JP2004108153A

JP2004108153A - デュアルフューエルエンジン

Info

Publication number: JP2004108153A
Application number: JP2002267916A
Authority: JP
Inventors: Jun Saito; 斉　藤　　　準; Teruhiro Sakurai; 桜　井　輝　浩; Tatsuo Sakonji; 左近司　樹　生; Takami Hirashima; 平　島　孝　美; Yoshinori Okano; 岡　野　義　徳
Original assignee: UD Trucks Corp; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: UD Trucks Corp; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2002-09-13
Filing date: 2002-09-13
Publication date: 2004-04-08

Abstract

【課題】スロットル開度が大きい高負荷時には本来の目的である軽油着火ガスエンジンとして運転し、微量軽油での着火が困難な低負荷時には軽油のみを燃料とするディーゼルエンジンとして運転するように、エンジンを停止することなく自動的に切替える装置の提供。
【解決手段】気体燃料と空気との混合物からなる１次燃料の供給系（６、７、３０、４０）と、液体燃料からなる２次燃料の供給系（２、３、４）、とを備えたデュアルフューエルエンジン（１）において、エンジン負荷を検出する負荷検出手段（２４）と、エンジン負荷が所定値未満である場合に２次燃料の供給量を増加し且つ１次燃料の供給を遮断する制御を行うように構成された制御手段（１０）と、を有していることを特徴とする。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、気体燃料と空気との混合物からなる１次燃料の供給系と、液体燃料からなる２次燃料の供給系、とを備えたデュアルフューエルエンジンのガスエンジン運転とディーゼルエンジン運転の切替え制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
軽油着火方式ガスエンジンの負荷制御は、一定の微量軽油を噴射した上で、スロットルで混合気の流量を加減して行っている。そのような方法では、負荷が低く、スロットルの開度が小さい場合は、過給圧力が低くなり、シリンダ内の圧縮圧力が低下して微量の軽油では着火が困難となる。
【０００３】
そのような問題に対処するために、運転中の気体燃料と液体燃料との流量および負荷を検知して、負荷に対応した気体および液体燃料の流量を制御装置に予め入力されている制御マップにより演算・決定し、その流量になるように制御する方法が提案されている（特開平１１−１６６４３３号公報）が、所謂電子制御を必要とし、装置が複雑且つ高価になるという問題を抱えていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、スロットル開度が大きい高負荷時には本来の目的である軽油着火方式ガスエンジンとして運転し、微量軽油での着火が困難な低負荷時には軽油のみを燃料とするディーゼルエンジンとして運転するように、エンジンを停止することなく自動的に切替える装置を提供するにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明のデュアルフューエルエンジンは、気体燃料と空気との混合物からなる１次燃料の供給系（６、７、３０、４０）と、液体燃料からなる２次燃料の供給系（Ａ）、とを備えたデュアルフューエルエンジン（１）において、エンジン負荷を検出する負荷検出手段（２４）と、エンジン負荷が所定値未満である場合に２次燃料の供給量を増加し且つ１次燃料の供給を遮断する制御を行うように構成された制御手段（１０）、とを有していることを特徴とする（請求項１）。
【０００６】
また、本発明のデュアルフューエルエンジンは、気体燃料と空気との混合物からなる１次燃料の供給系（６、７、３０、４０）と、液体燃料からなる２次燃料の供給系（Ａ）、とを備えたデュアルフューエルエンジン（１）において、１次燃料或いはその組成物である気体燃料の供給量検出手段（３２）と、１次燃料の供給量或いは気体燃料の供給量が所定値未満である場合に２次燃料の供給量を増加し且つ１次燃料の供給を遮断する制御を行うように構成された制御手段（１０）、とを有している（請求項２）。
【０００７】
さらに、本発明のデュアルフューエルエンジン（１）は、２次燃料の供給量を増加し且つ１次燃料の供給量が遮断された場合（Ｓ７）に、ディーゼル運転を実行（Ｓ８）する（請求項３）。
【０００８】
そして、１次燃料の供給量が遮断されていない場合には、２次燃料は着火工程でのみ消費される（請求項４）。
【０００９】
前記１次燃料の供給系のミキサ（６）よりもエンジン（１）よりの領域（４０）には過給機（６０）が介装されている（請求項５）。
【００１０】
【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。
先ず、図１〜図６を参照して第１実施形態を説明する。
