JP2008208805A - 給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジン - Google Patents
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Abstract
【課題】給気放出量が少なく主給気放出弁が低開度となる高負荷運転域において、主給気放出弁の圧力損失を低減するとともに該主給気放出弁のチャタリング(微小振動)発生を防止することにより、空燃比の変動を抑制して高精度の空燃比制御を可能とし、且つ前記チャタリングに伴う主給気放出弁の破損の発生防止した給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンを提供する。
【解決手段】過給機のコンプレッサとエンジンとを接続する給気通路の途中から分岐された給気放出通路の通路面積を調整する主給気放出弁の開度を調整することによりエンジンの空燃比を制御するように構成されたエンジンにおいて、給気放出通路の主給気放出弁の出口側にこれと直列に副給気放出弁を設置するとともに、エンジンのエンジン負荷を含むエンジン運転条件により主給気放出弁の開度を制御する放出弁コントローラを設け、副給気放出弁は放出弁コントローラによる制御とは切り離されて所定開度に開度設定がなされるように構成されたことを特徴とする。
【選択図】図1
【解決手段】過給機のコンプレッサとエンジンとを接続する給気通路の途中から分岐された給気放出通路の通路面積を調整する主給気放出弁の開度を調整することによりエンジンの空燃比を制御するように構成されたエンジンにおいて、給気放出通路の主給気放出弁の出口側にこれと直列に副給気放出弁を設置するとともに、エンジンのエンジン負荷を含むエンジン運転条件により主給気放出弁の開度を制御する放出弁コントローラを設け、副給気放出弁は放出弁コントローラによる制御とは切り離されて所定開度に開度設定がなされるように構成されたことを特徴とする。
【選択図】図1
Description
本発明は、ガスエンジン、デュアルフュエルエンジン等に適用され、給気通路の途中から分岐されて大気中に開放される給気放出通路の通路面積を調整する主給気放出弁をそなえ、主給気放出弁の開度を調整することによりエンジンの空燃比を制御するように構成された給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンに関する。
ガスエンジンにおいては、過給機のコンプレッサとエンジンとを接続する給気通路側の、ガス供給部よりも上流部位から分岐されて大気中に開放される給気放出通路を設けるとともに、該給気放出通路にこれの通路面積を調整する主給気放出弁を設けて、エンジン負荷等のエンジン運転条件によって該主給気放出弁の開度を変化させて、給気通路からの給気放出量を調整することにより、空燃比を制御する手段が多く採用されている。
図8は、かかる給気放出式空燃比制御装置をそなえたガスエンジンの給気系の概略系統図である。
図8において、符号100で示されるエンジンは多シリンダの4サイクルガスンジンであり、過給機101のコンプレッサ101bにより圧送された空気は、給気管103を通り、給気冷却器104で冷却、降温された後、ガス供給部105において図示しない燃料ガス管からガス量調整弁を通して供給された燃料ガスと混合され、該ガス供給部105からの混合気が前記エンジンの燃焼室に供給されて、燃焼に供される。該エンジン100での燃焼後の排気ガスは、排気管102を通って前記過給機101の排気タービン101aに送り込まれて、該排気タービン101aを駆動する。
図8において、符号100で示されるエンジンは多シリンダの4サイクルガスンジンであり、過給機101のコンプレッサ101bにより圧送された空気は、給気管103を通り、給気冷却器104で冷却、降温された後、ガス供給部105において図示しない燃料ガス管からガス量調整弁を通して供給された燃料ガスと混合され、該ガス供給部105からの混合気が前記エンジンの燃焼室に供給されて、燃焼に供される。該エンジン100での燃焼後の排気ガスは、排気管102を通って前記過給機101の排気タービン101aに送り込まれて、該排気タービン101aを駆動する。
前記過給機101のコンプレッサ101bとエンジン100とを接続する給気管103には、前記ガス供給部105よりも上流部位から給気放出管10が分岐され、前記給気管10内の空気の一部を、該給気放出管10を通して大気中に放出可能としている。前記給気放出管10には、これの通路面積を調整する主給気放出弁1が設けられており、該主給気放出弁1は、放出弁コントローラ3によって、エンジン負荷等のエンジン運転条件に従い開度を変化せしめられて、前記給気管10からの給気放出量を調整することにより、前記エンジン10の空燃比を制御するようになっている。
