JP2013155708A - Engine, and method of controlling engine - Google Patents
Engine, and method of controlling engine Download PDFInfo
- Publication number
- JP2013155708A JP2013155708A JP2012018500A JP2012018500A JP2013155708A JP 2013155708 A JP2013155708 A JP 2013155708A JP 2012018500 A JP2012018500 A JP 2012018500A JP 2012018500 A JP2012018500 A JP 2012018500A JP 2013155708 A JP2013155708 A JP 2013155708A
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- engine
- air
- fuel
- cylinder
- valve
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 41
- 239000000446 fuel Substances 0.000 claims abstract description 185
- 230000008520 organization Effects 0.000 claims 1
- 239000000779 smoke Substances 0.000 abstract description 31
- 238000002347 injection Methods 0.000 description 54
- 239000007924 injection Substances 0.000 description 54
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 description 46
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 8
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 7
- 238000010248 power generation Methods 0.000 description 7
- 230000009977 dual effect Effects 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 2
- 230000003247 decreasing effect Effects 0.000 description 2
- 230000007246 mechanism Effects 0.000 description 2
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 2
- 239000007858 starting material Substances 0.000 description 2
- 241000220317 Rosa Species 0.000 description 1
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000002349 favourable effect Effects 0.000 description 1
- 239000000295 fuel oil Substances 0.000 description 1
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 1
- 239000010687 lubricating oil Substances 0.000 description 1
- 239000000203 mixture Substances 0.000 description 1
- 239000003921 oil Substances 0.000 description 1
- 230000002093 peripheral effect Effects 0.000 description 1
- 230000004044 response Effects 0.000 description 1
- 230000001932 seasonal effect Effects 0.000 description 1
Landscapes
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
Abstract
Description
本発明は、シリンダ内に燃料を供給して燃焼させることにより、ピストンを作動させて動力を発生させる機関の制御方法に係り、特に始動時や負荷投入時においても燃焼状態が良好であるため黒煙の発生が少なく、機関に連結した外部機器の駆動に不都合な速度変動を発生させにくい機関の制御方法に関するものである。 The present invention relates to a method for controlling an engine that generates power by operating a piston by supplying fuel into a cylinder and burning it. The present invention relates to a method for controlling an engine that generates little smoke and hardly generates a speed fluctuation that is inconvenient for driving an external device connected to the engine.
下記特許文献１及び下記特許文献２に例示するように、ディーゼル機関やデュアルフューエル機関のような内燃機関については多くの提案が種々の技術的観点からなされている。これらディーゼル機関やデュアルフューエル機関は圧縮着火方式の機関であるため、外気条件の変化、例えば外気温度の低下によって機関の始動に失敗する場合があり、また始動後に負荷投入を行った場合には速度変動を生じてしまい、例えば外部機器として発電機に連結している場合には周波数変動が生じる等の問題が発生することがある。このような問題を解決するため、これらの機関では自吸可能な燃焼空気量に対して過剰な量の燃料を供給するという手段をとる場合があった。 As exemplified in Patent Document 1 and Patent Document 2 below, many proposals have been made from various technical viewpoints regarding internal combustion engines such as diesel engines and dual fuel engines. Since these diesel engines and dual fuel engines are compression ignition type engines, engine start-up may fail due to changes in outside air conditions, for example, a decrease in outside air temperature. For example, when the generator is connected as an external device to the generator, a problem such as a frequency fluctuation may occur. In order to solve such a problem, these engines sometimes take a means of supplying an excessive amount of fuel relative to the amount of combustion air that can be self-primed.
ところが、ディーゼル機関やデュアルフューエル機関において、始動時に自吸可能な燃焼空気量に対して過剰な量の燃料を供給すると、燃焼空気不足によって燃料が不完全燃焼を起こし、排気中の黒煙が多くなり、環境問題を発生させてしまう。また負荷投入時においても、かかる過剰な量の燃料供給により燃焼空気不足を生じ、結局は黒煙の発生と機関の速度変動が生じてしまうことが多く、問題の解決になっていなかった。 However, in diesel engines and dual fuel engines, if an excessive amount of fuel is supplied relative to the amount of combustion air that can be self-primed at start-up, the fuel will cause incomplete combustion due to a shortage of combustion air, resulting in a lot of black smoke in the exhaust. It will cause environmental problems. In addition, even when the load is applied, such an excessive amount of fuel supply causes a shortage of combustion air, which often results in the generation of black smoke and fluctuations in engine speed, which have not solved the problem.
本発明は、上述した従来の問題点を解決することを目的としており、始動時や負荷投入時においても燃焼状態が良好であるため黒煙の発生が少なく、機関に連結した外部機器の駆動に不都合な速度変動を発生させにくいレシプロ式の内燃機関の制御方法と、このような制御上の特性を有する内燃機関を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve the above-mentioned conventional problems, and since the combustion state is good even at start-up or when a load is applied, the generation of black smoke is small, and driving of external equipment connected to the engine is possible. It is an object of the present invention to provide a control method for a reciprocating internal combustion engine that is unlikely to cause inconvenient speed fluctuations, and an internal combustion engine having such control characteristics.
請求項１に記載された機関の制御方法は、
シリンダ内に供給された燃料を燃焼させることによりピストンを作動させて動力を発生させる機関の制御方法において、
前記機関の始動時には、前記機関が着火してから前記定格回転数に達するまで、
前記機関の慣性モーメントと前記機関の定格回転角速度と前記機関が始動から定格回転数に達するまでに要する許容時間から算出されるトルクに対応して定められる所定量の燃料を前記シリンダ内へ供給するとともに、
前記シリンダ内へ供給される所定量の燃料が完全燃焼するように必要な圧力の空気を前記シリンダへ継続して供給するように制御することを特徴としている。
The engine control method according to claim 1 is:
In an engine control method for generating power by operating a piston by burning fuel supplied into a cylinder,
When starting the engine, until the rated speed is reached after the engine ignites,
A predetermined amount of fuel determined according to the torque calculated from the moment of inertia of the engine, the rated rotational angular velocity of the engine, and the allowable time required for the engine to reach the rated rotational speed after starting is supplied into the cylinder. With
Control is performed to continuously supply air of a necessary pressure to the cylinder so that a predetermined amount of fuel supplied into the cylinder burns completely.
請求項２に記載された機関の制御方法は、請求項２に記載の機関の制御方法において、
前記機関が始動して前記定格回転数に達した後、前記機関の負荷投入時には、前記負荷の投入前に前記シリンダに空気を供給することを特徴としている。
The engine control method according to claim 2 is the engine control method according to claim 2,
After the engine is started and reaches the rated speed, when the engine is loaded, air is supplied to the cylinder before the load is loaded.