【００１１】
図１において、気体燃料（例えば都市ガス）と空気との混合物からなる１次燃料の供給系と、液体燃料（例えば軽油）からなる２次燃料の供給系、とを備えた軽油着火方式ガスエンジン（請求項１〜５ではデュアルフューエルエンジン；以降、デュアルフューエルエンジンを軽油着火方式ガスエンジン、又は単にエンジンと言う）１は、１次燃料供給系として、途中にガス遮断弁Ｖを介装したガス供給管３０と、該ガス供給管３０から供給されるガスを合流させ、空気とガスとを適切な割合で混合するミキサ６と、スロットル７を介装し、該ミキサ６からガスと空気の混合ガスを図示しない吸気マニフォルドに供給する吸気管４０、とによって構成されている。
【００１２】
なお、前記ガス供給管３０のガス遮断弁Ｖの上流側にはガス圧センサ（請求項２では気体燃料の供給量検出手段；以降、気体燃料の供給量検出手段をガス圧センサという）３２が介装されており、ガス圧信号が信号ラインＬ０によって後述のコントロールボックス（請求項１、２では制御手段；以降、制御手段をコントロールボックスという）１０に送られている。
【００１３】
前記スロットル７は、ガバナアクチュエータ８で開閉を制御され、該ガバナアクチュエータ８はエンジン回転が設定された回転になるように信号ラインＬ１を介してガバナコントロールユニット９によって制御される。
また、ガバナアクチュエータ８は信号ラインＬ２を介してガバナコントロールユニット９にスロットル開度信号を与える。
換言すれば、ガバナコントロールユニット９は、後述の総合燃料制御手段であるコントロールボックス１０から、信号ラインＬ３を介してエンジン回転設定信号を受け、エンジンが設定された回転数になるようにガバナアクチュエータ８に制御信号を発信し、ガバナアクチュエータ８はその制御信号に基づきスロットル７の開度を制御する。
なお、ガバナアクチュエータ８とガバナコントロールユニット９とで電気ガバナＢが構成されている。
【００１４】
また、軽油着火方式ガスエンジン１は、２次燃料供給系（燃料噴射装置）Ａとして、軽油を排出するサプライポンプ２と、コモンレール３と、前記サプライポンプ２とコモンレール３とを接続する液体燃料供給管２３と、前記コモンレール３と液体燃料分岐管３４で接続され各シリンダに燃料を噴射するインジェクタ４、とによって構成されている。
【００１５】
２次燃料供給系（燃料噴射装置）Ａの制御として、コモンレールＥＣＵ（燃料噴射装置ＥＣＵ）５は、エンジン１に設けられた回転センサ１２からの信号を信号ラインＬ４を介して受け、前記サプライポンプ２に信号ラインＬ５を介して噴射圧制御信号を与え、前記インジェクタ４に信号ラインＬ６を介して例えば燃料噴射間隔（進角）および、燃料噴射時間に関する制御信号を与える。
【００１６】
総合燃料制御手段であるコントロールボックス１０は、エンジン負荷の供与先である、例えば発電機２０の負荷を信号ラインＬ７によって発電機制御盤２２を経由して受ける。また、コントロールボックス１０は、前記コモンレールＥＣＵ５に、信号ラインＬ８を介してガス運転、ディーゼル運転の切替え信号を送ると共に、信号ラインＬ９を介してガス遮断弁Ｖに開閉の制御信号を送る。
【００１７】
なお、図２は本実施形態全体構成を示した図１に対して、専ら制御系として必要な要素
（構成）のみを抽出したブロック図であり、図２の検出スイッチ（アラームセッタ）２４は図１の発電機制御盤２２に含まれるものであるが、発電機２０側に直接設けてもよい。
【００１８】
次に、図３、図４の燃料噴射制御マップについて説明する。
図２、図３は共に横軸にエンジン回転数をとり、縦軸にスロットル開度（％）、及び液体燃料（軽油）の噴射量（％）をとっている。また、図２、図３の何れも、ａ線がスロットル７の開度を、ｂ線が軽油噴射量、ｃ線がガス遮断弁Ｖの開度を示している。
図２（ＭＡＰ１）は、ガス運転時の制御マップであり、図３（ＭＡＰ２）は、ディーゼル運転時の制御マップである。
【００１９】
次に、図３、図４の燃料噴射制御マップ、および図５の運転切替え制御フローチャートを参照して、ガス運転とディーゼル運転の切替え制御方法を説明する。
【００２０】
ステップＳ１において、ガス圧センサ３２からガス圧信号が信号ラインＬを介してコントロールボックス１０に送られる。
【００２１】
次のステップＳ２において、コントロールボックス１０は燃料ガスが供給されているか否かを判断して、ガスが所定量供給されていれば（ステップＳ２のＹＥＳ）、ステップＳ３に進み、ガス供給量が所定量に満たない場合（ステップＳ３のＮＯ）は、ステップＳ７に進む。
【００２２】
ステップＳ３ではコントロールボックス１０は、負荷検出スイッチであるアラームセッタ２４及び信号ラインＬ７を介して負荷信号を受け、ステップＳ４において負荷が設定値以上であるか否かを判断する。
負荷が設定値以上（高負荷でガス運転を行いたい；ステップＳ４のＹＥＳ）であれば、ステップＳ５に進み、設定値未満（低負荷及び始動開始直後でディーゼル運転を行いたい；ステップＳ４のＮＯ）であれば、ステップＳ７に迂回する。
【００２３】
ステップＳ５では、設定値以上の負荷情報を受けたコントロールボックス１０は、信号ラインＬ８を介してコモンレールＥＣＵ５に制御信号を送る。
