JP2003097357A - Gas engine, and control method thereof - Google Patents

Gas engine, and control method thereof

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JP2003097357A
JP2003097357A JP2001286490A JP2001286490A JP2003097357A JP 2003097357 A JP2003097357 A JP 2003097357A JP 2001286490 A JP2001286490 A JP 2001286490A JP 2001286490 A JP2001286490 A JP 2001286490A JP 2003097357 A JP2003097357 A JP 2003097357A
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gas
intake
fuel
degrees
valve
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JP2001286490A
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Japanese (ja)
Inventor
Kazuhisa Okamoto
本 和 久 岡
Tomohito Morimoto
本 智 史 森
Makoto Akaike
池 真 赤
Teruhiro Sakurai
井 輝 浩 桜
Toru Nakazono
園 徹 中
Toru Takemoto
本 徹 武
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tokyo Gas Co Ltd
Yanmar Co Ltd
Original Assignee
Tokyo Gas Co Ltd
Yanmar Co Ltd
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas engine and a control method thereof in which any blow-by of a fuel gas during the scavenging operation is prevented, the intake efficiency is improved, and generation of the knocking is suppressed. SOLUTION: In a gas engine (1), a fuel injection device (7) is provided in an intake system (1S), the fuel injection device (7) ejects the fuel gas at the timing of introducing the pre-mixture of the fuel gas and air into a cylinder (10) after the burnt gas remaining in the cylinder (10) is scavenged, and an exhaust valve (9) is closed. A mechanism for adjusting the opening/closing timing of intake and exhaust valves (8 and 9) is set so that the overlap of opening the intake valve (8) is relatively large (the crank angle of 60-110 deg.) when the exhaust valve (9) is opened.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスエンジンとそ
の制御方法の改良に関する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to an improvement in a gas engine and a control method thereof.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来のガスエンジンは、例えば図28で
示す様に、燃料ガスGaと吸入空気Aiとを混合攪拌す
るミキサ3で得られた予混合気Gmを排気ターボ15の
コンプレッサ16で圧縮し、高圧高温となった予混合気
Gmをインタークーラ4で冷却し、その冷却された混合
気Gmをスロットル弁6によって流量調整して燃焼室1
0に導き、ピストン12によって吸気、圧縮、燃焼・膨
張、排気の4行程を行い、排気ガスEgを排気タービン
17を介して排気するようになっている。
2. Description of the Related Art In a conventional gas engine, for example, as shown in FIG. 28, a premixture Gm obtained by a mixer 3 for mixing and agitating fuel gas Ga and intake air Ai is compressed by a compressor 16 of an exhaust turbo 15. Then, the premixed air-fuel mixture Gm having a high pressure and high temperature is cooled by the intercooler 4, and the flow rate of the cooled air-fuel mixture Gm is adjusted by the throttle valve 6.
The piston 12 performs four strokes of intake, compression, combustion / expansion, and exhaust, and exhaust gas Eg is exhausted through the exhaust turbine 17.

【0003】図29〜図32は、この行程を示す公知の
オットーサイクルであって、吸気中は吸気弁8Aが開弁
状態、排気弁9Aが閉弁状態となっており(図29)、
圧縮(図30)及び燃焼・膨張(図31)中は吸、排気
弁8A、9Aとも閉弁状態で、排気中は吸気弁8Aが閉
弁、排気弁9Aが開弁状態である。即ち、吸気弁8Aと
排気弁9Aとが、同時に開弁の状態にあることはない。
図中の符号12Aは上死点におけるピストンを、12A
bは下死点におけるピストンをそれぞれ示している。
29 to 32 show a known Otto cycle showing this process, in which the intake valve 8A is open and the exhaust valve 9A is closed during intake (FIG. 29).
Both intake and exhaust valves 8A and 9A are closed during compression (FIG. 30) and combustion / expansion (FIG. 31), and intake valve 8A is closed and exhaust valve 9A is open during exhaust. That is, the intake valve 8A and the exhaust valve 9A are not open at the same time.
Reference numeral 12A in the figure indicates the piston at the top dead center,
b shows the pistons at the bottom dead center.

【0004】この典型的な弁開閉タイミングでは、燃焼
室10の上部に残留する残留ガスが排出されないので、
実際のエンジンでは、混合気Gmの燃焼室10への吸気
〜排気の行程において、吸気弁8Aと排気弁9Aが同時
に開弁、開放するいわゆるオーバーラップ期間を設けて
いる。そして、ピストン上死点における燃焼室10に残
留する燃焼ガスを掃気排出させているが、そのオーバー
ラップ期間は、掃気に要する最小期間が好ましい。
At this typical valve opening / closing timing, since the residual gas remaining in the upper part of the combustion chamber 10 is not discharged,
In an actual engine, a so-called overlap period in which the intake valve 8A and the exhaust valve 9A are simultaneously opened and opened is provided in the process of intake to exhaust of the air-fuel mixture Gm into the combustion chamber 10. Then, the combustion gas remaining in the combustion chamber 10 at the piston top dead center is scavenged and discharged, and the overlap period is preferably the minimum period required for scavenging.

【0005】特に、混合気Gmで残留燃焼ガスを掃気さ
せる従来の予混合気ガスエンジンでは、掃気に予混合気
を使用するのでオーバーラップ期間に比例して、予混合
気Gm中に含まれる燃料ガスGaが仕事をすることな
く、そのまま排気ガスEgとともに排出されてしまうと
いう「吹き抜け」(図28の矢印B)の問題がある。図
44に、オーバーラップ角が56度の弁開閉作動状態を
極座標で例示されている。
Particularly, in a conventional premixed gas engine for scavenging the residual combustion gas with the mixed gas Gm, since the premixed gas is used for the scavenging, the fuel contained in the premixed gas Gm is proportional to the overlap period. There is a problem of “blowing” (arrow B in FIG. 28) in which the gas Ga is discharged as it is together with the exhaust gas Eg without performing work. FIG. 44 illustrates the valve opening / closing operation state in which the overlap angle is 56 degrees in polar coordinates.

【0006】また、残留ガスの掃気排出が不充分な場合
は、吸気する新規予混合気Gmの温度を上昇させるた
め、吸気効率の低下を招いたり、ノックを発生し易くす
るという重大な問題がある。
Further, when the scavenging and exhausting of the residual gas is insufficient, the temperature of the new premixed gas Gm to be taken in is raised, so that there is a serious problem that the intake efficiency is lowered and knocking is likely to occur. is there.

【0007】図33〜図42は、熱効率の低下とエンジ
ンの損傷をもたらすノックを避けるために効果のあるい
わゆるミラーサイクルを示している。図33〜図37
は、いわゆる「遅閉じミラーサイクル」を示している。
吸気中は吸気弁8Aが開弁状態で、排気弁9Aが閉弁状
態となっており(図33)、圧縮行程に入ってから吸気
弁8Aを閉じ(図34)、低圧縮比で圧縮(図35)
し、下死点まで燃焼燃焼・膨張(図36)し、排気(図
37)する。この吸気弁8Aの「遅閉じ」によって実質
有効な圧縮比を低減させ圧縮端の温度・圧 力の上昇を抑
制している。
33 to 42 show a so-called Miller cycle which is effective in avoiding knocks which lead to a reduction in thermal efficiency and damage to the engine. 33 to 37
Indicates a so-called “late closing mirror cycle”.
During intake, the intake valve 8A is in the open state and the exhaust valve 9A is in the closed state (FIG. 33). After the compression stroke, the intake valve 8A is closed (FIG. 34) and compressed at a low compression ratio ( (Fig. 35)
Then, it is burned and expanded to the bottom dead center (FIG. 36), and is exhausted (FIG. 37). By this "late closing" of the intake valve 8A, the effective compression ratio is reduced and the rise in temperature and pressure at the compression end is suppressed.

