATDC～0°ATDC的范围内时，如果在缸内压力达到最大缸内压力的时刻Tc之前开始进行第2喷射，则最大缸内压力上升，有可能发生异常燃烧。另一方面，如果在180°ATDC之后开始进行第2喷射，则在第2喷射中提供的燃料有可能无法燃烧。从这样的观点出发，第2时机Tb即第2喷射的开始时机可以在60°ATDC～180°ATDC的范围内。第2喷射的结束时机可以根据引燃燃料喷射器52的喷射能力来决定。

另外，第2喷射的喷射量比第1喷射的喷射量多。第2喷射的喷射量与第1喷射的喷射量之比大于1并且为15以下，优选为8以上并且12以下。当比为1以下时，排气温度的上升会不充分，无法获得迅速提高涡轮32的转速的效果。另一方面，当比为15以上时，排气温度过度上升，排气温度有可能超过部件的容许温度。

已知在发动机负载处于较低负载的范围内时，不容易发生爆震等异常燃烧，在发动机负载处于较高负载的范围内时，容易发生异常燃烧。因此，在使发动机负载从较低负载急剧上升时，优选将发动机输出的变化率设为两个阶段。

图6是示出响应于发动机负载的急剧上升，使发动机输出从较低输出的第1输出值Da经过第2输出值Db而上升到较高输出的第3输出值Dc时的目标发动机输出和引燃燃料喷射量的时序变化的图表。第2输出值Db是与不容易发生异常燃烧的较低负载的范围和容易发生异常燃烧的较高负载的边界值对应的发动机输出值。在该图中，用固定变化率输出线L0来表示响应于发动机负载的上升而使发动机输出以恒定的变化率上升的情况下的发动机输出的变化。这里，固定变化率输出线L0的输出变化率采用即使在高负载下也不会发生爆震的最大输出变化率。

在本发明的目标输出线L中，使发动机输出从第1输出值Da增加到第2输出值Db时的输出变化率比固定变化率输出线L0的输出变化率大(即，切线的斜率大)。另外，在目标输出线L中，使发动机输出从第2输出值Db增加到第3输出值Dc时的输出变化率比固定变化率输出线L0的输出变化率小(即，切线的斜率小)或者与其相同。其结果为，在目标输出线L的情况下，与固定变化率输出线L0相比，能够使输出快速上升到第3输出值Dc。

目标输出线L预先存储于控制装置7中。控制装置7在使发动机输出从第1输出值Da急剧上升到第3输出值Dc时，沿着目标输出线L，使从气体燃料供给阀51提供的气体燃料的供给量和在第1喷射中从引燃燃料喷射器52喷出的引燃燃料的喷射量变化。

控制装置7在使发动机输出从第1输出值Da增加到第2输出值Db时，按照使发动机输出沿着目标输出线L增加的方式使气体燃料的供给量增加，并且使引燃燃料的喷射量从喷射量Fa逐渐增加到喷射量Fb。另外，在通过现有的燃烧方法使发动机输出上升时，虽然使气体燃料的供给量增加，但引燃燃料的喷射量恒定为喷射量Fa。喷射量Fa和喷射量Fb根据燃气发动机1来设定，预先存储于控制装置7中。

控制装置7在使发动机输出从第2输出值Db增加到第3输出值Dc时，按照使发动机输出沿着目标输出线L增加的方式使气体燃料的供给量增加，并且使引燃燃料的喷射量维持在喷射量Fb。即，引燃燃料的喷射量维持在增加后的状态。当发动机输出达到第3输出值Dc时，控制装置7使引燃燃料的喷射量从喷射量Fb逐渐减少到喷射量Fa。

如上所述，在使发动机负载从较低负载急剧上升时，通过沿着目标输出线L使第1喷射中的引燃燃料的喷射量增加，相对于发动机输出的变化，燃烧室20内的空燃比在图7中的曲线Y上变化。具体而言，在发动机输出低的范围(即，发动机负载小的范围)内，空燃比降低至不发生爆震的范围，成为燃料充足的状态。在发动机输出高的范围(即，发动机负载大的范围)内，空燃比增加到不失火的范围。

