JP2004108154A

JP2004108154A - デュアルフューエルエンジン

Info

Publication number: JP2004108154A
Application number: JP2002267941A
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
Anticipated expiration: 2022-09-13
Also published as: JP4052508B2

Abstract

【課題】デュアルフューエルエンジンの運転において、負荷が急激に変化し、エンジン回転が変動しても速やかに定格運転に復帰・安定させる回転制御方法及び装置の提供。
【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、４５、４７）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、前記エンジン（１）はリーンバーンエンジンであり、１次燃料の供給系のミキサ（６）よりもエンジン（１）側の領域には過給機（４５）が介装されており、エンジン回転数を検出する回転数検出手段（１２）と、エンジン回転数が所定値未満である場合に２次燃料の供給量を増加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。
【選択図】　図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、空気と気体燃料（例えば都市ガス）とをミキサ等を介して混合し吸気管から供給する主燃料（１次燃料）と、少量の液体燃料（例えば軽油）を燃料噴射装置（コモンレール式噴射装置）によってパイロット噴射させ、着火源とする２次燃料を有するデュアルフューエルエンジンにおけるエンジン回転制御に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
コジェネレーションシステムにおいて、エンジンは負荷に拠らず常に一定で安定した回転速度を要求される。デュアルフューエルエンジンは電気ガバナがエンジン回転を検知し、スロットル弁を制御することにより、１次燃量である空気と気体燃料の混合気流量を増減させて、エンジン回転数を一定に保っている。
しかし、負荷が急激に変化し、それに伴ってエンジン回転が急激に落ち込んだり、上昇したときにスロットル弁による回転制御では、定格回転に復帰・安定するまでに時間がかかってしまうという問題がある。
【０００３】
【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、デュアルフューエルエンジンの運転において、負荷が急激に変化し、エンジン回転が変動しても速やかに定格運転に復帰・安定させる回転制御方法及び装置を提供することである。
【０００４】
【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、４５、４７）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、前記エンジン（１）はリーンバーンエンジンであり、１次燃料の供給系のミキサ（６）よりもエンジン（１）側の領域には過給機（４５）が介装されており、エンジン回転数を検出する回転数検出手段（１２）と、エンジン回転数が所定値未満である場合に２次燃料の供給量を増加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１）。
【０００５】
また、本発明のデュアルフューエルエンジン（１）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、４５、４７）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、前記エンジン（１）はリーンバーンエンジンであり、１次燃料の供給系のミキサ（６）よりもエンジン（１）側の領域には過給機（４５）が介装されており、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、一次燃料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）。
【０００６】
前記制御手段（１０）は、エンジン回転数が所定値を超えた場合に、１次燃料の供給系（４０）に介装されたスロットル弁（７）を閉じる制御を行うように構成されている（請求項３）。
【０００７】
また、前記制御手段（１０）は、エンジン回転数及び／又はエンジン負荷が所定値を超えた場合に、２次燃料の噴射量を最小にする制御を行うように構成されている（請求項４）。
【０００８】
【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。
【０００９】
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主燃料（１次燃料）と、少量の液体燃料（例えば軽油）を燃料噴射装置によってパイロット噴射させ、着火源とする２次燃料を有する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単に「エンジン」とも言う）１はリーンバーンエンジンであり、主燃料供給系として、途中にガス流量制御弁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、とを有している。
【００１０】
前記吸気管４０には、ミキサ６とスロットル７の間の領域に、上流から順に過給機４５とインタークーら４７が介装されている。
【００１１】
前記スロットル７は、リンク１３を介してガバナアクチュエータ８で開閉駆動され、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はエンジン１に設けた回転センサ１１から信号ラインＬ３を介してエンジン回転信号を受け、エンジン１が設定された回転数になるように信号ラインＬ１を介して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。
【００１２】
また、ガスエンジン１は、着火用及び軽負荷時用の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。
【００１３】
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に設けられた回転及び角度センサ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、前記各インジェクタ４毎に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信号ラインＬ６を介して与える。
【００１４】
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の制御を担う発電機制御盤２２を介して負荷信号を受けて、前記ガバナコントロールユニット９および前記コモンレールＥＣＵ５に、夫々信号ラインＬ９、Ｌ１０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Ｌ１２を介してガス流量弁Ｖの開閉を行う。
なお、負荷信号検出手段としては、図示では発電機２０側に設けた負荷センサ２４及び信号ラインＬ７、Ｌ８を用いているが、発電機制御盤２２で得られる発電量を直接負荷信号として用いてもよい。
【００１５】
次に、図２の制御マップについて説明する。