尚、ガスエンジンの燃料流量に基づく必要空気量と給気圧力及び給気温度に基づく実空気量とにより、実空気量を必要空気量に一致させるように空燃比を制御する手段が特許文献1(特開2003−262139号公報)に提供されている。
しかしながら、前記従来技術にはつぎのような解決すべき問題点がある。
図9は、図8に示されるような、ガスエンジンにおける空燃比をベースにした運転性能線図である。図9のように、かかるガスエンジンは、ディーゼルエンジン等に比べてノッキングや失火が発生し易いため、ノッキング域と失火域に挟まれた狭い運転域で、且つ効率ηの高い運転域Zに対応する空燃比A/Fで運転することが要求される。
図9は、図8に示されるような、ガスエンジンにおける空燃比をベースにした運転性能線図である。図9のように、かかるガスエンジンは、ディーゼルエンジン等に比べてノッキングや失火が発生し易いため、ノッキング域と失火域に挟まれた狭い運転域で、且つ効率ηの高い運転域Zに対応する空燃比A/Fで運転することが要求される。
前記空燃比A/Fを制御するには、前述のように、給気管103から分岐された給気放出管10を通しての給気放出量を主給気放出弁1の開度調整によって制御しているが、
図10に示すエンジン負荷と主給気放出弁の開度特性線図に示されているように、エンジン負荷が100%に近い高負荷になって給気放出量が少なくなり、主給気放出弁1の開度θaが小さく且つ図にクロス線で示されている該主給気放出弁1の開度調整範囲も、たとえば中負荷のエンジン負荷40%のときの開度θa1における開度調整範囲よりもきわめて狭くなる。
図10に示すエンジン負荷と主給気放出弁の開度特性線図に示されているように、エンジン負荷が100%に近い高負荷になって給気放出量が少なくなり、主給気放出弁1の開度θaが小さく且つ図にクロス線で示されている該主給気放出弁1の開度調整範囲も、たとえば中負荷のエンジン負荷40%のときの開度θa1における開度調整範囲よりもきわめて狭くなる。
このため、かかる従来技術にあっては、主給気放出弁の開度を小さくして給気放出通路を通しての給気放出量が少なくなるように制御する高負荷運転域では、主給気放出弁1の微小開度制御によって圧力損失が大きくなって空燃比のばらつきが発生し易くなる。
また、前記微小開度制御に伴って主給気放出弁1のチャタリング(微小振動)が発生し易くなって、該チャタリングによる主給気放出弁1の破損を誘発するとともに、空燃比の変動が発生する。
また、前記微小開度制御に伴って主給気放出弁1のチャタリング(微小振動)が発生し易くなって、該チャタリングによる主給気放出弁1の破損を誘発するとともに、空燃比の変動が発生する。
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、給気放出量が少なく主給気放出弁が低開度となる高負荷運転域において、主給気放出弁の圧力損失を低減するとともに該主給気放出弁のチャタリング(微小振動)の発生を防止することにより、空燃比の変動を抑制して高精度の空燃比制御を可能とし、且つ前記チャタリングに伴う主給気放出弁の破損の発生を防止した給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンを提供することを目的とする。
本発明はかかる目的を達成するもので、過給機のコンプレッサとエンジンとを接続する給気通路の途中から分岐されて大気中に開放される給気放出通路と、該給気放出通路の通路面積を調整する主給気放出弁とをそなえ、前記主給気放出弁の開度を調整することにより前記エンジンの空燃比を制御するように構成された給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンにおいて、前記給気放出通路の前記主給気放出弁の出口側に該主給気放出弁と直列に副給気放出弁を設置するとともに、前記エンジンのエンジン負荷を含むエンジン運転条件により前記主給気放出弁の開度を制御する放出弁コントローラを設け、前記副給気放出弁は放出弁コントローラによる制御とは切り離されて所定開度に開度設定がなされるように構成されたことを特徴とする。
かかる発明において、具体的には次のように構成するのが好ましい。
(1)前記副給気放出弁は、前記エンジン負荷により開度を調整可能に構成される。
(2)前記副給気放出弁は、その開度を予め一定開度に設定される。
かかる発明において、具体的には次のように構成するのが好ましい。
(1)前記副給気放出弁は、前記エンジン負荷により開度を調整可能に構成される。
(2)前記副給気放出弁は、その開度を予め一定開度に設定される。
また、かかる発明において好ましくは、前記エンジン負荷が一定負荷を超える高負荷運転域では前記副給気放出弁の開度により前記給気放出通路の通路面積を規制するとともに、前記放出弁コントローラは前記一定負荷以下の中、低負荷運転域では前記主給気放出弁の開度制御を、前記エンジン性能値をフィードバックしたフィードバック制御により行い、前記高負荷運転域では前記主給気放出弁の開度を前記副給気放出弁の開度よりも大きい開度に保持するように構成される。
