JP2003239836A

JP2003239836A - エンジン及びその運転制御装置

Info

Publication number: JP2003239836A
Application number: JP2002038338A
Authority: JP
Inventors: Hironori Sato; 裕紀佐藤; Shunsaku Nakai; 俊作中井; Koji Moriya; 浩二守家; Takahiro Sako; 孝浩佐古; Masashi Nishigaki; 雅司西垣; Shingo Yakushiji; 新吾薬師寺; Tsutomu Wakabayashi; 努若林
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2002-02-15
Filing date: 2002-02-15
Publication date: 2003-08-27

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、燃料Ｇの組成が変化してもノッキ
ングを未然に防止して、安定した運転状態を維持するこ
とができるエンジン１００及びその運転制御装置３０を
実現することを目的とする。【解決手段】燃焼室５に供給される燃料Ｇのアンチノ
ック性に関する特性値を検出する特性値検出手段３１
と、特性値検出手段３１の検出結果に基づいて、エンジ
ンの動作値を、安定運転を維持するように設定する動作
値設定手段３２とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃焼室において燃
料と酸素含有ガスとの混合気を燃焼させ軸動力を得るエ
ンジン及びその運転制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】主にエンジンの燃料として用いられるガ
ソリンや軽油等の燃料は、そのオクタン価や自己着火温
度が比較的安定したものに調整されているため、通常、
火花点火式等のエンジンは、安定したオクタン価等の燃
料が供給されるという前提で燃焼室における点火時期や
圧縮比等の各種動作条件が決定されている。

【０００３】そして、このように火花点火式エンジンに
供給される燃料のオクタン価が、各種動作条件を決定す
るのに用いた値よりも小さすぎた場合、ノッキングが発
生する可能性が高くなる。

【０００４】また、火花点火エンジンにおいて、ノッキ
ングが発生する原因としては、上記のオクタン価が小さ
すぎる以外に、圧縮比が大きすぎる、燃焼室の点火時期
が進みすぎる、クランク軸の回転数が大きすぎる、又
は、新気温度や新気圧力が高すぎるなどがある。

【０００５】そこで、従来の火花点火式のエンジンは、
実際にこのようなノッキングが発生したことをノッキン
グセンサや筒内圧力検出用センサ等により検出したとき
に、点火時期を遅角化させたり、燃焼室に形成される混
合気の当量比を低下させるなどして、ノッキングを回避
するように構成されることがある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】一方、エンジン以外の
バーナや熱源機等にも供給される都市ガスやＬＰガス等
の天然ガスは、プロパンやブタン等の添加量を調整する
などして、その熱量を所定の値となるように調整されて
いるものの、その組成等までは厳密には調整されておら
ず、ガソリン等と比較して、オクタン価や自己着火温度
が変動する可能性が高い。よって、このようにオクタン
価が比較的大きく変動する燃料をエンジンに用いる場合
には、オクタン価の過剰低下によるノッキングを防止す
るために、前述のように実際のノッキングを検知した後
にノッキングを回避する所謂フィードバック制御を行な
うか、予め決定される点火時期や圧縮比等の各種動作条
件を推定される燃料の最低オクタン価に合わせて決定す
ることが考えられる。しかし、前者の方法では、ノッキ
ングを事前に防止することはできず、燃料のオクタン価
が低下したときにノッキングが発生し、エンジンの損傷
や効率低下を招く可能性があり、後者の方法では、低オ
クタン価に対応して運転条件を決定するので、圧縮比を
比較的低めに決定したり、点火時期を遅角側に決定する
必要があり、エンジンの効率の向上を図ることが困難と
なる。

【０００７】従って、本発明は、上記の事情に鑑みて、
燃料の組成が変化してもノッキングを未然に防止して、
安定した運転状態を維持することができるエンジンを実
現することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
の本発明に係る運転制御装置の第一特徴構成は、特許請
求の範囲の欄の請求項１に記載した如く、前記燃焼室に
供給される燃料のアンチノック性に関する特性値を検出
する特性値検出手段と、前記特性値検出手段の検出結果
に基づいて、前記エンジンの動作値を、安定運転を維持
するように設定する動作値設定手段とを備えた点にあ
る。

【０００９】同第二特徴構成は、特許請求の範囲の欄の
請求項２に記載した如く、上記第一の運転制御装置の特
徴構成に加えて、前記特性値が、前記燃料の自己着火温
度若しくはその相当量、前記燃料のオクタン価若しくは
その相当量、又は、それらを認識可能な値である点にあ
る。