請求項３に記載された機関は、
シリンダ内に供給された燃料を燃焼させることによりピストンを作動させて動力を発生させる機関において、
前記シリンダ内に供給される燃料の供給量を調整する燃料調整手段と、
前記シリンダ内に空気を供給する空気供給手段と、
前記機関の始動時には、前記機関が着火してから前記定格回転数に達するまで、前記機関の慣性モーメントと前記機関の定格回転角速度と前記機関が始動から定格回転数に達するまでに要する許容時間から算出されるトルクに対応して定められる所定量の燃料を前記シリンダ内へ供給するように前記燃料調整手段を制御するとともに、前記シリンダ内へ供給される前記所定量の燃料が完全燃焼するように必要な圧力の空気を前記シリンダへ継続して供給するように前記空気供給手段を制御する制御手段と、
を具備することを特徴としている。
The institution described in claim 3 is:
In an engine that generates power by operating a piston by burning fuel supplied into a cylinder,
Fuel adjusting means for adjusting the amount of fuel supplied into the cylinder;
Air supply means for supplying air into the cylinder;
When starting the engine, the moment of inertia of the engine, the rated rotational angular velocity of the engine, and the allowable time required for the engine to reach the rated rotational speed from when the engine ignites until the rated rotational speed is reached. The fuel adjusting means is controlled to supply a predetermined amount of fuel determined in accordance with the calculated torque into the cylinder, and the predetermined amount of fuel supplied into the cylinder is completely burned. Control means for controlling the air supply means so as to continuously supply air of a required pressure to the cylinder;
It is characterized by comprising.
請求項４に記載された機関は、請求項３に記載の機関において、
前記制御手段が、前記機関が始動して前記定格回転数に達した後、前記機関の負荷投入時には、前記負荷の投入前に前記シリンダに空気を供給するように前記空気供給手段の制御を行なうことを特徴としている。
The engine according to claim 4 is the engine according to claim 3,
The control means controls the air supply means so that air is supplied to the cylinder before the load is applied when the engine is loaded after the engine is started and reaches the rated rotational speed. It is characterized by that.
請求項５に記載された機関は、請求項４に記載の機関において、
前記空気供給手段は、前記シリンダ内に供給される空気の空気槽と、前記空気槽内の空気の圧力が前記所定量の燃料が完全燃焼するために必要な圧力となるように必要に応じて前記空気槽内に空気を供給する圧縮機とを有することを特徴としている。
The engine according to claim 5 is the engine according to claim 4,
The air supply means includes an air tank for the air supplied into the cylinder, and an air pressure in the air tank as required so that the predetermined amount of fuel is completely burned. And a compressor for supplying air into the air tank.
請求項１に記載された機関の制御方法及び請求項３に記載された機関によれば、機関の慣性モーメントと定格回転角速度と立ち上がりに要する許容時間から必要なトルクを算出し、このトルクに比例する正味平均有効圧力を算出し、さらに算出された正味平均有効圧力を得るために必要な所定量の燃料供給量を設定する。そして、機関の始動時には、着火から定格回転数に達するまでの間、この所定量の燃料をシリンダに供給するとともに、所定量の燃料が完全燃焼するように必要な圧力の空気をシリンダへ継続して供給するエアアシストを行うことにより、シリンダ内に供給された所定量の燃料を完全燃焼させることができる。従って、不完全燃焼による黒煙が発生することはなく、機関の回転数はほぼ直線的に上昇し、要求された許容時間で確実に定格回転数に達することができる。 According to the engine control method described in claim 1 and the engine described in claim 3, the required torque is calculated from the moment of inertia of the engine, the rated rotational angular velocity, and the allowable time required for startup, and is proportional to this torque. A net average effective pressure is calculated, and a predetermined amount of fuel supply necessary for obtaining the calculated net average effective pressure is set. When the engine is started, this predetermined amount of fuel is supplied to the cylinder from ignition until the rated speed is reached, and air of a required pressure is continuously supplied to the cylinder so that the predetermined amount of fuel is completely burned. By performing the air assist supplied in this manner, a predetermined amount of fuel supplied into the cylinder can be completely burned. Therefore, black smoke due to incomplete combustion does not occur, the engine speed increases almost linearly, and the rated speed can be reliably reached within the required allowable time.
請求項２に記載された機関の制御方法及び請求項４に記載された機関によれば、機関が定格回転数に達した後、機関に負荷を投入する前にシリンダに空気を供給することにより、負荷の増大による燃焼空気の不足が回避されて黒煙の発生が抑制され、速度変動を小さく抑えることができる。機関に外部機器、例えば発電装置が連結されていても、機関の速度変動を小さく抑えることができるので周波数の変動等の不具合が発生することはない。 According to the engine control method described in claim 2 and the engine described in claim 4, by supplying air to the cylinder after the engine reaches the rated speed and before the load is applied to the engine. In addition, shortage of combustion air due to an increase in load is avoided, generation of black smoke is suppressed, and speed fluctuations can be reduced. Even if an external device such as a power generation device is connected to the engine, the engine speed fluctuation can be suppressed to a small value, so that problems such as frequency fluctuation do not occur.
請求項５に記載された機関によれば、空気供給手段において、必要に応じて作動する圧縮機から空気槽に空気が供給されて空気圧が調節されるので、許容時間で定格回転数に立ち上がるために必要なトルクから算出した所定量の燃料が完全燃焼するのに必要な空気の圧力を維持することができ、このため要求される立ち上がりの許容時間が短縮化されたような場合であっても、黒煙発生のない安定した燃焼による定格回転数までの立ち上がりを確実に達成することができる。 According to the engine of the fifth aspect, in the air supply means, the air pressure is adjusted by supplying air to the air tank from the compressor that operates as necessary, so that the rated speed can be reached in an allowable time. The air pressure required for complete combustion of a predetermined amount of fuel calculated from the required torque can be maintained. In addition, it is possible to reliably achieve the start up to the rated rotational speed by stable combustion without generation of black smoke.
１．本発明乃至実施形態の概要について
本発明は、シリンダ内に燃料を供給して燃焼させることにより、ピストンを作動させて動力を発生させるレシプロ式内燃機関とその制御方法に関するものである。本発明が適用される内燃機関としては、ディーゼル機関、デュアルフューエル機関、ガス機関等があり、その用途は問わないが、これらの機関は、例えば外部機関としての発電装置や推進装置に連結して駆動源として使用することができる。
1. BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a reciprocating internal combustion engine that generates power by operating a piston by supplying fuel into a cylinder and burning it, and a control method therefor. As the internal combustion engine to which the present invention is applied, there are a diesel engine, a dual fuel engine, a gas engine, and the like, and the use thereof is not limited. For example, these engines are connected to a power generation device or a propulsion device as an external engine. It can be used as a drive source.