【0008】図38〜図42は、いわゆる「早閉じミラ
ーサイクル」を示している。吸気中の上死点前のピスト
ン12Acの位置で吸気弁8Aが閉弁され(図38)、
ピストン12Acは下死点まで往復して無効膨張、無効
圧縮し(図39)、ついで有効圧縮し(図40)、全ス
トローク膨張し(図41)、排気(図42)する。この
吸気弁8Aの「早閉じ」によって実質有効な圧縮比を低
減させ圧縮端の温度・圧力の上昇を抑制している。
38 to 42 show a so-called "early closing mirror cycle". The intake valve 8A is closed at the position of the piston 12Ac before the top dead center during intake (FIG. 38),
The piston 12Ac reciprocates to the bottom dead center for ineffective expansion and ineffective compression (FIG. 39), then effective compression (FIG. 40), full stroke expansion (FIG. 41), and exhaust (FIG. 42). This "early closing" of the intake valve 8A reduces the effective compression ratio and suppresses the rise in temperature and pressure at the compression end.

【0009】図43に、吸気弁の開閉特性を示す弁揚程
線図の例を示している。縦軸に弁揚程を、横軸にクラン
ク角をとって、「早閉じ」を線RCで「遅閉じ」を線L
Cで表している。この揚程と開弁期間(クランク角期
間)から、例えば「早閉じ」では揚程が低く、開弁期間
が短いことがわかる。
FIG. 43 shows an example of a valve lift diagram showing the opening / closing characteristics of the intake valve. The vertical axis is the valve lift and the horizontal axis is the crank angle, and "early closing" is the line RC and "late closing" is the line L.
It is represented by C. From this lift and the valve opening period (crank angle period), it can be seen that the lift is low and the valve opening period is short in "early closing", for example.

【0010】ミラーサイクルにおける「遅閉じ」と「早
閉じ」の選択は、エンジンの構造と出力特性によって決
定される得失で取捨がされるが、「早閉じ」方式は吸気
弁8Aを早期に閉じるので吸気弁8Aの着座時衝撃力が
大きい、弁揚程が大きく取れないので流路面積が小さく
なる、等の欠点がある反面、燃焼室10に入った予混合
気Gmの吸気管への”吹き戻し”がない。これに対し
て、「遅閉じ」方式は、吸気弁8Aをゆっくり閉じるの
で、着座衝撃力を抑制した大きな弁揚程がとれ、流路面
積を大きくできて吸気抵抗の少ない構造にすることが可
能である反面、「遅閉じ」による吸入予混合気Gmの吸
気管への”吹戻し”が避けられない。
The selection of "late closing" and "early closing" in the Miller cycle is neglected depending on the structure and output characteristics of the engine, but the "early closing" method closes the intake valve 8A early. Therefore, the seating impact force of the intake valve 8A is large, and the valve lift is not large enough to reduce the flow passage area, but on the other hand, the premixed gas Gm entering the combustion chamber 10 is blown to the intake pipe. There is no return. On the other hand, in the “late closing” method, since the intake valve 8A is slowly closed, a large valve lift can be obtained while suppressing the seating impact force, the flow passage area can be increased, and the intake resistance can be reduced. On the other hand, "blowing back" of the intake premixed gas Gm to the intake pipe due to "late closing" cannot be avoided.

【0011】上述したように、従来の遅閉じミラーサイ
クルタイプのガスエンジンにおいては、一度シリンダに
吸入された燃料ガスと空気は吸気管に吹き戻され、その
場に滞留する。これらは次のサイクルの吸気行程初期に
再度シリンダ内に流入する。そのため、図28の矢印B
で示す様な燃料ガスの「吹き抜け」の問題が大きい。こ
の問題に対処するべく、図44で示すように、バルブオ
ーバーラップ角度は、例えばOL=56°程度の比較的
小さい数値がとられることが多い。
As described above, in the conventional late-closing Miller cycle type gas engine, the fuel gas and air once sucked into the cylinder are blown back into the intake pipe and stay there. These flow into the cylinder again at the beginning of the intake stroke of the next cycle. Therefore, the arrow B in FIG.
The problem of "blowing through" of fuel gas is large as shown in. In order to deal with this problem, as shown in FIG. 44, the valve overlap angle is often set to a relatively small numerical value such as OL = 56 °.

【0012】しかしながら、オーバーラップを小さくす
ると、燃焼排ガスの残留分を十分に排出する事が出来な
いで、新規混合気に対する残留ガス(上死点時に、シリ
ンダ内に残留するガス)の割合である「残留ガス割合」
が増加する。残留ガスは高温であり、新規混合気に対す
る残留ガスの割合が多いと、吸入新規混合気全体の温度
が昇温し、吸気効率の低下、ノッキングの発生を惹起す
るという問題がでる。
However, if the overlap is made small, the residual portion of the combustion exhaust gas cannot be sufficiently discharged, and it is the ratio of the residual gas (gas remaining in the cylinder at the top dead center) to the new air-fuel mixture. "Ratio of residual gas"
Will increase. The residual gas is at a high temperature, and if the ratio of the residual gas to the new air-fuel mixture is large, the temperature of the whole intake air-fuel mixture rises, causing a problem that the intake efficiency is lowered and knocking occurs.

【0013】[0013]

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、掃気時に
燃料ガスの吹き抜けを防止して、吸気効率を向上し、ノ
ッキングの発生を抑制出来る様なガスエンジン及び制御
方法の提供を目的としている。
SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been proposed in view of the above-mentioned problems of the prior art, and prevents the fuel gas from passing through during scavenging to improve the intake efficiency and prevent knocking. The purpose is to provide a gas engine and a control method that can be suppressed.

【0014】[0014]

【課題を解決するための手段】発明者は種々研究の結
果、空気と燃料ガスとを混合するミキサに代えて、吸気
系統からは空気のみを供給し、燃料ガスは燃料噴射手段
により噴射されるタイプのガスエンジンであれば、燃料
ガス噴射のタイミングを適宜制御することにより、残留
ガスをシリンダ内から排出(掃気)する際にシリンダ内
に空気のみを流入させれば、混合気の吹き抜けが防止で
きることに着目した。
As a result of various studies, the inventor has supplied only air from an intake system instead of a mixer for mixing air and fuel gas, and the fuel gas is injected by a fuel injection means. In the case of a gas engine of the type, by appropriately controlling the timing of fuel gas injection, it is possible to prevent blowout of the air-fuel mixture by allowing only air to flow into the cylinder when discharging (scavenging) residual gas from the cylinder. Focused on what can be done.

【0015】本発明のガスエンジンは係る知見に基づい
て創作されたものであり、吸気系に燃料噴射装置を設
け、該燃料噴射装置は、シリンダ内に残留した燃焼後の
ガスが掃気されて排気バルブが閉鎖してから燃料ガスと
空気との予混合気がシリンダ内に導入されるタイミング
で燃料ガスを噴射する様に構成されており、吸排気バル
ブの開閉タイミングを調整する機構は、排気バルブが開
放している際に吸気バルブが開放するバルブオーバーラ
ップがクランク角度60度〜110度(好ましくは10
0度:比較的大きい角度)となる様に設定されている
(請求項1)。
The gas engine of the present invention was created on the basis of such findings, and a fuel injection device is provided in the intake system, and the fuel injection device scavenges the gas remaining after combustion in the cylinder and exhausts it. It is configured to inject fuel gas at the timing when a premixture of fuel gas and air is introduced into the cylinder after the valve is closed.The mechanism that adjusts the opening and closing timing of the intake and exhaust valves is the exhaust valve. When the intake valve is open, the valve overlap that opens the intake valve is 60 to 110 degrees (preferably 10 degrees).
0 degree: a relatively large angle) is set (claim 1).

【0016】本発明の実施に際して、ガスエンジンは早
閉じ方式のミラーサイクルであるのが好ましい(請求項
2)。また、前記燃料噴射装置は、吸気弁開放開始時点
から上死点までの範囲内で燃料ガスの噴射を開始する様
に構成されているのが好ましい(請求項3)。より詳細
には、上死点(TDC)よりも20度〜40度前の範囲
の何れかで燃料ガスを噴射するのが好適である。
In carrying out the present invention, the gas engine is preferably a Miller cycle of an early closing system (claim 2). Further, it is preferable that the fuel injection device is configured to start the injection of the fuel gas within a range from the start time of the intake valve opening to the top dead center (claim 3). More specifically, it is preferable to inject the fuel gas in any of the ranges of 20 to 40 degrees before the top dead center (TDC).