【００１０】即ち、本発明に係る運転制御装置の上記第
一及び第二の特徴構成によれば、特性値検出手段によ
り、燃料の自己着火温度又はオクタン価又はそれらの相
当量等のアンチノック性に関する特性値を検出すること
ができる。さらに、動作値設定手段により、ノッキング
や混合気の過早発火の虞があり安定運転を維持すること
ができない場合に調整されて、そのノッキング等を回避
して安定運転を維持することができるエンジンの動作値
を、上記特性値検出手段で検出された特性値に基づいて
設定し、特性値の過剰低下によるノッキング発生等を未
然に防止することができる。従って、燃料の組成が変化
して、上記特性値が変化しても、ノッキング発生等を未
然に防止して、安定した運転状態を維持することができ
るエンジンを実現することができる。

【００１１】また、上記のように特性値として、自己着
火温度、オクタン価、又はそれらの相当量、又は、燃料
の組成や熱量等のそれらを認識可能な値を検出する特性
値検出手段は、その特性値を、燃料の組成分析結果又は
燃料の熱量計測結果等に基づいて推定又は算出して検出
するように構成することができる。

【００１２】同第三特徴構成は、特許請求の範囲の欄の
請求項３に記載した如く、上記第一又は二の運転制御装
置の特徴構成に加えて、前記動作値としての前記燃焼室
における点火時期を前記動作値設定手段の設定値に基づ
いて調整可能に構成され、前記動作値設定手段が、前記
特性値が低下するほど、前記燃焼室における点火時期を
遅角側に設定するように構成されている点にある。

【００１３】エンジンにおいて、点火時期を遅角側に調
整するほど、燃焼室における最大筒内圧力及び温度を低
下させ、そのノッキング等を防止して安定運転を維持す
ることができる。そこで、上記第三の特徴構成によれ
ば、動作値設定手段により、特性値検出手段で検出され
た燃料の特性値が低下し、ノッキング等が発生しやすい
状態となるほど、点火時期を遅角側に設定して、ノッキ
ング等を未然に防止することができる。さらに、例え
ば、特性値検出手段で検出された燃料の特性値が上昇
し、ノッキング等が発生し難い状態となったときには、
点火時期を進角側に設定することで、高効率化を図っ
て、安定した運転状態を維持することができる。

【００１４】また、実際のノッキング発生を検出したと
きに、点火時期を遅角側に調整して、ノッキングを回避
するように構成した場合には、上記動作値設定手段を、
その点火時期の基準値を燃料の特性値が低下するほど遅
角側に設定するように構成することができる。このよう
に構成することで、燃料の特性値が変動しても、点火時
期の基準値がその特性値に合わせて設定されているの
で、その特性値の変化によるノッキング発生が未然に防
止され、ノッキング発生の頻度を低減し、ノッキング発
生による点火時期の調整頻度を低減させることができ
る。

【００１５】尚、本願において、特性値が低下するほ
ど、前記燃焼室における点火時期を遅角側に設定する
に、例えば、特性値が予め設定されている基準特性値よ
りも低下したときに、点火時期を基準特性値に対して設
定されている基準点火時期よりも遅角側に設定したり、
ある時点の特性値に対して現時点の特性値が低下してい
るときに、点火時期をある時点の点火時期よりも遅角側
に設定することができる。

【００１６】同第四特徴構成は、特許請求の範囲の欄の
請求項４に記載した如く、上記第一から三の何れかの運
転制御装置の特徴構成に加えて、前記動作値としての前
記燃焼室に吸気される新気湿度を前記動作値設定手段の
設定値に基づいて調整可能に構成され、前記動作値設定
手段が、前記特性値が低下するほど、前記新気湿度を高
い側に設定するように構成されている点にある。

【００１７】同第五特徴構成は、特許請求の範囲の欄の
請求項５に記載した如く、上記第四の運転制御装置の特
徴構成に加えて、前記新気に対する加湿量を調整して前
記新気湿度を調整するように構成されている点にある。

【００１８】エンジンにおいて、新気湿度を高い側に調
整するほど、燃焼室に吸気される混合気の比熱が増加し
て、燃焼温度が低下し、ノッキング等を防止して安定運
転を維持することができる。また、このように新気湿度
を調整するためには、上記第五の構成の如く、新気の加
湿及び除湿の一方又は両方を行なうように構成すること
で可能であるが、新気に対して加湿するように構成する
方が構造を簡略化することができ、その加湿量の調整を
水の供給量調整により簡単に行なうことができる。