これらの機関のうち、ディーゼル機関やデュアルフューエル機関においては、始動時・負荷投入時の黒煙発生や、負荷投入時の速度低下による問題（例えば外部機器である発電装置における周波数の変動等）が従来より知られている。またガス機関においても、負荷投入時には同様な速度低下の問題が知られている。 Among these engines, in diesel engines and dual fuel engines, there are problems caused by black smoke generation at start-up / loading and speed reduction at loading (for example, frequency fluctuations in power generators as external devices). Conventionally known. Also in gas engines, the same speed reduction problem is known when loading.
本発明とその実施形態は、これらの問題を解決する手段を提供するものであり、詳細は後述するが、上述したようなレシプロ式の内燃機関であるディーゼル機関等において、機関が着火してから定格回転数に達するまで、機関に対する要求仕様から算出される所定量の燃料をシリンダに供給するとともに、所定の圧力の空気を継続的に供給することにより、供給した燃料を完全燃焼させ、黒煙の発生を抑制すると同時に機関の立ち上がりを要求仕様通りに達成することを特徴としている。 The present invention and its embodiment provide means for solving these problems, and will be described in detail later. In a diesel engine or the like that is a reciprocating internal combustion engine as described above, the engine is ignited. Until the rated speed is reached, a predetermined amount of fuel calculated from the required specifications for the engine is supplied to the cylinder, and air at a predetermined pressure is continuously supplied to completely burn the supplied fuel, resulting in black smoke. It is characterized by achieving the start-up of the engine according to the required specifications while suppressing the occurrence of
ここで、シリンダへ空気を供給する空気供給手段としては、例えば本実施形態のディーゼル機関の場合には、エアクランキング用の始動用空気源（始動空気槽）と、ここからの始動用空気を始動時に各シリンダに供給してクランキングを行なわせる始動弁を利用することができる。これは、始動弁は既設の装置であっても、使用方法が従来と全く異なり、全く新しい効果を奏するものである。また、このような、ディーゼル機関における始動弁のような空気供給手段として使用できる既設の装置がない機関の場合には、供給するアシスト空気の圧力に見合ったタイミングでシリンダ内に空気を供給できる手段を設ければよい。
以下、本実施形態の具体的な構成とその実際の制御方法について説明する。
Here, as an air supply means for supplying air to the cylinder, for example, in the case of the diesel engine of this embodiment, a start air source (start air tank) for air cranking and start air from here are started. Sometimes it is possible to use a start valve that is supplied to each cylinder for cranking. This is because even if the start valve is an existing device, the method of use is completely different from the conventional one, and a completely new effect is achieved. Further, in the case of an engine that does not have an existing device that can be used as an air supply means such as a start valve in a diesel engine, means that can supply air into the cylinder at a timing that matches the pressure of assist air to be supplied. May be provided.
Hereinafter, a specific configuration of the present embodiment and an actual control method thereof will be described.
２．本実施形態の機関の機構構成（図１乃至図３）
図１及び図２は、本実施形態のディーゼル機関における燃料噴射ポンプの燃料供給系統及び始動弁の始動空気系統を示す図であって、上下に接続すれば全体として１葉の図面を構成するものであり、以下の説明では両図をまとめて図１及び図２として参照するものとする。また、図３は、前記始動弁の断面図である。図１及び図２に示す機関は、対向して２列に配置された複数のシリンダを有しているが、同図では説明に必要な一部のシリンダの一部の構成と、シリンダに空気を供給する始動弁及びこれに対する空気供給系統、さらにシリンダに供給する燃料の制御のための構成を中心として図示している。
2. Mechanism structure of the engine of this embodiment (FIGS. 1 to 3)
FIGS. 1 and 2 are views showing a fuel supply system of a fuel injection pump and a start air system of a start valve in the diesel engine of the present embodiment, which constitute a one-leaf drawing as a whole when connected up and down. In the following description, both figures are collectively referred to as FIG. 1 and FIG. FIG. 3 is a sectional view of the start valve. The engine shown in FIGS. 1 and 2 has a plurality of cylinders arranged in two rows facing each other. In FIG. FIG. 2 mainly shows a configuration for controlling a start valve for supplying fuel, an air supply system for the start valve, and fuel supplied to the cylinder.
図１及び図２において、ピストン１は図示しないシリンダの内部に上下動自在に設けられている。これらのピストン１は図示しない連接棒を介してクランク軸２に連結されている。クランク軸２の軸端にはフライホイール３が取り付けられている。図示しないが、フライホイール３の端面の外周側には反射板が取り付けられており、図示しないフォトセンサ等の回転検出センサによってこの反射板を検出すれば、回転検出センサからの出力信号によって機関の回転数を検出することができる。 1 and 2, the piston 1 is provided in a cylinder (not shown) so as to be movable up and down. These pistons 1 are connected to a crankshaft 2 via connecting rods (not shown). A flywheel 3 is attached to the shaft end of the crankshaft 2. Although not shown, a reflector is attached to the outer peripheral side of the end face of the flywheel 3, and if this reflector is detected by a rotation detection sensor such as a photosensor (not shown), an output signal from the rotation detection sensor is used. The number of rotations can be detected.
図１及び図２において、図示しないシリンダの頂部を閉止しているシリンダヘッド４には燃料噴射弁５が取り付けられており、この燃料噴射弁５には燃料噴射ポンプ６が接続されている。燃料噴射ポンプ６は、スリーブ内をプランジャが往復動し、燃料油主管７から供給される燃料を燃料噴射弁５を介してシリンダ内に噴射する。燃料の噴射量はプランジャの有効ストロークによって決まるが、この有効ストロークは図示しないラックがプランジャを回転させることによって調整される。ラックに連動する燃料加減軸８の先端は、リンク機構９を介してレーシャフト１０に連結されており、さらにこのレーシャフト１０にはガバナ１１の出力軸１２が取り付けられている。ガバナ１１の出力に応じてレーシャフト１０が回動すれば、これに連動して燃料噴射ポンプ６のラックが作動してプランジャの有効ストロークが調整され、燃料噴射量が制御される。 1 and 2, a fuel injection valve 5 is attached to a cylinder head 4 that closes the top of a cylinder (not shown), and a fuel injection pump 6 is connected to the fuel injection valve 5. In the fuel injection pump 6, the plunger reciprocates in the sleeve, and the fuel supplied from the fuel oil main pipe 7 is injected into the cylinder through the fuel injection valve 5. The fuel injection amount is determined by the effective stroke of the plunger, and this effective stroke is adjusted by a rack (not shown) rotating the plunger. The tip of the fuel adjusting shaft 8 linked to the rack is connected to the lay shaft 10 via the link mechanism 9, and the output shaft 12 of the governor 11 is attached to the lay shaft 10. If the rashaft 10 rotates according to the output of the governor 11, the rack of the fuel injection pump 6 operates in conjunction with this, and the effective stroke of the plunger is adjusted, and the fuel injection amount is controlled.