【0017】係る構成を具備する本発明のガスエンジン
を制御する方法は、燃料噴射装置の燃料噴射タイミング
は、シリンダ内に残留した燃焼後のガスを掃気する際に
は空気のみがシリンダ内に導入され、且つ、燃焼後のガ
スが掃気されて排気バルブが閉鎖してから燃料ガス若し
くは燃料ガスと空気との予混合気がシリンダ内に導入さ
れるタイミングで燃料ガスを噴射する様に設定したこと
を特徴としている(請求項4)。
According to the method for controlling a gas engine of the present invention having the above-mentioned structure, in the fuel injection timing of the fuel injection device, only air is introduced into the cylinder when the gas remaining after combustion in the cylinder is scavenged. And the fuel gas is injected at the timing when the fuel gas or a premixture of fuel gas and air is introduced into the cylinder after the gas after combustion is scavenged and the exhaust valve is closed. (Claim 4).

【0018】ここで、燃料噴射装置から燃料ガスの噴射
が開始されるのは、吸気弁開放開始時点から上死点まで
の範囲内であるのが好ましい(請求項5)。より詳細に
は、上死点(TDC)よりも20度〜40度の範囲の何
れかで燃料ガスの噴射を開始し,その噴射期間は30〜
100度(好ましくは50度程度)とするのが好適であ
る。
Here, it is preferable that the injection of the fuel gas from the fuel injection device is started within the range from the intake valve opening start time to the top dead center (claim 5). More specifically, fuel gas injection is started in any of the ranges of 20 to 40 degrees from the top dead center (TDC), and the injection period is 30 to 30 degrees.
It is suitable to set it to 100 degrees (preferably about 50 degrees).

【0019】係る構成を具備する本発明によれば、空気
と燃料ガスとを混合するミキサに代えて、吸気系統から
は空気のみを供給し、燃料ガスは燃料噴射手段により噴
射される。そして、燃料噴射手段からの燃料ガス噴射タ
イミングは、シリンダ内に残留した燃焼後のガスが掃気
されて排気バルブが閉鎖してから燃料ガスと空気との予
混合気がシリンダ内に導入されるタイミングとなる様に
構成されているので、残留ガスの掃気に際しては燃料噴
射手段からは燃料ガスは噴射されず、空気のみがシリン
ダ内に流入する。そのため、残留ガスをシリンダ内から
掃気する際に、吸気バルブから排気バルブに吹き抜けて
しまうのは空気だけであり、燃料ガスが吹き抜けてしま
うことが完全に防止される。
According to the present invention having such a configuration, only air is supplied from the intake system instead of the mixer for mixing air and fuel gas, and the fuel gas is injected by the fuel injection means. The fuel gas injection timing from the fuel injection means is the timing at which the pre-mixture of the fuel gas and air is introduced into the cylinder after the combustion gas remaining in the cylinder is scavenged and the exhaust valve is closed. Therefore, when scavenging the residual gas, the fuel gas is not injected from the fuel injection means, and only the air flows into the cylinder. Therefore, when scavenging the residual gas from the inside of the cylinder, only the air is blown from the intake valve to the exhaust valve, and the blowout of the fuel gas is completely prevented.

【0020】燃料ガスの吹き抜けが防止できる結果、バ
ルブオーバーラップを大きく(クランク角度で60度〜
110度:例えば100度)設定する事が出来る。その
結果、高温の残留ガスがシリンダ内に残存しなくなるた
め、新規混合気の温度を降温する事が出来る。そして、
新規混合気温度が低下することに基づいて、吸気効率が
向上して、ノッキングが抑制され、ポンプ損失が低下す
るので、運転効率も向上する。
As a result of preventing the blow-through of the fuel gas, the valve overlap becomes large (crank angle of 60 degrees to
110 degrees: 100 degrees, for example) can be set. As a result, the high-temperature residual gas does not remain in the cylinder, so that the temperature of the new air-fuel mixture can be lowered. And
The intake efficiency is improved, knocking is suppressed, and the pump loss is decreased based on the decrease in the temperature of the new air-fuel mixture, so that the operation efficiency is also improved.

【0021】本発明のガスエンジンは、燃焼サイクルが
早閉じミラーサイクルとなるように構成されている。遅
閉じタイプのミラーサイクルを採用した場合には、吹き
戻しにより残留ガスの掃気に空気と燃料ガスとの混合気
が用いられて、掃気に空気のみを使用するというメリッ
トが生かされないからである。
The gas engine of the present invention is constructed so that the combustion cycle is a premature closing Miller cycle. This is because when the late-closing type mirror cycle is adopted, a mixture of air and fuel gas is used for scavenging residual gas by blowback, and the advantage of using only air for scavenging is not utilized.

【0022】なお、燃料噴射手段については、特に限定
すること無く、任意、公知のガス噴射装置でよい。燃料
噴射手段から燃料ガスを噴射開始する時期は、吸気弁開
放開始時点から上死点(TDC)の何れかであれば良
い。
The fuel injection means is not particularly limited, and any known gas injection device may be used. The timing for starting the fuel gas injection from the fuel injection means may be any one of the top dead center (TDC) from the intake valve opening start time.

【0023】[0023]

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施形態を説明する。図1において、本発明のガス
エンジン1は、エンジン燃焼室10に燃料Gaと燃焼用
空気Aiを供給する吸気系1Sと、吸気系1Sから供給
された燃料Gaと空気Aiを吸入、燃焼、排出させる燃
焼系1Nと、燃焼系1Nに通じて排気ガスEgを外部に
排出させる排気系1E、とで構成されている。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described below with reference to the accompanying drawings. In FIG. 1, a gas engine 1 of the present invention includes an intake system 1S for supplying fuel Ga and combustion air Ai to an engine combustion chamber 10, and intake, combustion, and exhaust of fuel Ga and air Ai supplied from the intake system 1S. It is composed of a combustion system 1N for causing the exhaust gas Eg to be discharged to the outside through the combustion system 1N.

【0024】吸気系1Sは、吸入空気Aiを吸入する第
1の吸気管2と、その吸入空気Aiをエンジン燃焼室1
0に過給する排気ターボ15のコンプレッサ16と、コ
ンプレッサ16で圧縮昇温された吸入空気Aiを冷却す
るインタークーラ4と、インタークーラ4に連通する第
2の吸気管2Aと、第2の空気管2Aに装着されて燃料
ガスGaを第2の吸気管2A内に噴射供給する燃料噴射
装置7、とで構成されている。
The intake system 1S includes a first intake pipe 2 for intake air Ai and the intake air Ai for the engine combustion chamber 1.
The compressor 16 of the exhaust turbo 15 that is supercharged to 0, the intercooler 4 that cools the intake air Ai that is compressed and heated by the compressor 16, the second intake pipe 2A that communicates with the intercooler 4, and the second air The fuel injection device 7 is attached to the pipe 2A and injects the fuel gas Ga into the second intake pipe 2A.

【0025】燃焼系1Nは、シリンダ14の上部に設け
られて吸気系1Sから供給された燃料Ga及び空気Ai
を燃焼させる燃焼室10と、燃焼室10を形成するシリ
ンダ14と、ピストン12と、ピストン12に連通する
クランク軸12Aと、燃焼室10に燃料Ga、空気Ai
を導入させる吸気バルブである図示の吸気弁8と、燃焼
後の排気ガスEgを排気バルブ系1Eに排出させる排気
バルブである図示の排気弁9、とで構成されている。
The combustion system 1N is provided above the cylinder 14 and supplied with fuel Ga and air Ai from the intake system 1S.
A combustion chamber 10 for combusting the fuel, a cylinder 14 forming the combustion chamber 10, a piston 12, a crankshaft 12A communicating with the piston 12, fuel Ga, air Ai in the combustion chamber 10.
The intake valve 8 is an intake valve for introducing the exhaust gas, and the exhaust valve 9 is an exhaust valve for exhausting the exhaust gas Eg after combustion to the exhaust valve system 1E.