【００１９】そこで、上記第四の特徴構成によれば、動
作値設定手段により、特性値検出手段で検出された燃料
の特性値が低下し、ノッキング等が発生しやすい状態と
なるほど、新気湿度を高い側に設定して、ノッキング等
を未然に防止することができる。さらに、例えば、特性
値検出手段で検出された燃料の特性値が上昇し、ノッキ
ング等が発生し難い状態となったときには、新気湿度を
低い側に設定することで、燃焼室に形成される混合気の
燃焼温度を上昇させて、高効率化を図った運転状態とす
ることができる。

【００２０】また、実際のノッキング発生を検出したと
きに、新気湿度を高い側に調整して、ノッキングを回避
するように構成した場合には、上記動作値設定手段を、
その新気湿度の基準値を燃料の特性値が低下するほど高
い側に設定するように構成することができる。このよう
に構成することで、燃料の特性値が変動しても、新気湿
度の基準値がその特性値に合わせて設定されているの
で、その特性値の変化によるノッキング発生が未然に防
止され、ノッキング発生の頻度を低減し、ノッキング発
生による新気湿度の調整頻度を低減させることができ
る。

【００２１】尚、本願において、特性値が低下するほ
ど、前記新気湿度を高い側に設定するに、例えば、特性
値が予め設定されている基準特性値よりも低下したとき
に、新気湿度を基準特性値に対して設定されている基準
新気湿度よりも高く設定したり、ある時点の特性値に対
して現時点の特性値が低下しているときに、新気湿度を
ある時点の新気湿度よりも高く設定することができる。

【００２２】同第六特徴構成は、特許請求の範囲の欄の
請求項６に記載した如く、上記第一から五の何れかの運
転制御装置の特徴構成に加えて、前記動作値としての前
記燃焼室に吸気される新気温度を前記動作値設定手段の
設定値に基づいて調整可能に構成され、前記動作値設定
手段が、前記特性値が低下するほど、前記新気温度を低
い側に設定するように構成されている点にある。

【００２３】エンジンにおいて、新気温度を低い側に調
整するほど、燃焼温度が低下してノッキング等を防止し
て安定運転を維持することができる。また、このように
新気温度を調整するためには、新気の加熱及び冷却の一
方又は両方を行なうように構成することで可能である
が、新気に対して加熱するように構成する方が構造を簡
略化することができ、熱源として、例えばエンジンを冷
却した後の冷却水や排気ガス等を用いることができる。

【００２４】そこで、上記第六の特徴構成によれば、動
作値設定手段により、特性値検出手段で検出された燃料
の特性値が低下し、ノッキング等が発生しやすい状態と
なるほど、新気温度を低い側に設定して、ノッキング等
を未然に防止することができる。

【００２５】また、実際のノッキング発生を検出したと
きに、新気温度を低い側に調整して、ノッキングを回避
するように構成した場合には、上記動作値設定手段を、
その新気温度の基準値を燃料の特性値が低下するほど低
い側に設定するように構成することができる。このよう
に構成することで、燃料の特性値が変動しても、新気温
度の基準値がその特性値に合わせて設定されているの
で、その特性値の変化によるノッキング発生が未然に防
止され、ノッキング発生の頻度を低減し、ノッキング発
生による新気温度の調整頻度を低減させることができ
る。尚、本願において、特性値が低下するほど、新気温
度を低い側に設定するに、例えば、特性値が予め設定さ
れている基準特性値よりも低下したときに、新気温度を
基準特性値に対して設定されている基準新気温度よりも
低く設定したり、ある時点の特性値に対して現時点の特
性値が低下しているときに、新気温度をある時点の新気
温度よりも低く設定することができる。

【００２６】同第七特徴構成は、特許請求の範囲の欄の
請求項７に記載した如く、上記第一から六の何れかの運
転制御装置の特徴構成に加えて、前記動作値の初期値
が、高特性値の燃料に対応した値に設定されている点に
ある。

【００２７】本発明の運転制御装置において、例えば、
燃料の特性値が上昇したときに動作値設定手段により設
定される動作値の変化量が大きすぎると、ノッキングが
発生することが考えられる。そこで、上記のような動作
値は、ノッキングを回避する側に対して反対側に限界値
を設け、その限界値を超えて動作量が変化することを防
止することが好ましい。そこで、上記第七の特徴構成に
よれば、ノッキング発生の虞がある場合に調整するとノ
ッキングを回避することができるエンジンの動作値、例
えば、点火時期、圧縮比、新気温度及び湿度、そのエン
ジンに供給される燃料の予測される特性値変動領域にお
ける高特性値に対応して設定し、動作値を、その初期値
を上記限界値として、燃料の特性値低下に対してノッキ
ングを回避する側に変化させるように構成することがで
きる。そして、このように構成することで、燃料の特性
値が高特性値付近の場合には、動作値設定手段により設
定される動作値は初期値付近となり、できるだけ高性能
な運転状態を維持し、燃料の特性値が高特性値よりも低
下した場合にのみ、その動作値をノッキングが回避され
る側に変化させることができる。きる。