また、このレーシャフト１０には複数の燃料制御弁２０が取り付けられている。これらの燃料制御弁２０は、前記ガバナ１１の指令に逆らって燃料噴射量の制御を行なうための燃料調整手段であり、図示しない電磁弁のＯＮ／ＯＦＦによって作動又は非作動を選択できるエアシリンダで構成されている。燃料制御弁２０が作動した場合には、前記ガバナ１１が回動操作する前記レーシャフト１０の回動位置を固定し、燃料噴射ポンプ６のラックを所定位置に固定して、燃料噴射量を所定の値に設定するようになっている。後述するように、本実施形態では、燃料制御弁２０として、機関始動時の燃料噴射量を所定の値に設定する始動制御弁２０Ａと、機関が立ち上がった後などに燃料噴射量を極力絞り込むための緩始動弁２０Ｋが設けられている他、燃料を完全に遮断する停止弁も設けられている。 A plurality of fuel control valves 20 are attached to the race shaft 10. These fuel control valves 20 are fuel adjusting means for controlling the fuel injection amount against the command of the governor 11 and are air cylinders that can be activated or deactivated by turning on / off an electromagnetic valve (not shown). It is configured. When the fuel control valve 20 is actuated, the rotational position of the Rayshaft 10 to which the governor 11 rotates is fixed, the rack of the fuel injection pump 6 is fixed at a predetermined position, and the fuel injection amount is predetermined. The value is set to. As will be described later, in the present embodiment, as the fuel control valve 20, a start control valve 20A that sets the fuel injection amount at the start of the engine to a predetermined value, and the fuel injection amount to be narrowed as much as possible after the engine starts up, etc. In addition to the slow start valve 20K, a stop valve for completely shutting off the fuel is also provided.
また、このレーシャフト１０の他端には、燃料ハンドル１３が取り付けられており、運転又は停止の２位置を選択してロックできるようになっている。遠隔運転時には燃料ハンドル１３は運転位置としておくが、緊急時等には機関側で燃料ハンドル１３を停止位置にすれば機関の運転を停止することができる。 Further, a fuel handle 13 is attached to the other end of the race shaft 10 so that two positions of operation and stop can be selected and locked. The fuel handle 13 is set to the operating position during remote operation, but in an emergency or the like, the engine can be stopped by setting the fuel handle 13 to the stop position on the engine side.
図１及び図２に示す機関は、始動時にシリンダ内に空気を送り込むことによりピストン１を強制的に往復動させ、クランキングを行なうための空気供給手段を備えている。空気供給手段は、始動空気槽１５（タンク）と、ここから供給される空気をシリンダ内に供給する始動弁１６を備えている。すなわち、始動空気槽１５から供給される空気は、電磁弁によって開閉される元弁である主始動弁１７を介して始動空気主管１８に供給され、この始動空気主管１８に接続された枝管２１から始動弁１６を介してシリンダ内に供給される。 The engine shown in FIGS. 1 and 2 is provided with air supply means for forcibly reciprocating the piston 1 by sending air into the cylinder at the time of starting, and performing cranking. The air supply means includes a start air tank 15 (tank) and a start valve 16 for supplying air supplied from the start air tank 15 (tank) into the cylinder. That is, the air supplied from the start air tank 15 is supplied to the start air main pipe 18 via the main start valve 17 which is a main valve opened and closed by an electromagnetic valve, and the branch pipe 21 connected to the start air main pipe 18. To the cylinder through the start valve 16.
図３にシリンダ１４の上部を拡大して示すように、始動弁１６はシリンダヘッド４に設けられており、始動空気の枝管２１をシリンダ１４内に連通させる開口２２を備えた弁箱２３と、この開口２２を開閉するために弁箱２３内で移動可能とされた弁体２４を備えている。この弁体２４は、付勢手段２５の付勢力Ｐｓによって開口２２を閉止する向きに付勢されている。また、弁体２４のシリンダ１４内に露出した一端側には、弁体２４が開口２２を閉止する向きにシリンダ内圧Ｐｃが加わるようになっている。さらにまた、弁体２４の他端側には、弁体２４を付勢手段２５の付勢方向と逆の方向に押圧して弁体２４が開口２２を開くことができるように、図示しないパイロット空気配管から供給されるパイロット空気のパイロット空気圧Ｐｐが加わるようになっている。従って、パイロット空気によって始動弁１６の弁体２４が開口２２を開くための条件は、Ｐｐ＞Ｐｓ＋Ｐｃである。 As shown in the enlarged view of the upper part of the cylinder 14 in FIG. 3, the start valve 16 is provided in the cylinder head 4, and includes a valve box 23 having an opening 22 for communicating the branch pipe 21 of the start air into the cylinder 14. In order to open and close the opening 22, a valve body 24 that is movable in the valve box 23 is provided. The valve body 24 is urged in the direction to close the opening 22 by the urging force Ps of the urging means 25. Further, the cylinder internal pressure Pc is applied to one end side of the valve body 24 exposed in the cylinder 14 in the direction in which the valve body 24 closes the opening 22. Furthermore, a pilot (not shown) is provided on the other end of the valve body 24 so that the valve body 24 can open the opening 22 by pressing the valve body 24 in a direction opposite to the urging direction of the urging means 25. Pilot air pressure Pp of pilot air supplied from the air pipe is applied. Therefore, the condition for the valve body 24 of the start valve 16 to open the opening 22 by the pilot air is Pp> Ps + Pc.