像以上所说明的那样，本实施方式的带涡轮增压器的燃气发动机1是引燃点火方式的带涡轮增压器的燃气发动机，其特征在于，该带涡轮增压器的燃气发动机具有形成燃烧室20的气缸21和活塞22以及向燃烧室20内喷射液体燃料(引燃燃料)的喷射器52，通过活塞22在气缸21内往复运动而重复进行燃烧循环，该燃烧循环具有进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程，在该进气冲程中，将由空气和气体燃料构成的稀薄混合气向燃烧室20吸入，在该膨胀冲程中，对稀薄混合气进行压缩，在该膨胀冲程中，使通过稀薄混合气燃烧而产生的燃烧气体膨胀，在该排气冲程中，将燃烧气体从燃烧室排出。并且，喷射器52在压缩冲程中的第1时机Ta进行第1喷射，在通过由第1喷射产生的火焰的传播而使燃烧室20内的稀薄混合气燃烧的燃烧期间的后半，在膨胀冲程中的第2时机Tb，开始进行第2喷射。

同样地，本实施方式的带涡轮增压器的燃气发动机1的燃烧方法的特征在于，在压缩冲程中的第1时机Ta，进行向燃烧室20内喷射液体燃料的第1喷射，在通过由第1喷射产生的火焰的传播而使燃烧室20内的稀薄混合气燃烧的燃烧期间的后半，在膨胀冲程中的第2时机Tb，开始进行向燃烧室20内喷射液体燃料的第2喷射。

根据上述带涡轮增压器的燃气发动机1及其燃烧方法，在第2喷射中喷射出的引燃燃料(液体燃料)实质上未用于将活塞22下压的作功，而是通过燃烧使排气温度上升。由此，与不进行第2喷射的情况相比，向增压器3的涡轮32输送的燃烧气体的温度变高，能够对涡轮32提供更大的能量。其结果为，在从不进行第2喷射的运转切换为进行第2喷射的运转时，能够迅速地提高供气压，能够使气体燃料的供给量迅速地增加。这样的燃烧方法优选作为带涡轮增压器的燃气发动机1的负载急剧上升时的燃烧方法，能够提高燃气发动机1的负载响应性(即，实际输出相对于要求输出的跟随性)。

另外，在本实施方式的带涡轮增压器的燃气发动机1及其燃烧方法中，燃气发动机1是4冲程发动机，第2时机Tb处于60°ATDC～180°ATDC的范围内。

由此，不会妨碍燃烧室20内的稀薄混合气的正常燃烧，能够利用通过第2喷射追加的引燃燃料来提高从燃烧室20排出的燃烧气体的温度。

另外，在本实施方式的带涡轮增压器的燃气发动机1及其燃烧方法中，第2喷射的喷射量比第1喷射的喷射量多。

由此，不会阻碍燃烧室20内的稀薄混合气的正常燃烧，能够利用通过第2喷射追加的引燃燃料来提高从燃烧室20排出的燃烧气体的温度。

另外，在本实施方式的带涡轮增压器的燃气发动机1及其燃烧方法中，在使发动机输出从第1输出值Da经过第2输出值Db而上升到第3输出值Dc时，按照使从第1输出值Da到第2输出值Db的输出增加率比从第2输出值Db到第3输出值Dc的输出增加率大的方式使第1喷射中的液体燃料的喷射量变化。

即，引燃点火方式的带涡轮增压器的燃气发动机1具有形成燃烧室20的气缸21和活塞22以及向燃烧室20内喷射引燃燃料(液体燃料)的喷射器52，在使发动机输出从第1输出值Da经过第2输出值Db而上升到第3输出值Dc时，喷射器52在对被吸入到燃烧室20的稀薄混合气进行压缩的压缩冲程中进行主喷射，按照使从第1输出值Da到第2输出值Db的输出增加率比从第2输出值Db到第3输出值Dc的输出增加率大的方式使主喷射中的引燃燃料的喷射量变化。