また、次の構成も本発明に含まれる。
(1)前記給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンにおいて、給気放出通路の主給気放出弁の出口側に該主給気放出弁と直列に絞り一定の固定オリフィスを設置するとともに、エンジンのエンジン負荷を含むエンジン運転条件により前記主給気放出弁の開度を制御する放出弁コントローラを設け、該放出弁コントローラはエンジン負荷が一定負荷を超える高負荷運転域では前記主給気放出弁の開度を前記固定オリフィスの通路面積よりも大きい開度に保持するように構成される。
(2)前記給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンにおいて、給気放出通路の主給気放出弁をバイパスするバイパス放出路を設けるとともに、該バイパス放出路に該バイパス放出路を開閉する副給気放出弁を設置する。
(1)前記給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンにおいて、給気放出通路の主給気放出弁の出口側に該主給気放出弁と直列に絞り一定の固定オリフィスを設置するとともに、エンジンのエンジン負荷を含むエンジン運転条件により前記主給気放出弁の開度を制御する放出弁コントローラを設け、該放出弁コントローラはエンジン負荷が一定負荷を超える高負荷運転域では前記主給気放出弁の開度を前記固定オリフィスの通路面積よりも大きい開度に保持するように構成される。
(2)前記給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンにおいて、給気放出通路の主給気放出弁をバイパスするバイパス放出路を設けるとともに、該バイパス放出路に該バイパス放出路を開閉する副給気放出弁を設置する。
また、前記発明は次のエンジンに適用するのが好ましい。
(1)燃料ガスを使用するガスエンジン。
(2)軽油あるいは重油と燃料ガスとを切換えまたは混焼する切り換え若しくは混焼手段を具え、前記軽油あるいは重油と燃料ガスとを切換えまたは混焼して使用するデュアルフュエルエンジン。
(1)燃料ガスを使用するガスエンジン。
(2)軽油あるいは重油と燃料ガスとを切換えまたは混焼する切り換え若しくは混焼手段を具え、前記軽油あるいは重油と燃料ガスとを切換えまたは混焼して使用するデュアルフュエルエンジン。
本発明によれば、前記ガスエンジンあるいはデュアルフュエルエンジンにおいて、給気通路の途中から分岐された給気放出通路の主給気放出弁の出口側に該主給気放出弁と直列に副給気放出弁を設置するとともに、エンジン負荷を含むエンジン運転条件により主給気放出弁の開度を制御する放出弁コントローラを設け、前記副給気放出弁を前記放出弁コントローラによる制御とは切り離されて、エンジン負荷による開度設定あるいは一定開度の開度設定がなされるように構成し、さらに具体的には、エンジン負荷が一定負荷を超える高負荷運転域では前記副給気放出弁の開度により給気放出通路の通路面積を規制するとともに、前記放出弁コントローラにより、前記一定負荷以下の中、低負荷運転域では主給気放出弁の開度制御をエンジン性能値をフィードバックしたフィードバック制御により行い、高負荷運転域では主給気放出弁の開度を副給気放出弁の開度よりも大きい開度に保持するように構成しているので、
主給気放出弁の開度を小さくして給気放出通路を通しての給気放出量が少なくなるように制御する高負荷運転域では、主給気放出弁の後流側に直列に設置した副給気放出弁のエンジン負荷による開度調整あるいは一定開度の開度設定によって行い、主給気放出弁の開度は副給気放出弁の開度よりも常時大きくすることにより、主給気放出弁の低開度域では微小開度制御によって圧力損失が大きくなる主給気放出弁を使用せずに、一定開度あるいはエンジン負荷による開度調整により微小開度制御を行わず圧力損失を抑制可能な副給気放出弁を使用することが可能となる。
これにより、給気放出量が少ない高負荷運転域における主給気放出弁の圧力損失を低減でき、かかる圧力損失に伴う空燃比のばらつきの発生を回避できて、高精度の空燃比制御を行うことができる。
主給気放出弁の開度を小さくして給気放出通路を通しての給気放出量が少なくなるように制御する高負荷運転域では、主給気放出弁の後流側に直列に設置した副給気放出弁のエンジン負荷による開度調整あるいは一定開度の開度設定によって行い、主給気放出弁の開度は副給気放出弁の開度よりも常時大きくすることにより、主給気放出弁の低開度域では微小開度制御によって圧力損失が大きくなる主給気放出弁を使用せずに、一定開度あるいはエンジン負荷による開度調整により微小開度制御を行わず圧力損失を抑制可能な副給気放出弁を使用することが可能となる。