信号を受信したコモンレールＥＣＵ５は、噴射量マップＭＡＰ１（ガス運転時の制御マップ；図３）を選び、該マップＭＡＰ１により軽油噴射量を制御する。すなわち、信号ラインｌ６を介して、ユニットインジェクタにＭＡＰ１（ａ線）に従って燃料噴射量を噴射させる。同時にエンジン回転の情報は信号ラインＬ３を介して電気ガバナＢに発信され、電気ガバナＢはスロットル７を全開状態に制御する。その際、ガス遮断弁Ｖは全開状態に制御されている。
【００２４】
そのようにしてガス運転が行われる（ステップＳ６）。
エンジンが１５００ｒｐｍで運転される限り、軽油の噴射量はマップＭＡＰ１で示されるごとく微量な一定値を維持する。
【００２５】
ステップＳ７では、低負荷の情報を受けたコントロールボックス１０は、コモンレールＥＣＵ５に制御信号を送る。
信号を受信したコモンレールＥＣＵ５は、噴射量マップＭＡＰ２（ディーゼル運転時の制御マップ；図４）を選び、該マップＭＡＰ２によりエンジン回転数が１５００ｒｐｍとなるように噴射量を制御する。
【００２６】
一方、ガス遮断弁Ｖは閉じられ、燃料ガスが遮断される。
同時に、ガバナコントロールユニット９とガバナアクチュエータ８で構成される電気ガバナＢの設定回転は定格回転（１５００ｒｐｍ）より高い回転、例えば１６００ｒｐｍに設定される。
ガスが供給されないので、エンジン回転数はコモンレールＥＣＵ５に依存し、電気ガバナＢの設定回転数まで上がることはない。そのため、常にスロットル７は全開状態を保つ。すなわち、ディーゼル運転が行われる（ステップＳ８）。
【００２７】
コントロールボックス１０は、ガス運転（ステップＳ６）、又はディーゼル運転（ステップＳ８）が行われている際に常に運転を終了するか否かを判断しており（ステップＳ９）、その運転状態を終了すると判断した場合（ステップＳ９のＹＥＳ）は運転を終了する。また、運転を終了しないのであれば（ステップＳ９のＮ０）、制御は元のステップＳ１に戻る。
【００２８】
次に、図６を参照して、第２実施形態を説明する。
図６の第２実施形態は、図１〜図６の第１実施形態に対して、１次燃料の供給系である吸気管４０の、ミキサ６とスロットル７の間に過給機４５を介装したもので、エンジン出力を向上させる以外、本発明に関わる制御に関しては大きな違いはない。
【００２９】
係る構成及び制御方法のデュアルフューエルエンジンによれば、軽油着火方式ガスエンジン１を駆動源とする発電装置２０が、本来有している燃料噴射装置Ａのマップ制御機能、電気ガバナＢの回転制御機能、発電機２０の負荷信号機能と、簡単安価で且つ信頼性の高い電気回路を有するコントロールボックス１０、とを組み合わせることにより、ディーゼル運転、ガス運転の全自動切替を行うことが出来る。
【００３０】
ここで、本発明の特徴を以下にまとめて述べる。
軽油着火方式ガスエンジンの狙いは、軽油の強力な着火エネルギーにより点火プラグでは実現不可能な希薄燃焼を行い、ＮＯｘを減少させようとするものである。しかしながら、低負荷ガス運転を行うため軽油噴射量を増加させると、希薄燃焼であってもＮＯｘが増加することが知られている。
また、軽油着火方式ガスエンジンの主たる用途であるコージェネレーションシステムでは、経済的な理由から、低負荷での連続運転が行われることはなく、低負荷ディーゼル運転は始動時及び暖気時に限定されると考えてよい。
本発明は発・停時のみにディーゼル運転を行い、実用域ではガス運転に切替える運転方式を全自動で行うことが出来る。
さらに災害等で、燃料ガスが遮断された際に、ガス圧（低圧）信号をコントロールボックス１０に受信させることにより、全負荷域でディーゼル運転とすることも可能である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列記する。
（１）　軽油着火方式ガスエンジンを駆動源とする発電装置が、本来有している燃料噴射装置のマップ制御機能、電気ガバナの回転制御機能、発電機の負荷信号機能と、簡単安価で且つ信頼性の高い電気回路を有する制御手段、とを組み合わせることにより、ディーゼル運転、ガス運転の全自動切替を行うことが出来る。
（２）　発・停時のみにディーゼル運転を行い、実用域ではガス運転に切替える運転方式を全自動で行うことが出来る。
（３）　災害等で、燃料ガスが遮断された際に、ガス圧（低圧）信号を制御手段に受信させることにより、全負荷域でディーゼル運転とすることが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の装置全体を示す全体構成図。
【図２】本発明の要旨である制御関連の構成を示すブロック図。
【図３】ガス運転時の制御マップ。
【図４】ディーゼル運転時の制御マップ。
【図５】運転切替えの制御の流れを示す制御フローチャート。
【図６】本発明の第２実施形態の装置全体を示す全体構成図。
【符号の説明】
１・・・軽油着火方式ガスエンジン
２・・・サプライポンプ
３・・・コモンレール
４・・・インジェクタ
５・・・燃料噴射装置ＥＣＵ／コモンレールＥＣＵ
６・・・ミキサ
７・・・スロットル
８・・・ガバナアクチュエータ
９・・・ガバナコントロールユニット
１０・・・コントロールボックス
１２・・・回転センサ
２０・・・発電機
２２・・・発電機制御版
２４・・・検出スイッチ／アラームセッタ
３２・・・ガス圧センサ
Ａ・・・２次燃料供給系／燃料噴射装置
Ｂ・・・電気ガバナ
Ｖ・・・ガス遮断弁