【００２８】同第八特徴構成は、特許請求の範囲の欄の
請求項８に記載した如く、上記第一から七の何れかの運
転制御装置の特徴構成に加えて、前記燃料が天然ガスで
ある点にある。

【００２９】即ち、本発明のエンジンの運転制御装置
は、アンチノック性に関する特性値の変動があると考え
られる都市ガスやＬＰガス等の天然ガスを燃料として使
用しても、ノッキング等を未然に防止して、安定した運
転状態を維持することができる。さらに、燃料の特性値
を燃料供給業者側において厳密に調整する必要がないの
で、燃料の単価の高騰を抑制することができる。

【００３０】この目的を達成するための本発明に係るエ
ンジンの特徴構成は、特許請求の範囲の欄の請求項９に
記載した如く、燃焼室において燃料と酸素含有ガスとの
混合気を燃焼させ軸動力を得るエンジンであって、上記
第一から八の何れかの運転制御装置を備えた点にある。

【００３１】即ち、本発明に係るエンジンの特徴構成に
よれば、上記構成一から八の何れかの特徴構成を有する
運転制御装置を備えて構成されているので、上記構成一
から八の特徴構成と同様の作用効果を発揮することがで
きる。また、このようなエンジンは、供給される燃料の
アンチノック性に関する特性値がある程度変動していて
も、安定した運転状態を維持することができるので、例
えば、燃料として天然ガスを用いるコジェネレーション
又はガスヒートポンプ又は天然ガス自動車用のエンジン
として好適に用いることができる。

【００３２】

【発明の実施の形態】〔第１実施形態〕本発明の第１実
施形態を図１に基づいて説明する。図１に示すエンジン
１００は、シリンダ９と、シリンダ９の上部に連結され
たシリンダヘッド１２とを有し、シリンダ９内には、連
結棒７を介しクランク軸８に連結されたピストン６が往
復移動自在に収容されている。そして、ピストン６の頂
面と、シリンダ９の内面と、シリンダヘッド１２の下面
とによって燃焼室５が形成されている。そして、燃焼室
５には、吸気路１および排気路３が開口され、燃焼室５
の吸気路１側には吸気弁２が、燃焼室５の排気路３側に
は排気弁４が設けられている。また、シリンダヘッド１
２には下面の略中央に点火プラグ１３が配設されてい
る。

【００３３】また、エンジン１００には、通常の火花点
火エンジンと同様に、各種センサとして、クランク軸８
の回転を検出するクランク角センサ２３や、ノッキング
を検出するためのノッキングセンサ２４や、エンジン１
００を冷却するための冷却水温度を検出する冷却水温度
センサ（図示せず）等が設けられている。

【００３４】エンジン１００の吸気路１には、吸気路１
を流通する空気Ａに、天然ガスである燃料Ｇを供給し
て、混合気を形成するミキサ１０が設けられている。

【００３５】エンジン１００の各種制御は、ＥＣＵ（エ
ンジン・コントロール・ユニット）３０（運転制御装置
の一例）によって行われる。そのため、各種センサの出
力信号がＥＣＵ３０に入力される。ＥＣＵ３０ではこれ
ら入力された信号に基づいて各種制御の演算が行われ
る。そして、ＥＣＵ３０から点火プラグ１３に接続され
たイグナイタ１４に点火制御信号が出力されて、燃焼室
１における点火時期が制御され、また、ＥＣＵ３０から
ミキサ１０に当量比制御信号が出力されて、ミキサ１０
により形成される混合気の当量比が制御される。

【００３６】さらに、エンジン１００には、燃料Ｇの組
成分析や発熱量分析等を行なう分析装置２０が設けられ
ており、さらに、ＥＣＵ３０は、その分析装置２０の分
析結果に基づいて、ミキサ１０に供給される天然ガスで
ある燃料Ｇのアンチノック性に関する特性値としての着
火温度又はオクタン価又は何れかの相当量を推定検出す
る特性値検出手段３１として機能する。

【００３７】また、分析装置２０は、ガスクロマトグラ
フ法を利用した組成分析装置や、燃料Ｇ中を伝播する音
速と燃料Ｇの発熱量との相関関係を利用した発熱量分析
装置や、燃料Ｇ中を伝播する音速及び熱伝導率から燃料
Ｇの組成割合を導出する分析装置等として構成すること
ができる。