これにより、給気放出量が少ない高負荷運転域における主給気放出弁の圧力損失を低減でき、かかる圧力損失に伴う空燃比のばらつきの発生を回避できて、高精度の空燃比制御を行うことができる。
また、給気放出量が少ない高負荷運転域においては、主給気放出弁の低開度域での微小開度制御を行わないので、かかる微小開度制御の伴う主給気放出弁のチャタリング(微小振動)の発生を防止できて、従来の給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンにおいて問題となっていた前記チャタリングによる主給気放出弁の破損の発生及び空燃比の変動の発生を防止できる。
これにより、主給気放出弁の耐久性を増大可能となるとともに、空燃比の変動が抑制された高精度の空燃比制御が可能となる。
これにより、主給気放出弁の耐久性を増大可能となるとともに、空燃比の変動が抑制された高精度の空燃比制御が可能となる。
また、給気放出流量が多くなる前記一定負荷以下の中、低負荷運転域では、前記副給気放出弁の開度を主給気放出弁の開度よりも常に大きくして該副給気放出弁による給気放出通路の通路規制を解除することによって、従来の給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンと同様に、前記放出弁コントローラにより、主給気放出弁の開度制御をエンジン性能値をフィードバックしたフィードバック制御により行うことができる。
従って、本発明によれば、給気放出通路の主給気放出弁の出口側に該主給気放出弁と直列に、単独に開度設定が可能な副給気放出弁を設置して、エンジン負荷によって前記2つの給気放出弁を使い分けることによって、エンジンの中、低負荷運転域から高負荷運転域の全運転域において、空燃比の変動が抑制された高精度の空燃比制御を行うことが可能となり、特に精緻な空燃比制御を必要とするガスエンジンやデュアルフュエルエンジンに好適な空燃比制御システムが得られる。
また、給気放出通路の主給気放出弁の出口側に該主給気放出弁と直列に絞り一定の固定オリフィスを設置し、エンジン負荷が一定負荷を超える高負荷運転域では放出弁コントローラにより主給気放出弁の開度を前記固定オリフィスの通路面積よりも大きい開度に保持するように構成すれば、前記固定オリフィスの絞りを前記主給気放出弁での開度制御が煩雑な運転域での開度相当の絞りに設定することにより、固定オリフィスというきわめて簡単な装置で、主給気放出弁の開度制御を補完することが可能となる。
また、前記給気放出通路の主給気放出弁をバイパスするバイパス放出路を設けるとともに、該バイパス放出路に該バイパス放出路を開閉する副給気放出弁を設置するように構成すれば、前記主給気放出弁の開度制御が困難となった際に、主給気放出弁を閉じ、放出給気をバイパス放出路を通して前記副給気放出弁によって流量調整することにより、主給気放出弁の故障時や開度制御不良の発生時に副給気放出弁の補完によって、空燃比を目標値に保持できる。
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図1は、本発明の第1実施例に係る給気放出式空燃比制御装置をそなえたガスエンジンの給気系の概略系統図、図2は図1のA部拡大図である。
図1において、符号100で示されるエンジンは、過給機101をそなえた多シリンダの4サイクルガスンジンである。かかるエンジン100において、過給機101のコンプレッサ101bにより圧送された空気は給気管103を通り、給気冷却器104で冷却、降温された後、ガス供給部105において図示しない燃料ガス管からガス量調整弁を通して供給された燃料ガスと混合される。
該ガス供給部105からの混合気は前記エンジン100の燃焼室に供給されて、燃焼に供される。該エンジン100での燃焼後の排気ガスは、排気管102を通って前記過給機101の排気タービン101aに送り込まれて、該排気タービン101aを駆動後、外部に排出される。
図1において、符号100で示されるエンジンは、過給機101をそなえた多シリンダの4サイクルガスンジンである。かかるエンジン100において、過給機101のコンプレッサ101bにより圧送された空気は給気管103を通り、給気冷却器104で冷却、降温された後、ガス供給部105において図示しない燃料ガス管からガス量調整弁を通して供給された燃料ガスと混合される。
該ガス供給部105からの混合気は前記エンジン100の燃焼室に供給されて、燃焼に供される。該エンジン100での燃焼後の排気ガスは、排気管102を通って前記過給機101の排気タービン101aに送り込まれて、該排気タービン101aを駆動後、外部に排出される。
前記過給機101のコンプレッサ101bとエンジン100とを接続する給気管103には、前記ガス供給部105よりも上流部位から給気放出管10が分岐され、前記給気管10内の空気の一部を、該給気放出管10を通して大気中に放出可能としている。前記給気放出管10には、これの通路面積を調整する主給気放出弁1が設けられている。