【0026】排気系1Eは、排気ガスEgを排気ターボ
15に導く第1の排気管13と、排気ターボ15のター
ビン17と、タービン17に連通する第2の排気管13
A、とで構成されている。
The exhaust system 1E includes a first exhaust pipe 13 that guides the exhaust gas Eg to the exhaust turbo 15, a turbine 17 of the exhaust turbo 15, and a second exhaust pipe 13 that communicates with the turbine 17.
It is composed of A and.

【0027】燃料噴射装置7は、シリンダ14内の燃焼
室10に残留した燃焼後の排気ガスEgが燃焼室10外
に掃気され、排気弁9が閉鎖してから、燃料ガスGaと
空気Aiの予混合気Gnが燃焼室10に導入されるタイ
ミングで、燃料ガスGaを噴射供給するように構成され
ている。
In the fuel injection device 7, after the combustion exhaust gas Eg remaining in the combustion chamber 10 in the cylinder 14 is scavenged to the outside of the combustion chamber 10 and the exhaust valve 9 is closed, the fuel gas Ga and the air Ai are discharged. It is configured to inject and supply the fuel gas Ga at the timing when the premixed gas Gn is introduced into the combustion chamber 10.

【0028】そして、本実施形態においては、噴射タイ
ミングは、吸気弁8が開弁して開放を開始する時期から
上死点までの範囲で、さらに詳細には上死点(TDC)
よりも20〜40度前の範囲で燃料噴射が開始されるよ
うに制御を構成されている。
In this embodiment, the injection timing is in the range from the time when the intake valve 8 opens and starts opening to the top dead center, more specifically, the top dead center (TDC).
The control is configured so that the fuel injection is started in the range of 20 to 40 degrees before.

【0029】図2〜図5は、燃料噴射装置7の装着位
置、燃料ガスGaを噴射するタイミング、未燃ガス量比
等を、吸気弁早閉じ=上死点(360度)前(bTD
C)20度、吸気弁・排気弁の開弁オーバーラップ=1
00度の条件におけるデータを示したものである。
2 to 5 show the mounting position of the fuel injection device 7, the timing of injecting the fuel gas Ga, the unburned gas amount ratio, etc. before the intake valve closes early = top dead center (360 degrees) (bTD).
C) 20 degrees, intake valve / exhaust valve opening overlap = 1
The data is shown under the condition of 00 degrees.

【0030】図2では、未燃ガスGaの計測位置を示
し、図3〜図5はクランク角にたいする未燃ガス量比を
示している。図2において、第2の吸気管2Aに燃料噴
射装置7が装着され、噴孔7a近傍に未燃ガスGaの計
測位置P7が、吸気弁8の吸気ポート2Ap側に未燃ガ
スGaの計測位置P8が、排気弁9の排気ポート12p
側に未燃ガスGaの計測位置P9が、それぞれ設けられ
ている。
FIG. 2 shows the measurement position of the unburned gas Ga, and FIGS. 3 to 5 show the unburned gas amount ratio with respect to the crank angle. In FIG. 2, the fuel injection device 7 is attached to the second intake pipe 2A, the measurement position P7 of the unburned gas Ga is near the injection hole 7a, and the measurement position of the unburned gas Ga is on the intake port 2Ap side of the intake valve 8. P8 is the exhaust port 12p of the exhaust valve 9
The measurement position P9 of the unburned gas Ga is provided on each side.

【0031】図3は、燃料ガスの噴射タイミングが上死
点前30度となっている場合の点P7における未燃ガス
量比を示した図で、横軸にクランク角(度)、縦軸に未
燃ガス量比をとったものである。曲線Q1は、未燃ガス
量比が上死点前30度で立ち上がり、上死点で最大値を
とり、上死点後40度でゼロとなることを示している。
FIG. 3 shows the unburned gas amount ratio at point P7 when the fuel gas injection timing is 30 degrees before top dead center. The horizontal axis represents the crank angle (degrees) and the vertical axis represents the vertical axis. It is the unburned gas amount ratio. The curve Q1 shows that the unburned gas amount ratio rises at 30 degrees before top dead center, reaches a maximum value at top dead center, and becomes zero at 40 degrees after top dead center.

【0032】図4は、計測位置P8における未燃ガス量
比を示したもので、曲線Q2は排気弁が閉じられる上視
点後60度までは燃料ガス量はゼロであり、上死点後の
吸気行程途中から立ちあがっていることを示している。
吸気行程終了前に再びゼロとなり、全燃料が吸入されて
いることを示している。
FIG. 4 shows the unburned gas amount ratio at the measurement position P8. The curve Q2 shows that the fuel gas amount is zero up to 60 degrees after the exhaust valve is closed and after the top dead center. It shows that it is standing up from the middle of the intake stroke.
It becomes zero again before the end of the intake stroke, indicating that all fuel is being sucked.

【0033】図5は、計測位置P9における未燃ガス量
比を示したもので、曲線Q3はクランク全角で未燃ガス
がない、即ち吹き抜けの未燃ガスがないことを示してい
る。
FIG. 5 shows the unburned gas amount ratio at the measurement position P9, and the curve Q3 shows that there is no unburned gas in the full angle of the crank, that is, there is no blown by unburned gas.

【0034】図6、図7は、燃料噴射時期と熱効率、排
気ガス中への燃料吹き抜け量との関係を示している。正
味平均有効圧力(BMEP)1.50MPa、燃料噴射
期間50度等の条件下における計測値である。
6 and 7 show the relationship between the fuel injection timing, the thermal efficiency, and the amount of fuel blown into the exhaust gas. It is a measured value under conditions such as a net mean effective pressure (BMEP) of 1.50 MPa and a fuel injection period of 50 degrees.

【0035】図6は、横軸に燃料噴射開始時期(上死点
前)(度)を、縦軸に熱効率%をとって、熱効率の変化
を曲線E1で示している。曲線E1では、噴射開始時期
が上死点前40度〜20度の効率に対して、噴射開始時
期が上死点前20度〜0度では効率低下が大きくなって
いることを示している。
In FIG. 6, the horizontal axis represents the fuel injection start timing (before top dead center) (degrees), and the vertical axis represents the thermal efficiency%. The curve E1 shows that the efficiency decreases significantly when the injection start timing is 20 degrees to 0 degrees before the top dead center with respect to the efficiency when the injection start timing is 40 degrees to 20 degrees before the top dead center.

【0036】図7は、縦軸に全HC(THC)濃度pp
mをとったもので、曲線P2は噴射開始時期が上死点前
20度〜0度では、それ以前よりきわめて悪化している
ことを示している。
In FIG. 7, the vertical axis represents the total HC (THC) concentration pp.
The curve P2 shows that when the injection start timing is 20 degrees to 0 degrees before the top dead center, the curve P2 is much worse than before.

【0037】上記、図6、図7の結果から、燃料噴射時
期は上死点前の20〜40度が好ましい。
From the results shown in FIGS. 6 and 7, the fuel injection timing is preferably 20 to 40 degrees before the top dead center.

【0038】吸気弁8と排気弁9は、弁の開閉タイミン
グを調整する図示のない機構、例えばカム軸等によっ
て、排気弁9が開弁して開放状態にあるときに吸気弁9
が開弁して開放状態となるいわゆる開弁オーバーラップ
期間がクランク角度で60度〜110度以上の期間とな
るように構成されている。なお、オーバーラップ角期間
は、ガスエンジンの構造、必要性能特性に応じて決定す
ることが好ましい。
The intake valve 8 and the exhaust valve 9 are provided when the exhaust valve 9 is opened and opened by a mechanism (not shown) for adjusting the opening / closing timing of the valve, such as a cam shaft.
Is opened to be in an open state, that is, a so-called valve opening overlap period is a period of 60 degrees to 110 degrees or more in crank angle. The overlap angle period is preferably determined according to the structure of the gas engine and the required performance characteristics.