Claims

気体燃料と空気との混合物からなる１次燃料の供給系と、液体燃料からなる２次燃料の供給系、とを備えたデュアルフューエルエンジンにおいて、エンジン負荷を検出する負荷検出手段と、エンジン負荷が所定値未満である場合に２次燃料の供給量を増加し且つ１次燃料の供給を遮断する制御を行うように構成された制御手段、とを有していることを特徴とするデュアルフューエルエンジン。
気体燃料と空気との混合物からなる１次燃料の供給系と、液体燃料からなる２次燃料の供給系、とを備えたデュアルフューエルエンジンにおいて、１次燃料或いはその組成物である気体燃料の供給量検出手段と、１次燃料の供給量或いは気体燃料の供給量が所定値未満である場合に２次燃料の供給量を増加し且つ１次燃料の供給を遮断する制御を行うように構成された制御手段、とを有していることを特徴とするデュアルフューエルエンジン。
２次燃料の供給量を増加し且つ１次燃料の供給量が遮断された場合に、ディーゼル運転を実行する請求項１、２のデュアルフューエルエンジン。
１次燃料の供給量が遮断されていない場合には、２次燃料は着火工程でのみ消費される請求項１〜３の何れかのデュアルフューエルエンジン。
前記１次燃料の供給系のミキサよりもエンジンよりの領域には過給機が介装されている請求項１〜４の何れか１項のデュアルフューエルエンジン。