以上の構成は、図8に示される従来の給気放出式空燃比制御装置をそなえたガスエンジンと同様である。
本発明は、かかる給気放出式空燃比制御装置付きエンジンの給気放出システムを改良している。
以上の構成は、図8に示される従来の給気放出式空燃比制御装置をそなえたガスエンジンと同様である。
本発明は、かかる給気放出式空燃比制御装置付きエンジンの給気放出システムを改良している。
図1〜2において、前記給気放出管10における前記主給気放出弁1の出口側には、該主給気放出弁1と直列に副給気放出弁2が設置されている。また、前記主給気放出弁1は、符号3で示される放出弁コントローラによって開度を制御される。
該放出弁コントローラ3には、負荷検出器4からエンジン負荷の検出値、エンジン回転数検出器5からエンジン回転数の検出値、運転条件検出器6から給気圧力、給気温度等の種々のエンジン運転条件の検出値がそれぞれ入力されている。そして、該放出弁コントローラ3は、前記各検出値に基づく、後述するようなフィードバック制御により前記主給気放出弁1の開度を制御している。
該放出弁コントローラ3には、負荷検出器4からエンジン負荷の検出値、エンジン回転数検出器5からエンジン回転数の検出値、運転条件検出器6から給気圧力、給気温度等の種々のエンジン運転条件の検出値がそれぞれ入力されている。そして、該放出弁コントローラ3は、前記各検出値に基づく、後述するようなフィードバック制御により前記主給気放出弁1の開度を制御している。
前記副給気放出弁2は、前記放出弁コントローラ3によるフィードバック制御とは切り離されて、前記負荷検出器4からのエンジン負荷の検出値に基づき所定開度に開度調整されている。あるいは、前記副給気放出弁2の開度設定を、予め決められた一定開度に設定してもよい。
そして、前記負荷検出器4により検出されるエンジン負荷が、一定負荷を超える高負荷運転域では、図5(B)のB線のように前記副給気放出弁2の開度を前記エンジン負荷のみによって変化させ、前記主給気放出弁1の開度は、前記放出弁コントローラ3によって、従来の制御方法では図5(A)のA0線にあったものをA線へと、前記副給気放出弁2の開度よりも大きい開度にシフトして保持する。
これにより、前記高負荷運転域では、前記給気放出管10を通しての給気放出量は、前記副給気放出弁2の開度によって規制され、前記主給気放出弁1における微小開制御は不要となる。
尚、図5において、クロス部分は主給気放出弁1の開度調整範囲を示す。
そして、前記負荷検出器4により検出されるエンジン負荷が、一定負荷を超える高負荷運転域では、図5(B)のB線のように前記副給気放出弁2の開度を前記エンジン負荷のみによって変化させ、前記主給気放出弁1の開度は、前記放出弁コントローラ3によって、従来の制御方法では図5(A)のA0線にあったものをA線へと、前記副給気放出弁2の開度よりも大きい開度にシフトして保持する。
これにより、前記高負荷運転域では、前記給気放出管10を通しての給気放出量は、前記副給気放出弁2の開度によって規制され、前記主給気放出弁1における微小開制御は不要となる。
尚、図5において、クロス部分は主給気放出弁1の開度調整範囲を示す。
また、給気放出流量が多くなる前記一定負荷以下の中、低負荷運転域では、前記副給気放出弁2の開度は、前記負荷検出器4からのエンジン負荷の検出値に基づき、前記主給気放出弁1の開度よりも常に大きく保持されて、該副給気放出弁2による給気放出管10の通路規制が解除される。
これにより、前記中、低負荷運転域では、従来の給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンと同様に、前記放出弁コントローラ3により、主給気放出弁1の開度制御を、エンジン性能値をフィードバックしたフィードバック制御により行うことができる。
これにより、前記中、低負荷運転域では、従来の給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンと同様に、前記放出弁コントローラ3により、主給気放出弁1の開度制御を、エンジン性能値をフィードバックしたフィードバック制御により行うことができる。
次に、図3はこの実施例に係る給気放出式空燃比制御装置をそなえたガスエンジンの制御ブロック図である。
図3において、エンジン負荷Lが空気密度設定手段(K0)31に入力されると、該空気密度設定手段(K0)31において、前記負荷Lに対応する必要空気密度γsを図4(A)のマップから算出し、減算器32に入力する。該減算器32においては、前記必要空気密度γsとエンジン100側からのエンジン性能のフィードバックによる実密度γとの密度偏差Δγを算出して、PID制御器33に入力する。