図１及び図２に示すように、始動空気主管１８からはパイロット空気配管２６が分岐しており、このパイロット空気配管２６は始動空気分配弁２７（パイロット弁）に接続されている。この始動空気分配弁２７からは、各シリンダごと（各始動弁１６ごと）にパイロット空気配管２６が延設され、それぞれ各始動弁１６に接続されている。この始動空気分配弁２７は、ギア列２８を介してカム軸２９に連動連結されており、各シリンダの作動サイクルに合わせて駆動される。すなわち、始動空気分配弁２７は各シリンダの始動弁１６にそれぞれパイロット空気を送り、各シリンダの作動行程に合わせたタイミングで始動弁１６を作動させ、各シリンダに対して必要なタイミングで始動空気を供給するようになっている。 As shown in FIGS. 1 and 2, a pilot air pipe 26 is branched from the starting air main pipe 18, and this pilot air pipe 26 is connected to a starting air distribution valve 27 (pilot valve). From the start air distributing valve 27, a pilot air pipe 26 is extended for each cylinder (each start valve 16) and connected to each start valve 16. This start air distribution valve 27 is linked to a camshaft 29 via a gear train 28 and is driven in accordance with the operation cycle of each cylinder. That is, the start air distributing valve 27 sends pilot air to the start valve 16 of each cylinder, operates the start valve 16 at a timing according to the operation stroke of each cylinder, and supplies start air to each cylinder at a necessary timing. It comes to supply.
なお、この機関の始動弁１６は、本来始動時のクランキングのために設けられているものであるが、後述するように、本実施形態では、この始動弁１６を特有の制御方法乃至使用方法をとることにより、始動後に定格回転数まで立ち上げる際の燃焼改善のために使用する。また、燃料噴射ポンプ６や燃料制御弁２０を用いた燃料の供給量も従来の機関とは異なっている。すなわち、図１及び図２には示していないが、この機関が有する制御手段としての演算器は、回転検出センサにより機関の回転数を検出し、始動弁１６を動作させるための電磁弁を本実施形態に特有のタイミングで入切する。また、演算器は、ガバナ１１による燃料噴射ポンプ６のラックの動作を制限するための燃料制御弁２０であるエアシリンダを電磁弁の入切で操作するが、この場合には、燃料制御弁２０の制限によりシリンダに供給される燃料量は、本実施形態に特有の手法で算出した結果を元に、燃料制御弁２０のストローク値を燃料噴射ポンプ６のラック目盛りに合わせて予め設定しておくことで達成できる。 The starting valve 16 of the engine is originally provided for cranking at the time of starting. However, as will be described later, in the present embodiment, the starting valve 16 has a specific control method or usage method. It is used to improve combustion when starting up to the rated speed after starting. Further, the amount of fuel supplied using the fuel injection pump 6 and the fuel control valve 20 is also different from that of the conventional engine. That is, although not shown in FIG. 1 and FIG. 2, the arithmetic unit as a control means provided in the engine detects an engine rotation speed by a rotation detection sensor and a solenoid valve for operating the start valve 16 is installed. Turn on and off at a timing specific to the embodiment. The computing unit operates an air cylinder, which is a fuel control valve 20 for limiting the operation of the rack of the fuel injection pump 6 by the governor 11, by turning on and off the electromagnetic valve. In this case, the fuel control valve 20 The amount of fuel supplied to the cylinder due to this limitation is set in advance according to the stroke value of the fuel control valve 20 according to the rack scale of the fuel injection pump 6 based on the result calculated by the method specific to this embodiment. Can be achieved.
３．本実施形態の機関を従来の制御方法で始動した場合の問題点（図４及び図５）
排ガス駆動の過給機付き機関であっても、機関始動時の燃焼空気吸込みは大気圧力状態である。このような状態でも良好な燃焼が可能な燃料量としては、機関の大きさや回転数にはあまり影響を受けることはなく、一般に正味平均有効圧力(Pme) で約0.5 〜0.55MPa 程度である。従って機関始動時、その機関に要求される許容時間内に定格回転数まで立上げるのに必要な正味平均有効圧力が0.5 〜0.55MPa 以上である場合には、空気に対して燃料が過剰であり、良好な燃焼ができず、不完全燃焼を起こしてしまい、黒煙が発生してしまう。
3. Problems when the engine of this embodiment is started by the conventional control method (FIGS. 4 and 5)
Even in an engine with an exhaust gas-driven supercharger, the intake of combustion air at the start of the engine is at atmospheric pressure. The amount of fuel that can be satisfactorily combusted even in such a state is not significantly affected by the size and speed of the engine, and is generally about 0.5 to 0.55 MPa in terms of net average effective pressure (Pme). Therefore, when the engine is started, if the net average effective pressure required for starting up to the rated speed within the allowable time required for the engine is 0.5 to 0.55 MPa or more, the fuel is excessive with respect to the air. Favorable combustion is not possible, incomplete combustion occurs, and black smoke is generated.
特に、非常用機関の場合には、用途上から、機関始動指令を受けてからの許容立ち上がり時間の制約が厳しい。例えば、緊急用の発電設備を駆動する機関の場合は、消防法の規定により、機関の始動から定格回転数に達するまでに要する許容時間は４０秒に定められており、さらに原子力発電所の緊急用発電機を駆動する機関の場合には同許容時間は１０〜１３秒程度とされている。このように、非常用機関の場合は立ち上がりの許容時間が短く定められているため、上記のように燃焼が不完全となって黒煙が発生する状態となりやすい。 In particular, in the case of an emergency engine, restrictions on the allowable rise time after receiving an engine start command are severe from the viewpoint of use. For example, in the case of an engine that drives an emergency power generation facility, according to the Fire Service Act, the allowable time required to reach the rated speed from the start of the engine is set to 40 seconds. In the case of an engine that drives an industrial generator, the allowable time is set to about 10 to 13 seconds. In this way, in the case of an emergency engine, the allowable rise time is set short, so that the combustion is incomplete and black smoke is likely to be generated as described above.
従って、図１及び図２に示した本実施形態の機関において、従来の始動方式、すなわち［背景技術］の項で説明したように、始動指令で始動空気を供給してクランキングを行い、その後に燃料を大量に噴射して着火加速後に燃料供給量を減少させる方式をとった場合には、始動時に燃料過多となり黒煙が発生する状態となってしまう。
この状態について、図４及び図５を参照して説明する。図中、３０は排気弁、３１は吸気弁である。
Accordingly, in the engine of the present embodiment shown in FIGS. 1 and 2, the cranking is performed by supplying the start air with the start command as described in the section of the conventional start method, that is, [Background Art], and thereafter In the case of adopting a method in which a large amount of fuel is injected and the fuel supply amount is decreased after accelerating ignition, the fuel becomes excessive at the time of start-up and black smoke is generated.
This state will be described with reference to FIGS. In the figure, 30 is an exhaust valve and 31 is an intake valve.