【００３８】また、ＥＣＵ３０は、特性値検出手段３１
の検出結果に基づいて、エンジンの動作値としての点火
時期を、ノッキングを防止するように設定する動作値設
定手段３２として機能する。即ち、動作値設定手段３２
は、燃焼室５に供給される燃料Ｇの特性値としてのアン
チノック性に関する特性値としての着火温度又はオクタ
ン価又は何れかの相当量が低下し、ノッキングが発生し
やすい状態になるほど、点火時期を遅角側に設定して、
ノッキング発生を未然に防止し安定運転を維持すること
ができる。逆に、動作値設定手段３２は、燃焼室５に供
給される燃料Ｇの上記特性値が上昇し、ノッキングが発
生し難い状態になるほど、点火時期を進角側に設定し
て、高効率化を図った運転状態とすることができる。

【００３９】また、上記点火時期は、燃料Ｇとしての天
然ガスの特性値が最も高いアンチノック性を示す高特性
値であるときに、高効率及び高排ガス浄化性能等の高性
能を示すように、初期値が設定されており、動作量設定
手段３２は、点火時期をその初期値を進角側の限界値と
して、燃料の特性値低下に対して、遅角側に変化させる
ように構成されている。よって、燃料Ｇの特性値が高特
性値付近の場合には、動作値設定手段３２により設定さ
れる点火時期は初期値付近となり、できるだけ高性能な
運転状態を維持し、燃料Ｇの特性値が高特性値よりも低
下した場合にのみ、その点火時期をノッキングが回避さ
れる側に変化させることができる。

【００４０】さらに、ＥＣＵ３０が、ノッキングセンサ
２４等により実際のノッキング発生を検出したときに点
火時期を基準値よりも遅角側に調整してノッキングを回
避するノッキング回避制御手段３３を備える場合には、
上記動作値設定手段３２を、その点火時期の基準値を、
燃料Ｇの特性値が低下するほど遅角側に設定するように
構成することができ、このように構成することで、燃料
Ｇの特性値が変動しても、点火時期の基準値がその特性
値に合わせて設定されているので、その特性値の変化に
よるノッキング発生が未然に防止され、ノッキング発生
の頻度を低減し、ノッキング回避制御手段３３による点
火時期の調整頻度を低減させ、エンジンの運転状態を安
定したものとすることができる。

【００４１】〔第２実施形態〕本発明の第２実施形態を
図２及び図３に基づいて説明する。図２に示すエンジン
２００は、上記第１実施形態と同様の構成については説
明を割愛するが、ミキサ１０に供給される空気Ａの湿度
を調整可能な湿度調整装置４０が設けられている。

【００４２】詳しくは、湿度調整装置４０は、吸気路１
を流通する空気Ａを水槽内の水にバブリングすること
で、空気Ａの湿度を水槽内の水温における飽和水蒸気圧
まで加湿し、さらに、その水槽内の水温を調整すること
で、空気Ａの湿度を調整可能に構成されている。詳しく
は、湿度調整手段４０は、図３に示すように、水槽５０
内に満たされた水を、循環流路５２を介して冷却塔５３
との間で循環して冷却すると共に、ヒータ５５により加
熱して、所定の温度に温度調整するように構成されてい
る。また、湿度調整装置４０には、吸気路１の上流側に
接続された三方弁４２と吸気路１の下流側に接続された
三方弁４３とが設けられ、三方弁４２の１つの接続部と
三方弁４３の１つの接続部とはバイパス管４１により導
通接続されている。

【００４３】さらに、湿度調整装置４０において水槽５
０内には、下方側が開口する容器状の上側ケース４６
と、上方が開口する容器状の下側ケース４７とが、多数
の小孔が穿設されたパンチング板４８を夫々の開口の間
に挟み込んで密閉接続された状態で設けられ、その内部
には、常に所定の水位まで水が供給され、その水位はガ
ラス管等で形成された水位認識管４９により目視するこ
とができる。

【００４４】湿度調整装置４０において、三方弁４２の
残りの接続部には、鉛直方向を軸とした螺旋状で、上側
ケース４６の外周を旋回するように形成された螺旋管４
４が接続されている。その螺旋管４４は、水槽５０内の
水に埋没され、数本の管に分配された後に下側ケース４
７内に接続されている。湿度調整装置４０において、三
方弁４３の残りの接続部には、上側ケース４６内に接続
された管４５に接続されている。