【0039】図8は、吸気弁8と排気弁9の開閉作動状
態を極座標で示している。符号V8で示すハッチングし
た欠外環は排気弁9の作動図で、下死点前51度で開弁
をはじめ上死点後41度で閉弁する272度の開弁角度
期間を有している。符号V9で示すハッチングした欠内
環は吸気弁8の作動図で、上死点前50度で開弁をはじ
め下死点後40度で閉弁する270度の開弁角度期間を
有している。図から両弁8、9がオーバーラップして開
弁する期間は、上、下死点とも91度となっている。
FIG. 8 shows the opening / closing operation state of the intake valve 8 and the exhaust valve 9 in polar coordinates. A hatched missing outer ring indicated by reference sign V8 is an operation diagram of the exhaust valve 9 and has a valve opening angle period of 272 degrees that starts opening 51 degrees before bottom dead center and closes 41 degrees after top dead center. There is. The hatched inner missing ring indicated by reference sign V9 is an operation diagram of the intake valve 8 and has an opening angle period of 270 degrees that starts opening at 50 degrees before top dead center and closes at 40 degrees after bottom dead center. There is. From the figure, the period during which both valves 8 and 9 overlap and open is 91 degrees both at the top and bottom dead centers.

【0040】図8のオーバーラップ角91度は、図44
の従来技術で説明したオーバーラップ角56度に比較す
ると2倍弱の増加となっている。このオーバーラップ角
の作用効果を示すシミュレーションデータが図9及び図
10である。図9は、オーバーラップ角(度)を横軸の
変数とし、縦軸に燃焼室10内に残る残留ガスの割合
(%)と燃焼室10内に入った新規混合気の最高温度
(K)をとったもので、残留ガス割合を示す実線Gzは
オーバーラップ角0〜約60度まで良化傾向にあるとは
いえ、高い残留ガス割合となっており、60度〜160
度では緩やかな良化傾向で低い残留ガス割合となってい
る。
The overlap angle of 91 degrees in FIG. 8 is as shown in FIG.
Compared with the overlap angle of 56 degrees described in the related art, the increase is slightly less than twice. Simulation data showing the effect of this overlap angle are shown in FIGS. 9 and 10. In FIG. 9, the overlap angle (degree) is taken as a variable on the horizontal axis, and the vertical axis shows the ratio (%) of the residual gas remaining in the combustion chamber 10 and the maximum temperature (K) of the new air-fuel mixture entering the combustion chamber 10. The solid line Gz showing the residual gas ratio shows a high residual gas ratio even though the overlap angle 0 to about 60 degrees tends to be improved, and the solid line Gz is 60 to 160 degrees.
In terms of the degree, the residual gas ratio is low with a gradual improvement trend.

【0041】また、新規混合気の最高温度を示す点線T
nは、オーバーラップ角の増加とともにほぼ残留ガス割
合に比例した温度低下の傾向となっている。即ち高温の
残留ガスが新規混合気を加熱昇温させている。
The dotted line T showing the maximum temperature of the new air-fuel mixture
n has a tendency to decrease in temperature almost in proportion to the residual gas ratio as the overlap angle increases. That is, the high temperature residual gas heats and raises the temperature of the new air-fuel mixture.

【0042】図10は、図9の表示を変えたもので、残
留ガス割合(%)を変数として横軸にとり、縦軸に新規
混合気の最高温度(K)をとっている。関係線Tmが示
すように、残留ガス割合の増加とともに新規混合気の最
高温度が高温になっている。図9及び図10における新
規混合気の最高温度は、高ければそれだけ燃焼室への吸
入効率が低下して、またノックの発生が生じ易くなる
為、出力減少と効率低下をもたらすことになる。
In FIG. 10, the display of FIG. 9 is changed, and the residual gas ratio (%) is taken as a variable on the abscissa and the ordinate is the maximum temperature (K) of the new air-fuel mixture. As the relationship line Tm shows, the maximum temperature of the new air-fuel mixture becomes high as the residual gas ratio increases. If the maximum temperature of the new air-fuel mixture in FIG. 9 and FIG. 10 is higher, the intake efficiency into the combustion chamber is reduced to the extent that it is more likely to cause knock, resulting in a reduction in output and a reduction in efficiency.

【0043】図11及び図12は、オーバーラップ角を
パラメータとした作用効果を示している。図11は、縦
軸にノック発生限界の点火(着火)角度(前TDC)を
とり、横軸に正味平均有効圧力(BMEP)(MPa)
をとってオーバーラップ角との関係を示している。実線
B1aはオーバーラップ角が91度、点線B1bはオー
バーラップ角が小さい場合(図11では56度)の特性
である。線B1a及び線B1bにおいて、正味平均有効
圧力(BEMP)が増加するにつれ、ノック発生限界の
点火(着火)時期が小さくっている。また、オーバーラ
ップ角91度の実線B1aは、つねに点線B1bよりも
ノック発生限界の点火(着火)時期(前TDC)より大
きく、耐ノック性が良いことを示している。
FIG. 11 and FIG. 12 show the function and effect using the overlap angle as a parameter. In FIG. 11, the vertical axis indicates the knocking limit ignition (ignition) angle (front TDC), and the horizontal axis indicates the net mean effective pressure (BMEP) (MPa).
Is taken to show the relationship with the overlap angle. The solid line B1a is the characteristic when the overlap angle is 91 degrees, and the dotted line B1b is the characteristic when the overlap angle is small (56 degrees in FIG. 11). In line B1a and line B1b, as the net mean effective pressure (BEMP) increases, the knocking limit ignition (ignition) timing becomes smaller. Further, the solid line B1a having an overlap angle of 91 degrees is always larger than the knocking limit ignition (ignition) timing (previous TDC) than the dotted line B1b, indicating that the knock resistance is good.

【0044】図13は、オーバーラップ角をパラメータ
としたエンジン回転摩擦にかかわるポンピング損失の作
用効果の実測値をP−V線図で示している。図14の縦
軸は、筒内圧(kPa)、横軸はストロークによって変
わる実質の燃焼室容積(cc)であって、実線C1がオ
ーバーラップ角91度を、点線C2がオーバーラップ角
が比較的小さい場合(図13では56度)を示してい
る。図において、線C1、C2それぞれの交叉点Gc以
下で囲まれる面積C1SとC2Sが、ポンピング損失を
示している。図から明らかなように、オーバーラップ角
91度を表す実線C1のポンピング損失C1Sは、点線
C2で表すオーバーラップ角51度より少なくなってい
る。
FIG. 13 shows a measured value of the working effect of pumping loss related to engine rotational friction with the overlap angle as a parameter, in the P-V diagram. The vertical axis of FIG. 14 is the in-cylinder pressure (kPa), and the horizontal axis is the actual combustion chamber volume (cc) that changes depending on the stroke. The solid line C1 indicates an overlap angle of 91 degrees, and the dotted line C2 indicates a relatively large overlap angle. The case is small (56 degrees in FIG. 13). In the figure, areas C1S and C2S surrounded by the intersections Gc and below of the lines C1 and C2 respectively indicate pumping loss. As is apparent from the figure, the pumping loss C1S of the solid line C1 representing the overlap angle of 91 degrees is smaller than the overlap angle 51 degrees represented by the dotted line C2.

【0045】ここで、図1に示す実施形態においては、
採用するミラーサイクルは、図43における特性RCの
「早閉じ」である。特性LCの「遅閉じ」では燃焼室1
0内の残留ガスの掃気に吹き戻された空気と燃料ガスの
混合気が使われてしまって吹きぬけ防止の効果が小さく
なってしまうからである。
Here, in the embodiment shown in FIG.
The employed mirror cycle is the "early closing" of the characteristic RC in FIG. Combustion chamber 1 in "late closing" of characteristic LC
This is because the mixture of the air and the fuel gas blown back into the scavenging of the residual gas in 0 is used, and the effect of preventing blow-through becomes small.