図3において、エンジン負荷Lが空気密度設定手段(K0)31に入力されると、該空気密度設定手段(K0)31において、前記負荷Lに対応する必要空気密度γsを図4(A)のマップから算出し、減算器32に入力する。該減算器32においては、前記必要空気密度γsとエンジン100側からのエンジン性能のフィードバックによる実密度γとの密度偏差Δγを算出して、PID制御器33に入力する。
該PID制御器33における、PID(比例、積分、微分)演算結果はゲイン要素(Ka)34に入力される。ゲイン要素(Ka)34においては、前記密度偏差Δγと主給気放出弁1の開度偏差Δθaとの関係が設定されており、該ゲイン要素(Ka)34で算出された主給気放出弁1の開度θaは、ゲイン要素(K)35に入力される。
一方ゲイン要素(Kb)36が、前記ゲイン要素(K)35への外乱入力要素として備えられており、前記ゲイン要素(Kb)36は前記エンジン負荷Lの検出値に対応する副給気放出弁2の開度が、図4(C)のようにマップ状に設定されており、該ゲイン要素(Kb)36で算出された前記エンジン負荷Lの検出値に対応する副給気放出弁2の開度θbは、ゲイン要素(K)35に入力される。
一方ゲイン要素(Kb)36が、前記ゲイン要素(K)35への外乱入力要素として備えられており、前記ゲイン要素(Kb)36は前記エンジン負荷Lの検出値に対応する副給気放出弁2の開度が、図4(C)のようにマップ状に設定されており、該ゲイン要素(Kb)36で算出された前記エンジン負荷Lの検出値に対応する副給気放出弁2の開度θbは、ゲイン要素(K)35に入力される。
該ゲイン要素(K)35においては、図4(B)のマップに基づき、前記のように、エンジンの一定負荷を超える高負荷運転域では、前記ゲイン要素(Kb)36からの副給気放出弁2の開度θbにより空燃比A/Fを算出し、前記一定負荷以下の中、低負荷運転域では前記ゲイン要素(Ka)34からの主給気放出弁1の開度θaにより空燃比A/Fを算出して、この空燃比A/Fでエンジン100を運転する。
前記エンジン100の性能値のフィードバック信号は、ゲイン要素(K3)37で空気密度γに換算されて前記減算器32にフィードバックされる。
前記エンジン100の性能値のフィードバック信号は、ゲイン要素(K3)37で空気密度γに換算されて前記減算器32にフィードバックされる。
以上のように、かかる第1実施例によれば、主給気放出弁1の開度を小さくして給気放出管10を通しての給気放出量が少なくなるように制御するエンジン100の高負荷運転域では、主給気放出弁1の後流側に直列に設置した副給気放出弁2のエンジン負荷による開度調整あるいは一定開度の開度設定によって行い、主給気放出弁1の開度は副給気放出弁2の開度よりも常時大きくすることにより、該主給気放出弁1の低開度域では微小開度制御によって圧力損失が大きくなる主給気放出弁1を使用せずに、一定開度あるいはエンジン負荷による開度調整により微小開度制御を行わず圧力損失を抑制可能な副給気放出弁2を使用して、給気放出量が少ない高負荷運転域における主給気放出弁1の圧力損失を低減できる。
これにより、かかる圧力損失に伴う空燃比A/Fのばらつきの発生を回避できて、高精度の空燃比制御が可能となる。
これにより、かかる圧力損失に伴う空燃比A/Fのばらつきの発生を回避できて、高精度の空燃比制御が可能となる。
また、給気放出量が少ない高負荷運転域において、主給気放出弁1の低開度域での微小開度制御を行わないので、かかる微小開度制御に伴う主給気放出弁1のチャタリング(微小振動)の発生を防止できて、従来の給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンにおいて問題となっていた前記チャタリングによる主給気放出弁1の破損の発生及び空燃比の変動の発生を防止でき、主給気放出弁1の耐久性を増大可能となるとともに、空燃比A/Fの変動が抑制された高精度の空燃比制御が可能となる。
また、給気放出流量が多くなる前記一定負荷以下の中、低負荷運転域では、前記副給気放出2弁の開度を主給気放出弁1の開度よりも常に大きくして該副給気放出弁2による給気放出管10の通路規制を解除することによって、従来の給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンと同様に、前記放出弁コントローラ3により、主給気放出弁1の開度制御を、エンジン性能値をフィードバックしたフィードバック制御により行うことができる。
従って、本発明によれば、給気放出管10の主給気放出弁1の出口側に該主給気放出弁1と直列に、単独に開度設定が可能な副給気放出弁2を設置して、エンジン負荷によって前記2つの給気放出弁1,2を使い分けることによって、エンジン100の中、低負荷運転域から高負荷運転域の全運転域において、空燃比A/Fの変動が抑制された高精度の空燃比制御を行うことが可能となり、特に精緻な空燃比制御を必要とするガスエンジンやデュアルフュエルエンジンに好適な空燃比制御システムが得られる。
図6は、本発明の第2実施例を示す図2対応図である。