【００４５】そして、このような湿度調整装置４０は、
三方弁４２から供給された空気Ａが、螺旋管４４を介し
て下側ケース４７内に供給され、下側ケース４７内に供
給された空気Ａが、パンチング板４８の複数の小孔を介
して、上側ケース４６内の水に吹き込まれてバブリング
される。そして、上側ケース４６の水に吹き込まれてた
空気Ａは、内部の水蒸気圧が、その水温における飽和水
蒸気圧となった後に、上側ケース４６の上方に接続され
た管４５から、三方弁４３を介して吸気路１側に送られ
ることになる。よって、湿度調整装置４０は、ヒータ５
５の出力を調整して、水槽５０内の温度を調整すること
で、吸気路１へ送る空気Ａの湿度を所定の湿度に調整す
ることができるのである。

【００４６】なお、このような湿度調整装置４０として
は、空気Ａ中に超音波等により形成されたミストを供給
する加湿装置等の、気体の湿度を調整可能なものであれ
ば、如何なるものを使用しても構わない。

【００４７】また、ミキサ１０に供給される空気Ａの湿
度、即ちミキサ１０で形成される混合気の湿度（新気湿
度）は、高くなるほどその混合気の比熱が増加するの
で、例えば、混合気の湿度を高くすると燃焼室５におけ
る燃焼温度が低下して、端末ガス中の自己着火が抑制さ
れて、ノッキングを回避することができる。

【００４８】従って、ＥＣＵ３０の動作値設定手段３２
は、特性値検出手段３１の検出結果、即ち、アンチノッ
ク性に関する特性値としての着火温度又はオクタン価又
は何れかの相当量に基づいて、湿度調整装置４０を制御
して、エンジンの動作値としての新気湿度をノッキング
を防止するように設定するように構成することができ
る。即ち、動作値設定手段３２は、燃焼室５に供給され
る燃料Ｇの特性値としてのアンチノック性に関する特性
値としての着火温度又はオクタン価又は何れかの相当量
が低下し、ノッキングが発生しやすい状態になるほど、
新気湿度を高い側に設定して、ノッキング発生を未然に
防止することができる。逆に、動作値設定手段３２は、
燃焼室５に供給される燃料Ｇの上記特性値が上昇し、ノ
ッキングが発生し難い状態になるほど、新気湿度を低い
側に設定して、例えば燃焼温度を上昇させて、高効率化
図った運転状態とすることができる。

【００４９】また、上記新気湿度は、燃料Ｇとしての天
然ガスの特性値が最も高いアンチノック性を示す高特性
値であるときに、高性能を示すように、初期値が設定さ
れており、動作量設定手段３２は、新気湿度をその初期
値を下限界値として、燃料の特性値低下に対して、高い
側に変化させるように構成されている。よって、燃料Ｇ
の特性値が高特性値付近の場合には、動作値設定手段３
２により設定される新気湿度は初期値付近となり、でき
るだけ高性能な運転状態を維持し、燃料Ｇの特性値が高
特性値よりも低下した場合にのみ、その新気湿度をノッ
キングが回避される側、即ち高い側に変化させることが
できる。

【００５０】次に、本第２実施形態のエンジン２００を
実際に運転したときの実施例を示す。なお、本実施例に
おいては、炭素数が２の炭化水素（エタン、Ｃ₂Ｈ₆）が
８％、炭素数が３の炭化水素（プロパン、Ｃ₃Ｈ₈）が４
％、炭素数が４の炭化水素（ブタン、Ｃ₄Ｈ₁₀）が２
％、炭素数が５以上の炭化水素が０％で、メタン（ＣＨ
₄）を主成分とする天然ガス（基準燃料）が燃料Ｇとし
て供給され、さらに、湿度調整装置４０において空気Ａ
を加湿するための水温を１０℃に設定した場合におい
て、安定した運転状態を維持できるように、点火時期等
の各種動作条件が設定されている。

【００５１】そして、特性値検出手段３１は、分析装置
２０の分析結果により、燃料Ｇの着火温度又はオクタン
価の相当量として、燃料Ｇの各種成分の増加割合を検出
し、さらに、動作値設定手段３２は、その検出結果に基
づいて、湿度調整装置４０の水温を設定して、新気湿度
を設定するように構成されている。詳しくは、動作値設
定手段３２は、燃料Ｇの各種成分の上記基準燃料に対す
る増加割合（エタンの増加割合をΔＡ（％）、プロパン
の増加割合をΔＢ（％）、ブタンの増加割合をΔＣ、炭
素数が５以上の炭化水素の増加割合をΔＤとする。）か
ら、下記の数１に示すように、湿度調整装置４０の水温
Ｔを決定し、新気Ａの湿度をその決定した水温ｔにおけ
る飽和水蒸気圧に設定する。