図４（ａ）〜（ｄ）は機関の始動開始、すなわちクランク軸２が動き始める状態を示している（この状態を以後「状態１」と呼ぶ。）。なお、これらの各行程図中、それぞれ右に示したタイミング図の中の太線Ｐは各図のクランク角度を示している。 FIGS. 4A to 4D show a state where the engine starts, that is, a state where the crankshaft 2 starts to move (this state is hereinafter referred to as “state 1”). In each of these stroke diagrams, the thick line P in the timing diagram shown on the right indicates the crank angle in each diagram.
図４（ａ）に示すように、機関始動時は、始動空気のシリンダ内への流入遅れを考慮して、クランク軸２上死点前約5 °から上死点後約１３０°まで始動弁１６が開いてパイロット空気が始動弁のシリンダ内に供給される。この場合、Ｐｃ＜大気圧、Ｐｐ＞Ｐｃ＋Ｐｓなので、始動弁１６はパイロット空気の供給タイミングで開き、シリンダ内に圧縮空気である始動空気が供給される。なお、これはクランキングの１回目のサイクルであり、次サイクルではシリンダ内圧力は吸込み空気が圧縮されているので、始動弁１６はクランク角度４５°付近で開くこととなる。 As shown in FIG. 4 (a), when starting the engine, the start valve from about 5 ° before top dead center of the crankshaft 2 to about 130 ° after top dead center is considered in consideration of the delay of start air flow into the cylinder. 16 opens and pilot air is supplied into the cylinder of the start valve. In this case, since Pc <atmospheric pressure and Pp> Pc + Ps, the start valve 16 is opened at the supply timing of pilot air, and start air which is compressed air is supplied into the cylinder. Note that this is the first cycle of cranking, and in the next cycle, since the intake air is compressed in the cylinder pressure, the start valve 16 opens near a crank angle of 45 °.
図４（ｂ）はクランク角度が約１５°の状態であり、上死点前５°より開いている始動弁１６から供給される始動空気により機関のクランキングは継続される。 FIG. 4B shows a state where the crank angle is about 15 °, and the cranking of the engine is continued by the start air supplied from the start valve 16 opened from 5 ° before the top dead center.
図４（ｃ）はクランク角度が約１３０°の状態であり、ここで始動弁１６が閉じる。
図４（ｄ）はクランク角度が約１８０°の状態であり、排気弁３０が開いて空気が排気される。以後、このような始動空気によるクランキングを数回繰り返し、回転数が定格回転数の例えば３０％程度まで上昇した時点で始動弁のパイロット空気がカットされ、始動弁の作動が停止するが、この時点では既に燃焼が確立しており自力で回転上昇し機関の始動に至ることになる。
FIG. 4C shows a state where the crank angle is about 130 °, and the start valve 16 is closed here.
FIG. 4D shows a state where the crank angle is about 180 °, and the exhaust valve 30 is opened to exhaust the air. Thereafter, the cranking by the starting air is repeated several times, and when the rotational speed increases to, for example, about 30% of the rated rotational speed, the pilot air of the starting valve is cut and the operation of the starting valve stops. At that time, combustion has already been established, and the engine starts rotating by itself to start the engine.
図５（ａ）〜（ｄ）は、このような機関の始動中の状態を示している（この状態を以後「状態３」と呼ぶ。）。
図５（ａ）に示すように、クランク角度が上死点前約５°では燃料噴射弁５から燃料噴射が開始されており燃焼が始まる。図５（ｂ）に示すように、クランク角度が約４５°付近でも後燃えが継続しているが、燃料が空気量に対して過剰に供給された場合には図５（ｃ）に示すように空気不足によりクランク角度４５°以降も燃料は完全燃焼しきれずに、図５（ｄ）に示されるように、下死点近傍で排気弁３０が開き燃えきらない燃料が排出されて黒煙となってしまう。
FIGS. 5A to 5D show such a state in which the engine is being started (this state is hereinafter referred to as “state 3”).
As shown in FIG. 5A, when the crank angle is about 5 ° before top dead center, fuel injection is started from the fuel injection valve 5 and combustion starts. As shown in FIG. 5 (b), afterburning continues even when the crank angle is about 45 °, but when the fuel is supplied excessively with respect to the air amount, as shown in FIG. 5 (c). In addition, due to the lack of air, the fuel cannot be completely burned even after the crank angle of 45 °, and as shown in FIG. 5 (d), the exhaust valve 30 opens near the bottom dead center and the non-burnable fuel is discharged and black smoke and turn into.
始動時には回転速度が低く、燃料噴射ポンプ６のプランジャの速度が遅いため、プランジャからの漏れが多く効率が低下するため、従来は燃料制御弁２０で設定する始動時の燃料噴射量を、後述する必要なトルクから算出される量に比べて多めに設定していた。このため、機関を始動して回転が上昇するところでシリンダ内に供給される燃料に対して空気が不足し、不完全燃焼が発生してしまうと本発明者等は考えた。 Since the rotation speed is low at the time of starting and the speed of the plunger of the fuel injection pump 6 is slow, there is a lot of leakage from the plunger and the efficiency is lowered. Conventionally, the fuel injection amount at the start set by the fuel control valve 20 will be described later. It was set larger than the amount calculated from the required torque. For this reason, the present inventors considered that incomplete combustion occurs due to insufficient air with respect to the fuel supplied into the cylinder when the engine is started and the rotation is increased.
４．本実施形態の機関の制御方法（図４及び図６）
本発明者等は、前項で説明した空気不足による燃料の不完全燃焼を解消して黒煙の発生を防止するために、燃料の供給量に一定の制限を加えるとともに、クランキング用の始動空気を燃焼用の空気として使用すべく、始動弁１６を従来とは異なる態様で使用することを発案した。
4). Engine control method of this embodiment (FIGS. 4 and 6)
In order to eliminate the incomplete combustion of the fuel due to the lack of air described in the previous section and prevent the generation of black smoke, the present inventors added a certain limit to the amount of fuel supplied and started the cranking start air. Has been devised to use the start valve 16 in a different manner from the prior art.
(1) 基本
機関立上げに必要なトルク（Ｔ）、機関装置系全体の慣性モーメントＩ（ｋｇ・ｍ2 ）、定格回転角速度（ω）、立上げ許容時間Δt の関係は下式（１）で示される。このため、機関を許容時間Δt で定格回転数まで立上げるのに必要なトルク（Ｔ）は、下式（２）のように算出される。なお、慣性モーメントＩは、機関装置系全体としての数値であり、機関とこれに連結された外部装置（例えば発電装置等）の全体の慣性モーメントを意味する。
(1) Basic The relationship between the torque required for engine startup (T), the inertia moment I (kg · m 2 ) of the entire engine system, the rated rotational angular velocity (ω), and the startup allowable time Δt is expressed by the following equation (1) Indicated by For this reason, the torque (T) required to start up the engine to the rated speed in the allowable time Δt is calculated as in the following equation (2). The inertia moment I is a numerical value of the entire engine apparatus system, and means the inertia moment of the entire engine and an external apparatus (for example, a power generation apparatus) connected to the engine.