这样，通过在较低的负载时使空燃比降低而成为燃料充足，由此能够避免异常燃烧并且使转速迅速增加。而且，通过在保持该转速增加的势头的状态下，在较高的负载时使稀薄混合气的空燃比降低，由此能够避免异常燃烧并且迅速提高发动机输出。由此，能够提高带涡轮增压器的燃气发动机1的负载响应性。

另外，本实施方式的带涡轮增压器的燃气发动机1还具有对向燃烧室20吸入的空气进行冷却的空气冷却器43。空气冷却器43具有：制冷剂流路44，其供制冷剂流动；旁通路46，其与制冷剂流路44连接，使制冷剂不与空气进行热交换地流向该制冷剂流路44的下游侧；以及流量调整装置45，其调整在制冷剂流路44中流动的制冷剂中的向旁通路46流入的制冷剂的流量，流量调整装置45在发动机负载上升时切断制冷剂从制冷剂流路44向旁通路的流动。

即，带涡轮增压器的燃气发动机1具有：发动机2，其使由气体燃料和空气构成的稀薄混合气燃烧以获得动力；增压器3，其具有通过供气管41而与发动机2连接的压缩机31和通过排气管42而与发动机2连接的涡轮32；气体燃料供给装置(气体燃料供给阀51和气体燃料供给阀驱动器50)，其向供气管41提供气体燃料；以及空气冷却器43，其对通过供气管41的空气进行冷却。空气冷却器43具有：制冷剂流路44，其供制冷剂流动；旁通路46，其与制冷剂流路44连接，使制冷剂不与空气进行热交换地流向该制冷剂流路44的下游侧；以及流量调整装置45，其调整在制冷剂流路44中流动的制冷剂中的向旁通路46流入的制冷剂的流量，流量调整装置45在发动机负载上升时切断制冷剂从制冷剂流路44向旁通路46的流动。

这样，在发动机负载上升时，利用空气冷却器43的全部冷却能力对向发动机2的供气进行冷却，由此能够抑制燃烧室20内的热负载，能够抑制发生爆震(异常燃烧)。

以上对本发明的优选的实施方式进行了说明，但在不脱离本发明的思想的范围内变更了上述实施方式的具体的构造和/或功能的细节的发明也能够包含于本发明中。

例如，上述实施方式的带涡轮增压器的燃气发动机的发动机2是4冲程发动机，但也可以是2冲程发动机。在2冲程发动机中，在活塞22的上升冲程中进行排气、进气以及压缩，在活塞22的下降冲程中进行燃烧和排气。

标号说明

1：带涡轮增压器的燃气发动机；2：发动机(发动机主体)；3：增压器；7：控制装置；7a：运算处理部；7b：存储部；20：燃烧室；21：气缸；22：活塞；23：进气阀；24：排气阀；31：压缩机；32：涡轮；41：供气管；42：排气管；43：空气冷却器；44：制冷剂流路；45：流量调整装置；46：旁通路；48：供气排放阀；49：排气旁通阀；50：气体燃料供给阀驱动器；51：气体燃料供给阀；52：引燃燃料喷射器；53：共轨；54：喷射器驱动器；61：供气压力传感器；62：缸内压力传感器；63：相位角检测器；65：供气温度传感器；66：转弯角传感器；67：船速计；73：舵角操作件；74：驾船操作件；83：推进翼；93：推进轴。

Claims (7)