この第2実施例においては、給気放出管10の前記主給気放出弁1の出口側に該主給気放出弁1と直列に絞り一定の固定オリフィス21を設置している。
この場合、放出弁コントローラ3はエンジン負荷が一定負荷を超える高負荷運転域では主給気放出弁1の開度を前記固定オリフィス21の通路面積よりも大きい開度に保持して、固定オリフィス21により、給気放出管10の通路面積を規制している。
かかる第2実施例によれば、前記固定オリフィス21の絞りを前記主給気放出弁1での開度制御が煩雑な運転域での開度相当の絞りに設定することにより、固定オリフィス21というきわめて簡単な装置で、主給気放出弁1の開度制御を補完することが可能となる。
この第2実施例においては、給気放出管10の前記主給気放出弁1の出口側に該主給気放出弁1と直列に絞り一定の固定オリフィス21を設置している。
この場合、放出弁コントローラ3はエンジン負荷が一定負荷を超える高負荷運転域では主給気放出弁1の開度を前記固定オリフィス21の通路面積よりも大きい開度に保持して、固定オリフィス21により、給気放出管10の通路面積を規制している。
かかる第2実施例によれば、前記固定オリフィス21の絞りを前記主給気放出弁1での開度制御が煩雑な運転域での開度相当の絞りに設定することにより、固定オリフィス21というきわめて簡単な装置で、主給気放出弁1の開度制御を補完することが可能となる。
図7は、図2は本発明の第3実施例を示す図2対応図である。
この第3実施例においては、前記給気放出管10の主給気放出弁1をバイパスするバイパス放出路20を設けるとともに、該バイパス放出路20に該バイパス放出路20を開閉する副給気放出弁2を設置している。
かかる第3実施例によれば、前記主給気放出弁1の開度制御が困難となった際に、該主給気放出弁1を閉じ、放出給気をバイパス放出路20を通して前記副給気放出弁2によって流量調整することにより、主給気放出弁1の故障時や開度制御不良の発生時に副給気放出弁2の補完によって、空燃比を目標値に保持できる。
この第3実施例においては、前記給気放出管10の主給気放出弁1をバイパスするバイパス放出路20を設けるとともに、該バイパス放出路20に該バイパス放出路20を開閉する副給気放出弁2を設置している。
かかる第3実施例によれば、前記主給気放出弁1の開度制御が困難となった際に、該主給気放出弁1を閉じ、放出給気をバイパス放出路20を通して前記副給気放出弁2によって流量調整することにより、主給気放出弁1の故障時や開度制御不良の発生時に副給気放出弁2の補完によって、空燃比を目標値に保持できる。
本発明は、以上に示したガスエンジンに限らず、軽油あるいは重油と燃料ガスとを切換えまたは混焼する切り換え若しくは混焼手段を具え、前記軽油あるいは重油と燃料ガスとを切換えまたは混焼して使用するデュアルフュエルエンジン等の、給気通路の途中から分岐されて大気中に開放される給気放出通路の通路面積を調整する主給気放出弁をそなえ、主給気放出弁の開度を調整することによりエンジンの空燃比を制御するように構成された給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジン全般に広く適用できる。
本発明によれば、給気放出量が少なく主給気放出弁が低開度となる高負荷運転域において、主給気放出弁の圧力損失を低減するとともに該主給気放出弁のチャタリング(微小振動)発生を防止することにより、空燃比の変動を抑制して高精度の空燃比制御を可能とし、且つ前記チャタリングに伴う主給気放出弁の破損の発生防止した給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンを提供できる。
1 主給気放出弁
2 副給気放出弁
3 放出弁コントローラ
4 負荷検出器
5 エンジン回転数検出器
6 運転条件検出器
10 給気放出管
100 エンジン
101 過給機
2 副給気放出弁
3 放出弁コントローラ
4 負荷検出器
5 エンジン回転数検出器
6 運転条件検出器
10 給気放出管
100 エンジン
101 過給機
Claims (8)
- 過給機のコンプレッサとエンジンとを接続する給気通路の途中から分岐されて大気中に開放される給気放出通路と、該給気放出通路の通路面積を調整する主給気放出弁とをそなえ、前記主給気放出弁の開度を調整することにより前記エンジンの空燃比を制御するように構成された給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンにおいて、前記給気放出通路の前記主給気放出弁の出口側に該主給気放出弁と直列に副給気放出弁を設置するとともに、前記エンジンのエンジン負荷を含むエンジン運転条件により前記主給気放出弁の開度を制御する放出弁コントローラを設け、前記副給気放出弁は放出弁コントローラによる制御とは切り離されて所定開度に開度設定がなされるように構成されたことを特徴とする給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジン。