Ｔ×Δt ＝I ×ω …（１）
Ｔ＝( I ×ω) ÷Δt …（２）
T × Δt = I × ω (1)
T = (I × ω) ÷ Δt (2)
また、上のように算出されたトルク（Ｔ）は機関の正味平均有効圧力（Ｐｍｅ）に比例し、Ｔ∝Ｐｍｅであることから、必要トルクを得るための正味平均有効圧力が算出できる。その正味平均有効圧力が算出されれば、この正味平均有効圧力を発生させるために必要な燃料供給量を実現する燃料噴射量が求まるので、このような燃料噴射量で燃料噴射ポンプ６を駆動するためのラック目盛りが決定できる。始動時に、この目盛りで燃料噴射ポンプ６を駆動すれば、この機関に要求されている立上げ許容時間内に定格回転数まで立ち上げる機関始動に必要な燃料量を噴射することができる。 Further, since the torque (T) calculated as described above is proportional to the net average effective pressure (Pme) of the engine and is T∝Pme, the net average effective pressure for obtaining the necessary torque can be calculated. If the net average effective pressure is calculated, the fuel injection amount that realizes the fuel supply amount necessary to generate the net average effective pressure is obtained. Therefore, the fuel injection pump 6 is driven with such a fuel injection amount. The rack scale can be determined. If the fuel injection pump 6 is driven at this scale at the time of starting, the amount of fuel required for starting the engine can be injected up to the rated rotational speed within the allowable start-up time required for this engine.
機関装置系の全体慣性モーメントが大きい場合や立上り許容時間が短い場合には、機関立上げに必要な正味平均有効圧力が０．５〜０．５５ＭＰａ以上となるため、大気圧状態での燃焼空気吸込みでは空気不足となり、良好な燃焼を得るためには燃焼空気の補給（アシストエア）が必要になる。そこで、本発明では、従来、機関始動用として使用され、機関のクランキング時に始動弁１６からシリンダ内に供給されている始動空気を、機関の立上げ途中の一定期間にも供給することにより、燃焼空気を補給して、機関立上時の燃焼を改善することとした。
このような本発明による機関始動方式を採用することにより、燃料の燃焼状態が改善され、黒煙の発生は改善され、機関始動時の回転数はほぼ直線的に上昇する。
When the total moment of inertia of the engine system is large or when the allowable rise time is short, the net average effective pressure required for starting the engine is 0.5 to 0.55 MPa or more. Inhalation results in air shortage, and combustion air supply (assist air) is necessary to obtain good combustion. Therefore, in the present invention, conventionally, the start air that is used for starting the engine and is supplied into the cylinder from the start valve 16 at the time of cranking of the engine is also supplied for a certain period during startup of the engine, Combustion air was replenished to improve combustion when the engine was started.
By adopting such an engine start system according to the present invention, the combustion state of the fuel is improved, the generation of black smoke is improved, and the rotational speed at the start of the engine increases almost linearly.
但し、従来一般的に使用されているディーゼル機関における始動用圧縮空気の圧力は一般的に３．０ＭＰａであり、この空気圧力でのアシストエアでは正味平均有効圧力約０．８〜１．０ＭＰａが上限であるため、それ以上の正味平均有効圧力が要求される機関を立ち上げる場合には、ディーゼル機関に備えつけられている始動空気槽１５の始動空気圧力を必要燃料量に合わせて上昇させるものとする。例えば、始動空気槽１５内の空気の圧力が、前述した必要なトルクから算出した機関始動に必要な燃料噴射量を完全燃焼するために必要な圧力に足りない場合は、必要な圧力となるように、必要に応じて始動空気槽１５内に図示しない圧縮機で空気を供給するものとする。 However, the pressure of the compressed air for starting in a diesel engine that is generally used conventionally is generally 3.0 MPa, and the assist air at this air pressure has a net average effective pressure of about 0.8 to 1.0 MPa. Since it is the upper limit, when starting an engine that requires a higher net average effective pressure, the starting air pressure of the starting air tank 15 provided in the diesel engine is increased in accordance with the required fuel amount. To do. For example, if the pressure of the air in the starting air tank 15 is not sufficient to completely burn the fuel injection amount required for starting the engine calculated from the necessary torque described above, the required pressure is set. In addition, it is assumed that air is supplied into the starting air tank 15 by a compressor (not shown) as necessary.
(2) 始動時（機関始動時の黒煙発生低減の運用方法）
外部装置を含めた機関の全体としての慣性モーメント（Ｉｋｇ・ｍ2 ）より、機関を許容時間内に立ち上げるのに必要なトルク（Ｔ）を計算する。例えば、ディーゼル発電装置、デュアルフューエル発電装置、ディーゼル推進装置等であれば、機関だけでなく、発電装置や推進装置も含めた全体の慣性モーメント（Ｉｋｇ・ｍ2 ）からトルク（Ｔ）を計算する。
(2) At start-up (operation method for reducing black smoke generation at engine start-up)
From the inertia moment (Ikg · m 2 ) of the engine as a whole including the external device, the torque (T) required to start the engine within the allowable time is calculated. For example, in the case of a diesel power generation device, a dual fuel power generation device, a diesel propulsion device, etc., the torque (T) is calculated from the entire moment of inertia (Ikg · m 2 ) including not only the engine but also the power generation device and the propulsion device. .
次に、そのトルク（Ｔ）を発生させるに必要な正味平均有効圧（Ｐｍｅ）を計算し、その正味平均有効圧（Ｐｍｅ）を発生させるに必要な燃料噴射量を求め、燃料噴射ポンプ６のラックをこの燃料噴射量に相当する目盛に設定して機関を始動させる。 Next, a net average effective pressure (Pme) necessary for generating the torque (T) is calculated, a fuel injection amount required for generating the net average effective pressure (Pme) is obtained, and the fuel injection pump 6 The rack is set to a scale corresponding to the fuel injection amount and the engine is started.