【0046】図14〜図21は、開弁オーバーラップ角
が大での「早閉じ」と「遅閉じ」の混合気吹き抜けを説
明する模式図であって、図14〜図17は「早閉じ」、
図18〜図21は「遅閉じ」である。「早閉じ」の図1
4における吸気行程前期で、燃料ガスGaが燃焼室10
に吸入されている。
14 to 21 are schematic diagrams for explaining the mixture blow-through of "early closing" and "late closing" when the valve opening overlap angle is large, and FIGS. 14 to 17 show "early closing". ",
18 to 21 show "late closing". Figure 1 of "early closing"
4, the fuel gas Ga is in the combustion chamber 10 in the first half of the intake stroke.
Has been inhaled.

【0047】図15の吸気行程後期で、吸気弁8が早閉
じして一旦燃焼室10に入った燃料ガスGaを完全に封
じ込めている。図16の圧縮行程では、吸気ポート2A
pには空気のみが停滞している。図17の掃気行程で
は、弁開オーバーラップ時に吸気ポート2Ap内の空気
だけが吹き抜けて掃気をする。
In the latter half of the intake stroke of FIG. 15, the intake valve 8 closes early to completely contain the fuel gas Ga once entering the combustion chamber 10. In the compression stroke of FIG. 16, the intake port 2A
Only air is stagnant at p. In the scavenging stroke of FIG. 17, only the air in the intake port 2Ap blows through and scavenges during valve opening overlap.

【0048】「遅閉じ」の図18で、燃料ガスGaの燃
焼室10への吸入を示している。この行程では、まだ
「早閉じ」と同様である。図19では、吸気弁8が遅閉
じのため、圧縮行程での燃料ガス混合気の1部が吸気ポ
ート2Apに吹き返している。図20では、圧縮行程に
おいて吸気弁8の閉弁により、混合気が吸気ポート2A
p内に滞留する。図21では、掃気行程で弁開オーバー
ラップ時に、吸気ポート2Ap内に滞留していた混合気
が吹き抜けする。
In FIG. 18 of "late closing", the intake of the fuel gas Ga into the combustion chamber 10 is shown. This process is still similar to "early closing". In FIG. 19, since the intake valve 8 closes late, a part of the fuel gas mixture in the compression stroke is blown back to the intake port 2Ap. In FIG. 20, the intake valve 8 is closed in the compression stroke, so that the air-fuel mixture becomes the intake port 2A.
stay in p. In FIG. 21, when the valve opening overlaps in the scavenging stroke, the air-fuel mixture staying in the intake port 2Ap blows out.

【0049】上記のように、「早閉じ」によって掃気行
程での吹き抜けが、空気だけで行はれることに対し、
「遅閉じ」では掃気行程で混合気が吹き抜けして燃料を
無駄に排出している。このことは、「早閉じ」の流量特
性を示す前記説明の図2〜図5と「遅閉じ」の実測流量
特性を示す図22〜図25との比較によって明らかであ
る。
As described above, the blow-through in the scavenging process by "early closing" can be performed only by air.
In “late closing”, the air-fuel mixture blows out during the scavenging process and fuel is wasted. This is apparent by comparing FIGS. 2 to 5 showing the flow characteristic of “early closing” and FIGS. 22 to 25 showing the measured flow characteristic of “late closing”.

【0050】「遅閉じ」を示す図22〜図25は、燃料
噴射装置7の装着位置、燃料ガスGmを噴射するタイミ
ング、未燃ガス量比等を、吸気弁遅閉じ=上死点(36
0度)後(aTDC)80度、吸気弁・排気弁の開弁オ
ーバーラップ=100度の条件におけるデータで示した
ものである。
22 to 25 showing the "late closing", the installation position of the fuel injection device 7, the timing of injecting the fuel gas Gm, the unburned gas amount ratio, etc. are shown by the intake valve late closing = top dead center (36).
(0 degree) (aTDC) 80 degrees, and the data is shown under the condition that the intake valve / exhaust valve opening overlap = 100 degrees.

【0051】図22では、未燃ガス量の計測位置を示
し、図23〜図25はクランク角にたいする未燃ガス量
比を示している。図22において、燃料噴射装置7の装
着位置、未燃ガスの計測位置P7、未燃ガスの計測位置
P8、未燃ガスの計測位置P9は、実質的に図2と同じ
である。
FIG. 22 shows the measurement position of the unburned gas amount, and FIGS. 23 to 25 show the unburned gas amount ratio with respect to the crank angle. 22, the mounting position of the fuel injection device 7, the measurement position P7 of the unburned gas, the measurement position P8 of the unburned gas, and the measurement position P9 of the unburned gas are substantially the same as those in FIG.

【0052】図23は、燃料ガスの噴射タイミングが上
死点後0度での点P7における未燃ガス量比を示した図
で、横軸にクランク角(度)、縦軸に未燃ガス比をとっ
たものである。曲線Q1dは、未燃ガス量比が上死点後
0度で立ち上がり、上死点後20度で最大値をとり、上
死点後60度でゼロとなることを示している。
FIG. 23 is a diagram showing the unburned gas amount ratio at the point P7 when the fuel gas injection timing is 0 degrees after the top dead center. The horizontal axis shows the crank angle (degrees) and the vertical axis shows the unburned gas. It is a ratio. The curve Q1d shows that the unburned gas amount ratio rises at 0 degrees after top dead center, takes a maximum value at 20 degrees after top dead center, and becomes zero at 60 degrees after top dead center.

【0053】図24は、計測位置P8における未燃ガス
量比を示したもので、曲線Q2dは上死点後60度の吸
気行程で立ちあがっているが、吸気行程下死点後に遅閉
じにより燃料ガスが吹き戻されていることを示してい
る。
FIG. 24 shows the unburned gas amount ratio at the measurement position P8. The curve Q2d rises in the intake stroke of 60 degrees after the top dead center, but the fuel is delayed by closing after the intake stroke bottom dead center. It shows that the gas is being blown back.

【0054】図25は、計測位置P9における未燃ガス
量比を示したもので、曲線Q3dは排気行程と吸気行程
のオーバーラップ時期に燃料ガスが排気側に吹き抜けて
いることを示している。
FIG. 25 shows the unburned gas amount ratio at the measurement position P9, and the curve Q3d shows that the fuel gas is blown to the exhaust side at the overlap timing of the exhaust stroke and the intake stroke.

【0055】上記「遅閉じ」図23〜図25における未
燃ガスの残存量を、前記「早閉じ」図3〜図5と比較す
ると、「遅閉じ」では吹き抜けとなる未燃ガスの滞留
(Q2dのハッチング部)、吹き抜け(Q3d)が多く
あって燃料の損失が大きく不利であることがわかる。
Comparing the remaining amount of unburned gas in the above "late closing" FIGS. 23 to 25 with the above "early closing" FIGS. 3 to 5, retention of unburned gas that is blown by "late closing" ( It can be seen that there are many blow-throughs (Q3d) due to the large number of Q2d hatching portions) and the large loss of fuel, which is disadvantageous.

【0056】図26及び図27は、着火時期を変数とし
て横軸にとり、「遅閉じ」と「早閉じ」を比較したもの
である。図26は、縦軸に熱効率%をとって、上死点後
0度の「早閉じ」を符号Rhに、上死点後80度の「遅
閉じ」を符号Lhにした線図で表している。「早閉じ」
の線Rhは、常に「遅閉じ」Lhより熱効率が高くなっ
ている。
FIGS. 26 and 27 compare the “late closing” and the “early closing” with the ignition timing taken as a variable on the horizontal axis. FIG. 26 is a diagram in which the thermal efficiency% is plotted on the vertical axis, and “early closing” at 0 degrees after top dead center is represented by a symbol Rh, and “late closing” at 80 degrees after top dead center is represented by a symbol Lh. There is. "Early closing"
The line Rh is always higher in thermal efficiency than the “late closing” Lh.

【0057】図27は、縦軸に全炭化水素(THC)p
pmをとって、上死点後0度の「早閉じ」を符号Rt
に、上死点後80度の「遅閉じ」を符号Ltにした線図
で表している。「早閉じ」の線Rtは、常に「遅閉じ」
Ltより全炭化水素濃度が低くなっている。すなわち吹
き抜ける燃料ガス量が減少していることを示している。
In FIG. 27, the vertical axis represents total hydrocarbon (THC) p.
pm and sign Rt for "early closing" at 0 degrees after top dead center
In addition, "late closing" of 80 degrees after the top dead center is represented by a line diagram with the symbol Lt. The line Rt of "early closing" is always "late closing"
The total hydrocarbon concentration is lower than Lt. That is, it indicates that the amount of fuel gas blown through is decreasing.