- 前記エンジン負荷が一定負荷を超える高負荷運転域では前記副給気放出弁の開度により前記給気放出通路の通路面積を規制するとともに、前記放出弁コントローラは前記一定負荷以下の中、低負荷運転域では前記主給気放出弁の開度制御をエンジン性能値をフィードバックしたフィードバック制御により行い、前記高負荷運転域では前記主給気放出弁の開度を前記副給気放出弁の開度よりも大きい開度に保持するように構成されたことを特徴とする請求項1記載の給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジン。
- 前記副給気放出弁は、前記エンジン負荷により開度を調整可能に構成されたことを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載の給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジン。
- 前記副給気放出弁は、その開度を予め一定開度に設定されたことを特徴とする請求項1〜2のいずれかに記載の給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジン。
- 過給機のコンプレッサとエンジンとを接続する給気通路の途中から分岐されて大気中に開放される給気放出通路と、該給気放出通路の通路面積を調整する主給気放出弁とをそなえ、前記主給気放出弁の開度を調整することにより前記エンジンの空燃比を制御するように構成された給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンにおいて、前記給気放出通路の前記主給気放出弁の出口側に該主給気放出弁と直列に絞り一定の固定オリフィスを設置するとともに、前記エンジンのエンジン負荷を含むエンジン運転条件により前記主給気放出弁の開度を制御する放出弁コントローラを設け、該放出弁コントローラは前記エンジン負荷が一定負荷を超える高負荷運転域では前記主給気放出弁の開度を前記固定オリフィスの通路面積よりも大きい開度に保持するように構成されたことを特徴とする給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジン。
- 過給機のコンプレッサとエンジンとを接続する給気通路の途中から分岐されて大気中に開放される給気放出通路と、該給気放出通路の通路面積を調整する主給気放出弁とをそなえ、前記主給気放出弁の開度を調整することにより前記エンジンの空燃比を制御するように構成された給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジンにおいて、前記給気放出通路の前記主給気放出弁をバイパスするバイパス放出路を設けるとともに、該バイパス放出路に該バイパス放出路を開閉する副給気放出弁を設置したことを特徴とする給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジン。
- 前記エンジンが燃料ガスを使用するガスエンジンであることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジン。
- 前記エンジンが軽油あるいは重油と燃料ガスとを切換えまたは混焼する切り換え若しくは混焼手段を具えたデュアルフュエルエンジンであることを特徴とする請求項1ないし6のいずれかに記載の給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジン。
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JP2007048160A JP2008208805A (ja) | 2007-02-27 | 2007-02-27 | 給気放出式空燃比制御装置をそなえたエンジン |
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JP6130901B1 (ja) * | 2015-12-28 | 2017-05-17 | 川崎重工業株式会社 | ガスエンジンシステム |
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2007
- 2007-02-27 JP JP2007048160A patent/JP2008208805A/ja not_active Withdrawn
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JP2017120037A (ja) * | 2015-12-28 | 2017-07-06 | 川崎重工業株式会社 | ガスエンジンシステム |
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