【００５２】

【数１】Ｔ＝７・ΔＡ＋１０・ΔＢ＋１３・ΔＣ＋１５
・ΔＤ＋１０

【００５３】なお、各種成分の増加割合にかかる係数
は、各種成分の割合が上記基準燃料における割合に対し
て１％増加したときに、ノッキングを防止した運転状態
を維持することができる湿度調整装置４０の水温上昇量
を示し、これらの係数は、予め実験等により求めておく
ことができる。

【００５４】そして、このように構成されたエンジン２
００に供給する燃料Ｇの各種成分の割合を変化させて、
エンジン２００の運転状態を確認したところ、燃料Ｇの
組成を変化させても未然にノッキングを防止して安定し
た運転状態を維持することが確認できた。

【００５５】尚、ここで使用したエンジン２００の各種
動作条件は、以下の通りである。シリンダボア径：１１０ｍｍストローク：１０６ｍｍ気筒数：１圧縮比：１４回転数：１２００ｒｐｍ点火時期：２８ｄｅｇＢＴＤＣ空気過剰率λ（当量比の逆数）：１．６吸気温度：４０℃

【００５６】〔第３実施形態〕本発明の第３実施形態を
図４に基づいて説明する。図４に示すエンジン３００
は、上記第１及び第２実施形態と同様の構成については
説明を割愛するが、ミキサ１０に供給される空気Ａの温
度を調整可能なヒータ装置５０が設けられている。

【００５７】詳しくは、ヒータ装置５０は、温度センサ
５１のによる吸気路１を流通する空気Ａの温度検出を伴
って、電気ヒータ５２の出力をフィードバック制御し
て、空気Ａの温度を調整可能に構成されている。また、
このようなヒータ装置５０としては、熱源として電気以
外にエンジンを冷却した後の冷却水又は排ガス等を用い
ることができ、さらに、気体の温度を調整可能なもので
あれば、如何なるものを使用しても構わない。

【００５８】また、ミキサ１０に供給される空気Ａの温
度、即ちミキサ１０で形成される混合気の温度（新気湿
度）は、低くなるほど、燃焼室５における燃焼温度が低
下して、端末ガス中の自己着火が抑制されて、ノッキン
グを回避することができる。

【００５９】従って、ＥＣＵ３０の動作値設定手段３２
は、特性値検出手段３１の検出結果、即ち、アンチノッ
ク性に関する特性値としての着火温度又はオクタン価又
は何れかの相当量に基づいて、ヒータ装置５０を制御し
て、エンジンの動作値としての新気温度をノッキングを
防止するように設定するように構成することができる。
即ち、動作値設定手段３２は、燃焼室５に供給される燃
料Ｇの特性値としてのアンチノック性に関する特性値と
しての着火温度又はオクタン価又は何れかの相当量が低
下し、ノッキングが発生しやすい状態になるほど、新気
温度を低い側に設定して、ノッキング発生を未然に防止
することができる。逆に、動作値設定手段３２は、燃焼
室５に供給される燃料Ｇの上記特性値が上昇し、ノッキ
ングが発生し難い状態になるほど、新気温度を高い側に
設定して、例えば燃焼温度を上昇させて、高効率化図っ
た運転状態とすることができる。

【００６０】また、上記新気温度は、燃料Ｇとしての天
然ガスの特性値が最も高いアンチノック性を示す高特性
値であるときに、高性能を示すように、初期値が設定さ
れており、動作量設定手段３２は、新気温度をその初期
値を上限界値として、燃料の特性値低下に対して、低い
側に変化させるように構成されている。よって、燃料Ｇ
の特性値が高特性値付近の場合には、動作値設定手段３
２により設定される新気温度は初期値付近となり、でき
るだけ高性能な運転状態を維持し、燃料Ｇの特性値が高
特性値よりも低下した場合にのみ、その新気温度をノッ
キングが回避される側、即ち低い側に変化させることが
できる。

【００６１】〔別実施の形態〕次に、本発明の別の実施
の形態を説明する。〈１〉上記実施形態において、ノッキングを回避する
ために調整されるエンジンの動作値として点火時期又は
新気湿度又は新気温度を例に挙げたが、別に、このよう
な動作値として、例えば新気圧力、シリンダ温度などを
調整しても構わない。

【００６２】〈２〉上記の実施形態において、燃料と
して特に組成の変化が大きいと予測される天然ガスを用
いたが、燃料として、天然ガス以外の炭化水素系気体燃
料、又はガソリン、軽油、重油、アルコール、水素等の
燃料を使用することができる。

【００６３】〈３〉上記実施形態において、特性値検
出手段は、アンチノック性に関する特性値としての着火
温度又はオクタン価又は何れかの相当量を、燃料のガス
クロマトグラフ法等による組成分析又は発熱量分析結果
に基づいて推定算出するように構成したが、別に、上記
特性値を検出するために、実際のオクタン価測定用のエ
ンジン又は気筒において点火時期を変化させながらノッ
キングの発生時期を検出することで上記オクタン価又は
その相当量を検出するようなオクタン価測定装置等を用
いても構わない。