【0058】上記図14〜図27と、前記図2から図5
とから、ミラーサイクルは、燃料噴射時期を自由に選択
できる前提で、「早閉じ」が有利である。
14 to 27 and FIGS. 2 to 5 described above.
Therefore, in the Miller cycle, “early closing” is advantageous on the assumption that the fuel injection timing can be freely selected.

【0059】[0059]

【発明の効果】本発明の作用効果を、以下に列記する。 (1) 本発明によれば、従来のミキサによる予混合気
の生成にかえる燃料噴射装置を設けて、必要時にのみ燃
料を燃焼室に供給させるので、弁開オーバーラップ角を
大きくでき、残留ガスを空気だけで掃気できて吹き抜け
による燃料の損失が防ぎ、また、耐ノック性能を向上さ
せる。 (2) 残留ガスがなくなるので、これによる新規混合
気の温度上昇がなく吸入効率及び燃焼効率が上昇する。 (3) 早閉じミラーサイクルと組み合わせることで、
ポンピング損失の軽減と耐ノック性能の更なる向上を可
能とし、効率向上させる。 (4) 早閉じ方式を採用する事によって、熱効率を向
上せしめ、排気ガスのTHC濃度を低減することが出来
る。
The effects of the present invention are listed below. (1) According to the present invention, a fuel injection device that can change the generation of a premixed gas by a conventional mixer is provided, and fuel is supplied to the combustion chamber only when necessary. Therefore, the valve opening overlap angle can be increased and residual gas The air can be scavenged with only air to prevent loss of fuel due to blow-by, and it also improves knock resistance. (2) Since the residual gas is eliminated, the temperature of the new air-fuel mixture is not increased, and the suction efficiency and the combustion efficiency are increased. (3) By combining with the early closing mirror cycle,
Pumping loss can be reduced and knock resistance can be further improved, improving efficiency. (4) By adopting the early closing method, the thermal efficiency can be improved and the THC concentration of the exhaust gas can be reduced.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】本発明の実施形態を示す構成図。FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of the present invention.

【図2】吸、排気弁近傍の未燃ガスの計測位置を示す側
断面図。
FIG. 2 is a side sectional view showing a measurement position of unburned gas near the intake and exhaust valves.

【図3】吸気管に存在する未燃ガスを示す実測図。FIG. 3 is an actual measurement diagram showing unburned gas existing in an intake pipe.

【図4】吸気弁上の吸気ポートに存材する未燃ガスを示
す実測図。
FIG. 4 is an actual measurement diagram showing unburned gas existing in an intake port on an intake valve.

【図5】排気弁上の排気ポートに存材する未燃ガスを示
す実測図。
FIG. 5 is an actual measurement diagram showing unburned gas existing in an exhaust port on an exhaust valve.

【図6】燃料噴射開始時期と熱効率の関係を示す実測
図。
FIG. 6 is an actual measurement diagram showing the relationship between fuel injection start timing and thermal efficiency.

【図7】燃料噴射開始時期と排気ガス中のTHC濃度と
の関係を示す実測図。
FIG. 7 is an actual measurement diagram showing the relationship between fuel injection start timing and THC concentration in exhaust gas.

【図8】オーバーラップ角大(91度)の吸・排気弁の
作動を示す図。
FIG. 8 is a diagram showing the operation of intake / exhaust valves with a large overlap angle (91 degrees).

【図9】オーバーラップ角と残留ガス割合及び新規混合
気の最高温度との関係を示す実測図。
FIG. 9 is an actual measurement diagram showing the relationship between the overlap angle, the residual gas ratio, and the maximum temperature of a new air-fuel mixture.

【図10】残留ガス割合と新規混合気の最高温度との関
係を示す実測図。
FIG. 10 is an actual measurement diagram showing the relationship between the residual gas ratio and the maximum temperature of a new air-fuel mixture.

【図11】オーバーラップ角大(91度)、小(56
度)でのノック限界噴射時期とBMEPとの関係を示す
実測図。
FIG. 11: Large overlap angle (91 degrees), small overlap (56
Measurement diagram showing the relationship between knock limit injection timing and BMEP in degrees).

【図12】オーバーラップ角大(91度)、小(56
度)での熱効率とBMEPとの関係を示す実測図。
FIG. 12 Large overlap angle (91 degrees), small overlap angle (56)
The measured figure which shows the relationship between thermal efficiency and BMEP in degrees.

【図13】ミラーサイクルにおけるオーバーラップ角大
(91度)、小(56度)とポンピング損失との関係を
示す実測図。
FIG. 13 is an actual measurement diagram showing a relationship between a large overlap angle (91 degrees) and a small overlap angle (56 degrees) and a pumping loss in a mirror cycle.

【図14】「オーバーラップ角大+早閉じ」の作用説明
のうちの吸気行程の図。
FIG. 14 is a diagram of an intake stroke in the explanation of the action of “large overlap angle + early closing”.

【図15】「オーバーラップ角大+早閉じ」の吸気行程
での早閉じ状態の図。
FIG. 15 is a diagram of an early closing state in the intake stroke of “large overlap angle + early closing”.

【図16】「オーバーラップ角大+早閉じ」の圧縮行程
の図。
FIG. 16 is a diagram of a compression process of “large overlap angle + early closing”.

【図17】「オーバーラップ角大+早閉じ」の掃気を示
す圧縮行程の図。
FIG. 17 is a compression stroke diagram showing scavenging of “large overlap angle + early closing”.

【図18】「オーバーラップ角大+遅閉じ」の吸気行程
を説明する図。
FIG. 18 is a diagram illustrating an intake stroke of “large overlap angle + late closing”.

【図19】「オーバーラップ角大+遅閉じ」の圧縮行程
で混合気の吹き返しが発生している図。
FIG. 19 is a diagram in which the air-fuel mixture is blown back in the compression stroke of “large overlap angle + late closing”.

【図20】「オーバーラップ角大+遅閉じ」の圧縮行程
で吹き返しされた混合気が吸気ポートに滞留している
図。
FIG. 20 is a diagram in which the air-fuel mixture blown back in the compression stroke of “large overlap angle + late closing” is retained in the intake port.

【図21】「オーバーラップ角大+遅閉じ」の圧縮行程
で吹き返し吸気ポートに滞留してい混合気が掃気時に吹
き抜けする図。
FIG. 21 is a diagram in which the air-fuel mixture staying in the blow-back intake port blows through during scavenging in the compression stroke of “large overlap angle + late closing”.

【図22】吸、排気弁近傍の未燃ガスの計測位置を示す
側断面図。
FIG. 22 is a side sectional view showing a measurement position of unburned gas near the intake and exhaust valves.

【図23】吸気管に存在する未燃ガスを示す実測図。FIG. 23 is an actual measurement diagram showing unburned gas existing in the intake pipe.

【図24】吸気弁上の吸気ポートに存材する未燃ガスを
示す実測図。
FIG. 24 is an actual measurement diagram showing unburned gas existing in an intake port on an intake valve.

【図25】排気弁上の排気ポートに存材する未燃ガスを
示す実測図。
FIG. 25 is an actual measurement diagram showing unburned gas existing in an exhaust port on an exhaust valve.

【図26】「早閉じ」と「遅閉じ」での着火時期と熱効
率の関係を示す実測図。
FIG. 26 is an actual measurement diagram showing a relationship between ignition timing and thermal efficiency in “early closing” and “late closing”.

【図27】「早閉じ」と「遅閉じ」での着火時期とTH
Cの関係を示す実測図。
[Fig. 27] Ignition timing and TH in "early closing" and "late closing"
The measurement figure which shows the relationship of C.

【図28】従来のガスエンジンの構成図。FIG. 28 is a configuration diagram of a conventional gas engine.