1.一种燃气发动机的燃烧方法，该燃气发动机是引燃点火方式的带涡轮增压器的燃气发动机，该燃气发动机重复进行燃烧循环，该燃烧循环具有进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程，在该进气冲程中，将由气体燃料和空气构成的稀薄混合气向燃烧室吸入，在该压缩冲程中，对所述稀薄混合气进行压缩，在该膨胀冲程中，使通过所述稀薄混合气燃烧而产生的燃烧气体膨胀，在该排气冲程中，将所述燃烧气体从所述燃烧室排出，其中，

在所述压缩冲程中的第1时机，进行向所述燃烧室内喷射液体燃料的第1喷射，

在通过由所述第1喷射产生的火焰的传播而使所述燃烧室内的所述稀薄混合气燃烧的燃烧期间的后半，在所述膨胀冲程中的第2时机，开始进行向所述燃烧室内喷射所述液体燃料的第2喷射，

所述第2喷射的喷射量比所述第1喷射的喷射量多，所述第2喷射的喷射量与所述第1喷射的喷射量之比大于1并且为15以下。

2.根据权利要求1所述的燃气发动机的燃烧方法，其中，

所述燃气发动机是4冲程发动机，所述第2时机处于60°ATDC～180°ATDC的范围内。

3.根据权利要求1或2所述的燃气发动机的燃烧方法，其中，

在使发动机输出从第1输出值经过第2输出值而上升到第3输出值时，按照使从所述第1输出值到所述第2输出值的输出增加率比从所述第2输出值到所述第3输出值的输出增加率大的方式使所述第1喷射中的所述液体燃料的喷射量变化。

4.一种带涡轮增压器的燃气发动机，其是引燃点火方式的带涡轮增压器的燃气发动机，具有形成燃烧室的气缸和活塞以及向所述燃烧室内喷射液体燃料的喷射器，通过所述活塞在所述气缸内往复运动而重复进行燃烧循环，该燃烧循环具有进气冲程、压缩冲程、膨胀冲程以及排气冲程，在该进气冲程中，将由空气和气体燃料构成的稀薄混合气向所述燃烧室吸入，在该压缩冲程中，对所述稀薄混合气进行压缩，在该膨胀冲程中，使通过所述稀薄混合气燃烧而产生的燃烧气体膨胀，在该排气冲程中，将所述燃烧气体从所述燃烧室排出，其中，

所述喷射器在所述压缩冲程中的第1时机进行第1喷射，在通过由所述第1喷射产生的火焰的传播而使所述燃烧室内的所述稀薄混合气燃烧的燃烧期间的后半，在所述膨胀冲程中的第2时机开始进行第2喷射，

所述第2喷射的喷射量比所述第1喷射的喷射量多，所述第2喷射的喷射量与所述第1喷射的喷射量之比大于1并且为15以下。

5.根据权利要求4所述的带涡轮增压器的燃气发动机，其中，

所述带涡轮增压器的燃气发动机是4冲程发动机，所述第2时机处于60°ATDC～180°ATDC的范围内。

6.根据权利要求4或5所述的带涡轮增压器的燃气发动机，其中，

在使发动机输出从第1输出值经过第2输出值而上升到第3输出值时，所述喷射器按照使从所述第1输出值到所述第2输出值的输出增加率比从所述第2输出值到所述第3输出值的输出增加率大的方式使所述第1喷射中的所述液体燃料的喷射量变化。

7.根据权利要求4或5所述的带涡轮增压器的燃气发动机，其中，

所述带涡轮增压器的燃气发动机还具有空气冷却器，该空气冷却器对向所述燃烧室吸入的所述空气进行冷却，

所述空气冷却器具有：

制冷剂流路，其供制冷剂流动；

旁通路，其与所述制冷剂流路连接，使所述制冷剂不与所述空气进行热交换地流向该制冷剂流路的下游侧；以及

流量调整装置，其调整在所述制冷剂流路中流动的所述制冷剂中的向所述旁通路流入的所述制冷剂的流量，

所述流量调整装置在发动机负载上升时切断所述制冷剂从所述制冷剂流路向所述旁通路的流动。