【００６４】〈４〉上記実施の形態において、本発明
に係るエンジン１００，２００，３００を火花点火式エ
ンジンとして構成したが、別に、本発明に係るエンジン
は、燃焼室において圧縮された空気に燃料を噴射して自
己発火させるディーゼルエンジンや、燃焼室において予
混合気を圧縮して自己発火させる予混合圧縮自着火エン
ジンとして構成することができる。また、この場合、動
作値設定手段３２は、燃焼室に供給される燃料Ｇのアン
チノック性に関する特性値として、燃料Ｇの自己着火温
度又はそのの相当量が低下し、燃焼室において燃料の過
早発火が発生しやすい状態になるほど、吸気温度を低下
させたり湿度を上昇させて、上記過早発火を未然に防止
し安定運転を維持するように構成することができる。ま
た、動作値設定手段３２は、特性値として、燃料Ｇのセ
タン化又はその相当量が低下して、燃焼室における着火
性が悪化するほど、吸気温度を上昇させたり湿度を低下
させて、燃焼室における着火性の悪化を未然に防止し安
定運転を維持するように構成することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態を示す概略構成図

【図２】本発明の第２実施形態を示す概略構成図

【図３】図３のエンジンに設ける湿度調整装置の概略構
成図

【図４】本発明の第３実施形態を示す概略構成図

【符号の説明】

１吸気路２吸気弁３排気路４排気弁５燃焼室６ピストン７連結棒８クランク軸９シリンダ１０ミキサ１２シリンダヘッド１３点火プラグ１４イグニションコイル２０分析装置２３クランク角センサ３０ＥＣＵ（エンジン・コントロール・ユニッ
ト）３１特性値検出手段３２動作値設定手段３３ノッキング回避手段４０湿度調整装置５０ヒータ装置Ａ空気（酸素含有ガス）Ｇ燃料

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者守家浩二大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者佐古孝浩大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者西垣雅司大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者薬師寺新吾大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者若林努大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内Ｆターム(参考） 3G022 AA00 EA02 GA00 3G092 AA01 AB02 AB03 AB04 AB05 AB06 AB08 BA09 FA15 FA16 HB05 HB07Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃焼室において燃料と酸素含有ガスとの
混合気を燃焼させ軸動力を得るエンジンの運転制御装置
であって、前記燃焼室に供給される燃料のアンチノック性に関する
特性値を検出する特性値検出手段と、前記特性値検出手段の検出結果に基づいて、前記エンジ
ンの動作値を、安定運転を維持するように設定する動作
値設定手段とを備えた運転制御装置。
【請求項２】前記特性値が、前記燃料の自己着火温度
若しくはその相当量、前記燃料のオクタン価若しくはそ
の相当量、又は、それらを認識可能な値である請求項１
に記載の運転制御装置。
【請求項３】前記動作値としての前記燃焼室における
点火時期を前記動作値設定手段の設定値に基づいて調整
可能に構成され、前記動作値設定手段が、前記特性値が低下するほど、前
記燃焼室における点火時期を遅角側に設定するように構
成されている請求項１又は２に記載の運転制御装置。
【請求項４】前記動作値としての前記燃焼室に吸気さ
れる新気湿度を前記動作値設定手段の設定値に基づいて
調整可能に構成され、前記動作値設定手段が、前記特性値が低下するほど、前
記新気湿度を高い側に設定するように構成されている請
求項１から３の何れか１項に記載の運転制御装置。
【請求項５】前記新気に対する加湿量を調整して前記
新気湿度を調整するように構成されている請求項４に記
載の運転制御装置。
【請求項６】前記動作値としての前記燃焼室に吸気さ
れる新気温度を前記動作値設定手段の設定値に基づいて
調整可能に構成され、前記動作値設定手段が、前記特性値が低下するほど、前
記新気温度を低い側に設定するように構成されている請
求項１から５の何れか１項に記載の運転制御装置。
【請求項７】前記動作値の初期値が、高特性値の燃料
に対応した値に設定されている請求項１から６の何れか
１項に記載の運転制御装置。
【請求項８】前記燃料が天然ガスである請求項１から
７の何れか１項に記載の運転制御装置。
【請求項９】燃焼室において燃料と酸素含有ガスとの
混合気を燃焼させ軸動力を得るエンジンであって、請求
項１から８の何れか１項に記載の運転制御装置を備えた
エンジン。