図２の制御マップは、横軸にエンジン回転数をとり、縦軸にスロットル開度（％）、及び軽油の噴射量（％）をとっている。
実線（ａ線）は、スロットル開度を表す。
エンジン回転が定格回転（ここでは１５００ｒｐｍ）で一定になるように電機ガバナＢでスロットル開度が制御され、混合気流量がコントロールされる。
点線（ｂ線）は、２次燃料である着火噴射量マップである。
負荷が一定で、エンジン回転が定格回転付近に安定しているときは、着火噴射量は微量噴射量（約Ｑ＝３ｍｍ^３／ｓｔ）一定で支持される。
一点鎖線（ｃ線）は、急激な負荷変動による回転の落ち込みを復帰・安定させるための噴射量マップである。
回転の落ち込み量に応じて、液体燃料噴射量を増加させている。
【００１６】
本発明の本旨である、急激な負荷変動を発生した場合の制御について、前述の図２及び制御フローチャートである図３（制御フローチャート）を用いて説明する。
【００１７】
先ず、図２の制御マップを参照して、エンジン１をスタートさせ、スロットル７を全開させ軽油の噴射量も１００％とする。するとエンジンは着火し、回転数を次第に上げる（以上、ａ線のａ１点→ａ２点、及びｂ線のｂ１点→ｂ２’点）。
定格回転１５００ｒｐｍに近づくと共にスロットル開度を急激に減少させ、軽油噴射量は一気に、例えば前述の安定しているときの着火噴射量Ｑ＝３ｍｍ^３／ｓｔまで下げる（ａ２点→ａ３点、及びｂ２’点、→ｂ２点→ｂ３点→ｂ４点）。
なお、定格回転１５００ｒｐｍを維持するために、スロットルは開閉を繰り返し行う。
【００１８】
次にフローチャート（図３）のステップＳ１において、前記負荷センサ２４によって発電機２０における負荷を発電機制御盤２２を経由して検出する。
【００１９】
次のステップＳ２において、コントロールボックス１０は前記負荷センサ２４からの信号によって負荷状態は安定か、それとも急激に変動しているかを判断する。
安定していれば（ステップＳ２の安定している）、ステップＳ３に進み、急激に変動している場合（ステップＳ２の急激に変動）は、ステップＳ４に進む。
【００２０】
安定のステップＳ３ではコントロールボックス１０は、スロットル開度を定格回転を維持するように制御する（図２のマップのａ線のａ２〜ａ３の間）。そしてステップＳ７に進む。
【００２１】
一方、急激に変動のステップＳ４では、コントロールボックス１０は、エンジン回転が急激に上昇か、急激に低下かを判断して、エンジン回転数が急激に上昇していればステップＳ５に進み、急激に低下していればステップＳ６に進む。
【００２２】
エンジン回転が急激に上昇のステップＳ５では、コントロールボックス１０はガバナコントロールユニット９に制御信号を発信し、ガバナコントロールユニット９はガバナアクチュエータ８を介してスロットル７の開度を閉じ、エンジン回転は抑制される。そしてステップＳ７に進む。
【００２３】
一方、エンジン回転が急激に低下のステップＳ６では、コントロールボックス１０はガバナコントロールユニット９に制御信号を発信し、ガバナコントロールユニット９はガバナアクチュエータ８を介してスロットル７の開度を全開とする（図２のマップにおいて、ａ線のａ_２点以前に復帰）。そしてステップＳ８に進む。
【００２４】
ステップＳ７では、コントロールボックス１０は、燃料噴射装置の制御手段である、例えばコモンレールＥＣＵ５に制御信号を発信して着火噴射量をＱ＝３ｍｍ^３／ｓｔにセットする（図２のマップのｂ線のｂ３点〜ｂ４点の間）。するとエンジン回転数は一定（定格回転；１５００ｒｐｍ）を維持して運転が続行される（ステップＳ９）。
【００２５】
ステップＳ８では、コントロールボックス１０は、コモンレールＥＣＵ５に制御信号を発信して、コモンレールＥＣＵ５は回転復帰のために回転低下時のマップ（ｃ線）に切換わり液体燃料（軽油）の噴射量をｃ線のｃ２点からｃ１点に向かって増量する。するとエンジンは速やかに回転を復帰し、回転数は再び定格回転数である１５００ｒｐｍを維持して運転が続行される（ステップＳ９）。
【００２６】
上述のような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、急激な負荷変動及びそれに伴う急激なエンジン回転の変動を監視しており、２次燃料である液体燃料の噴射量マップとして、着荷噴射量マップと、回転低下時の噴射量マップの二つが用意され、特に急激なエンジン回転数の低下の場合には、着火噴射量マップ（ａ線）から、回転低下時の噴射量マップ（ｃ線）に自動的に切換わり、回転低下を復帰させる液体噴射量が得られ、速やかにエンジン回転数が定格回転数まで復帰し、安定化する。
【００２７】
装置全体として、デュアルフューエルエンジン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、上記のような制御を可能とすることが出来る。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列記する。
（１）　急激な負荷変動及びそれに伴う急激なエンジン回転の変動を監視しており、２次燃料である液体燃料の噴射量マップとして、着荷噴射量マップと、回転低下時の噴射量マップの二つが用意され、特にエンジン回転数の急激な低下の場合には、着火噴射量マップから、回転低下時の噴射量マップに自動的に切換わり、回転低下を復帰させる液体噴射量が得られ、速やかにエンジン回転数が定格回転数まで復帰し、安定化する。
（２）　装置全体として、負荷側が発電装置である場合、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、（１）のような制御を可能とすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の装置全体を示す全体構成図。
【図２】本発明の実施形態における２次燃料である液体燃料の二つの噴射パターンを同時に示した噴射量マップ
【図３】本発明の実施形態におけるエンジン回転制御方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
１・・・デュアルフューエルエンジン
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
１１・・・回転センサ
２０・・・発電機
２２・・・発電機制御版
２４・・・負荷センサ
Ｖ・・・ガス流量弁

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、前記エンジンはリーンバーンエンジンであり、１次燃料の供給系のミキサよりもエンジン側の領域には過給機が介装されており、エンジン回転数を検出する回転数検出手段と、エンジン回転数が所定値未満である場合に２次燃料の供給量を増加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、前記エンジンはリーンバーンエンジンであり、１次燃料の供給系のミキサよりもエンジン側の領域には過給機が介装されており、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、一次燃料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。
前記制御手段は、エンジン回転数が所定値を超えた場合に、１次燃料の供給系に介装されたスロットル弁を閉じる制御を行うように構成されている請求項１、２の何れかのデュアルフューエルエンジン。
前記制御手段は、エンジン回転数及び／又はエンジン負荷が所定値を超えた場合に、２次燃料の噴射量を最小にする制御を行うように構成されている請求項１〜３の何れか１項のデュアルフューエルエンジン。