【図29】従来のオットーサイクルの吸気行程を示す
図。
FIG. 29 is a view showing an intake stroke of a conventional Otto cycle.

【図30】従来のオットーサイクルの圧縮行程を示す
図。
FIG. 30 is a view showing a compression stroke of a conventional Otto cycle.

【図31】従来のオットーサイクルの膨張行程を示す
図。
FIG. 31 is a view showing an expansion stroke of a conventional Otto cycle.

【図32】従来のオットーサイクルの排気行程を示す
図。
FIG. 32 is a view showing an exhaust stroke of a conventional Otto cycle.

【図33】「遅閉じ」ミラーサイクルの吸気行程を示す
図。
FIG. 33 is a diagram showing an intake stroke of a “late closing” Miller cycle.

【図34】「遅閉じ」ミラーサイクルの吸気弁遅閉じ無
効圧縮行程を示す図。
FIG. 34 is a diagram showing an intake valve late closing invalid compression stroke of a “late closing” Miller cycle.

【図35】「遅閉じ」ミラーサイクルの圧縮行程を示す
図。
FIG. 35 shows the compression stroke of a “late closing” Miller cycle.

【図36】「遅閉じ」ミラーサイクルの膨張行程を示す
図。
FIG. 36 shows the expansion stroke of a “late closing” Miller cycle.

【図37】「遅閉じ」ミラーサイクルの掃気行程を示す
図。
FIG. 37 is a diagram showing a scavenging stroke of a “late closing” Miller cycle.

【図38】「早閉じ」ミラーサイクルの吸気行程を示す
図。
FIG. 38 is a diagram showing an intake stroke of an “early closing” Miller cycle.

【図39】「早閉じ」ミラーサイクルの早閉じによる無
効膨張、無効圧縮行程を示す図。
FIG. 39 is a view showing invalid expansion and invalid compression strokes by early closing of the “early closing” mirror cycle.

【図40】「早閉じ」ミラーサイクルの圧縮行程を示す
図。
FIG. 40 shows the compression stroke for an “early close” Miller cycle.

【図41】「早閉じ」ミラーサイクルの膨張行程を示す
図。
FIG. 41 shows the expansion stroke of an “early close” Miller cycle.

【図42】「早閉じ」ミラーサイクルの掃気行程を示す
図。
FIG. 42 is a diagram showing a scavenging stroke of an “early closing” Miller cycle.

【図43】「早閉じ」と「遅閉じ」の吸気弁揚程を示す
図。
FIG. 43 is a diagram showing “early closing” and “late closing” intake valve lift.

【図44】吸気弁と排気弁の開弁オーバーラップが小さ
い(56度)弁開閉作動を示す極座標図。
FIG. 44 is a polar coordinate diagram showing a valve opening / closing operation with a small valve opening overlap between the intake valve and the exhaust valve (56 degrees).

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1・・・ガスエンジン 1S・・吸入系 1E・・排気系 1N・・燃焼系 2・・・第1の吸気管 2A・・第2の吸気管 4・・・インタークーラ 7・・・燃料噴射装置 8・・・吸気弁 9・・・排気弁 10・・燃焼室 12・・ピストン 12A・・クランク軸 13・・第1の排気管 13A・・第2の排気管 14・・シリンダライナ 15・・ターボチャージャ 16・・コンプレッサ 1 ... Gas engine 1S ··· Inhalation system 1E ... Exhaust system 1N ... Combustion system 2 ... the first intake pipe 2A ... Second intake pipe 4 ... Intercooler 7 ... Fuel injection device 8 ... Intake valve 9 ... Exhaust valve 10 ... Combustion chamber 12 ... Piston 12A ... Crankshaft 13 ... First exhaust pipe 13A ... Second exhaust pipe 14 ... Cylinder liner 15 ... Turbocharger 16 ... Compressor

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 森 本 智 史 東京都港区海岸一丁目5番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 赤 池 真 東京都港区海岸一丁目5番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 桜 井 輝 浩 東京都港区海岸一丁目5番20号 東京瓦斯 株式会社内 (72)発明者 中 園 徹 大阪府大阪市北区茶屋町1−32 ヤンマー ディーゼル株式会社内 (72)発明者 武 本 徹 大阪府大阪市北区茶屋町1−32 ヤンマー ディーゼル株式会社内 Fターム(参考) 3G092 AA18 AB06 BB06 DA12 DE01S FA02 FA16    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Satoshi Morimoto             1-5-20 Kaigan, Minato-ku, Tokyo Tokyo Gas             Within the corporation (72) Inventor Makoto Akaike             1-5-20 Kaigan, Minato-ku, Tokyo Tokyo Gas             Within the corporation (72) Inventor Sakurai Teruhiro             1-5-20 Kaigan, Minato-ku, Tokyo Tokyo Gas             Within the corporation (72) Inventor Toru Nakazono             1-32 Yanmar, Chayamachi, Kita-ku, Osaka-shi, Osaka             Diesel Co., Ltd. (72) Inventor Toru Takemoto             1-32 Yanmar, Chayamachi, Kita-ku, Osaka-shi, Osaka             Diesel Co., Ltd. F term (reference) 3G092 AA18 AB06 BB06 DA12 DE01S                       FA02 FA16

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 吸気系に燃料噴射装置を設け、該燃料噴
射装置は、シリンダ内に残留した燃焼後のガスが掃気さ
れて排気バルブが閉鎖してから燃料ガスと空気との予混
合気がシリンダ内に導入されるタイミングで燃料ガスを
噴射する様に構成されており、吸排気バルブの開閉タイ
ミングを調整する機構は、排気バルブが開放している際
に吸気バルブが開放するバルブオーバーラップがクラン
ク角度60度〜110度となる様に設定されていること
を特徴とするガスエンジン。
1. A fuel injection device is provided in an intake system, and the fuel injection device generates a premixed mixture of fuel gas and air after the burned gas remaining in the cylinder is scavenged and the exhaust valve is closed. It is configured to inject fuel gas at the timing when it is introduced into the cylinder, and the mechanism that adjusts the opening and closing timing of the intake and exhaust valves has a valve overlap that opens the intake valve when the exhaust valve is open. A gas engine, which is set to have a crank angle of 60 degrees to 110 degrees.
【請求項2】 ガスエンジンが早閉じ方式のミラーサイ
クルである請求項1記載のガスエンジン。
2. The gas engine according to claim 1, wherein the gas engine is an early closing Miller cycle.
【請求項3】 前記燃料噴射装置は、吸気弁開放開始時
点から上死点までの範囲内で燃料ガスの噴射を開始する
様に構成されている請求項1および請求項2記載のガス
エンジン。
3. The gas engine according to claim 1, wherein the fuel injection device is configured to start the injection of the fuel gas within a range from the intake valve opening start time to the top dead center.
【請求項4】 請求項1〜3の何れか1項のガスエンジ
ンの制御方法において、燃料噴射装置の燃料噴射タイミ
ングは、シリンダ内に残留した燃焼後のガスを掃気する
際には空気のみがシリンダ内に導入され、且つ、燃焼後
のガスが掃気されて排気バルブが閉鎖してから燃料ガス
もしくは燃料ガスと空気との混合気がシリンダ内に導入
されるタイミングで燃料ガスを噴射する様に設定したこ
とを特徴とするガスエンジンの制御方法。
4. The method of controlling a gas engine according to claim 1, wherein the fuel injection timing of the fuel injection device is such that only air is scavenged when the gas remaining after combustion in the cylinder is scavenged. The fuel gas is injected into the cylinder, and after the combustion gas is scavenged and the exhaust valve is closed, the fuel gas or the mixture of the fuel gas and air is injected into the cylinder at the timing of injecting the fuel gas. A method for controlling a gas engine, characterized by being set.
【請求項5】 燃料噴射装置から燃料ガスが噴射される
のは、吸気弁開放開始時点から上死点までの範囲内であ
る請求項4記載のガスエンジンの制御方法。
5. The method of controlling a gas engine according to claim 4, wherein the fuel gas is injected from the fuel injection device within the range from the intake valve opening start time to the top dead center.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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