圧縮空気始動用の始動弁１６を利用し、機関始動時に定格回転数に達する迄、始動弁１６を開いてシリンダに圧縮空気を供給することにより、燃焼用空気（アシストエア）を供給することが可能になる。また機関始動時の燃料供給量は前述の計算により求め、これを季節変動要素および燃料噴射ポンプの特性に対する安全率を考慮した値に修正して決定する。 Combustion air (assist air) can be supplied by using the start valve 16 for starting compressed air and opening the start valve 16 and supplying compressed air to the cylinder until the rated speed is reached when the engine is started. It becomes possible. Further, the fuel supply amount at the time of starting the engine is obtained by the above-described calculation, and this is determined by correcting the value in consideration of the seasonal variation factor and the safety factor for the characteristics of the fuel injection pump.
前項で図４及び図５を参照して説明したように、従来は圧縮空気始動方式の機関は機関の始動時のクランキングとして始動空気分配弁２７（パイロット弁）を経由して始動弁１６に制御空気を送り、圧縮上死点前５°から上死点後１３０°程度まで始動弁１６を開いて燃焼室に空気を送り込み、機関回転数が定格回転数の３０％程度に達した時点で始動弁１６を閉めていた。 As described with reference to FIG. 4 and FIG. 5 in the previous section, in the past, a compressed air start type engine has been connected to the start valve 16 via a start air distribution valve 27 (pilot valve) as cranking at the start of the engine. When control air is sent, the start valve 16 is opened from 5 ° before compression top dead center to about 130 ° after top dead center, and air is sent into the combustion chamber. When the engine speed reaches about 30% of the rated speed, The start valve 16 was closed.
本発明乃至本実施形態では、実際の始動弁１６の開タイミングは機関が動き出す時点では始動空気分配弁２７（パイロット弁）による制御空気の供給タイミングで空気が供給されるが、図６（ａ）〜（ｃ）に示すように、始動空気によるクランキングでクランク軸２が１８０°以上回転したあとは、シリンダ内圧が上昇しているため、上死点後４５°〜９０°（機関の負荷状態によって変化する）までは、シリンダ内圧力と始動弁１６バネによる付勢力の合計が機関の負荷状態（シリンダ内の燃焼圧力）により制御空気の圧力を上回る（Ｐｐ＜Ｐｓ＋Ｐｃ）場合があり、始動弁１６が開かず、過剰燃料が完全燃焼出来ずにシリンダ内に滞留する状態となる。その後、図６（ｄ）に示すように、制御空気の圧力が、シリンダ内圧力と始動弁１６のバネによる付勢力の合計を上回り（Ｐｐ＞Ｐｓ＋Ｐｃ）、始動弁１６は最初のクランキング時よりも遅れたタイミングで開き、この時点から燃焼室に空気が供給されて未燃焼の燃料が完全燃焼する。そして、図６（ｅ）に示すように、クランク軸２が約１８０°になると、排気弁３０は十分な開度となり排気が始まるが、燃料は十分な空気で完全燃焼したため、黒煙はほとんど発生しない。このような始動弁１６からの空気供給（エアアシスト）を着火後も継続し、機関の回転数が定格回転数に至るまで続けることにより、機関始動時の回転数はほぼ直線的に上昇し、所定の許容時間で定格回転数まで立ち上げることができる。 In the present invention or the present embodiment, the actual opening timing of the start valve 16 is supplied at the timing when the control air is supplied by the start air distribution valve 27 (pilot valve) when the engine starts moving. As shown in (c), after crankshaft 2 is rotated by 180 ° or more by cranking with starting air, the cylinder internal pressure rises, so 45 ° to 90 ° after top dead center (engine load state) Until the pressure of the control air exceeds the pressure of the control air (Pp <Ps + Pc) depending on the engine load state (combustion pressure in the cylinder). 16 does not open, and excess fuel cannot be completely combusted and stays in the cylinder. Thereafter, as shown in FIG. 6 (d), the pressure of the control air exceeds the sum of the pressure in the cylinder and the urging force of the spring of the start valve 16 (Pp> Ps + Pc). Open at a later timing, air is supplied to the combustion chamber from this point, and the unburned fuel is completely burned. Then, as shown in FIG. 6 (e), when the crankshaft 2 reaches about 180 °, the exhaust valve 30 has a sufficient opening and exhaust starts. However, since the fuel is completely burned with sufficient air, the black smoke is hardly generated. Does not occur. By continuing such air supply (air assist) from the start valve 16 after ignition and continuing until the engine speed reaches the rated speed, the engine speed increases almost linearly, It is possible to start up to the rated speed in a predetermined allowable time.
また、この燃焼改善により機関の排ガス量が増大するため過給機の回転上昇率が改善されて過給機から機関に供給される燃焼空気量が増加する効果も得られるため、相乗的に燃焼が改善されて黒煙の発生および速度変動がさらに一層改善される。 This combustion improvement also increases the exhaust gas amount of the engine, so that the rate of increase in the rotation of the turbocharger is improved, and the effect of increasing the amount of combustion air supplied from the supercharger to the engine is also obtained. Is improved to further improve the generation of black smoke and the speed fluctuation.
なお、制御空気の圧力が、シリンダ内圧力と始動弁１６の付勢手段２５による付勢力の合計を上回り（Ｐｐ＞Ｐｓ＋Ｐｃ）、始動弁１６が最初のクランキング時よりも遅れたタイミングで開く際のクランク軸２の角度はシリンダ内の燃焼圧力（機関の負荷状態）によって異なってくる。 When the pressure of the control air exceeds the sum of the in-cylinder pressure and the urging force of the urging means 25 of the start valve 16 (Pp> Ps + Pc), the start valve 16 opens at a timing delayed from the first cranking time. The angle of the crankshaft 2 differs depending on the combustion pressure in the cylinder (engine load state).
(3) 負荷投入時（負荷投入時の燃焼改善の運用方法）
本実施形態の機関で発電機を駆動する場合、無負荷で機関を始動した後、機関が定格回転数に達して安定すると、発電機から出力される電圧が確立する。その後に、操作者が負荷のスイッチをＯＮにする等して機関に負荷を投入する場合には、負荷が実際に投入される前にシリンダ内に空気が供給されるようにする。実際には、スイッチのＯＮ信号等の負荷投入信号をトリガとし、負荷投入信号の入力と同時に機関の始動弁１６を一定期間開き、シリンダに圧縮空気を供給する。このようにすれば、シリンダに実際に空気が供給された後で負荷が加わることになるので、負荷投入による黒煙の発生および機関の速度変動を改善することができる。
(3) When load is applied (Operation method for improving combustion when load is applied)
When the generator is driven by the engine of the present embodiment, the voltage output from the generator is established when the engine reaches the rated speed and stabilizes after starting the engine with no load. After that, when the operator turns on the load by turning on the load switch or the like, air is supplied into the cylinder before the load is actually turned on. In practice, a load input signal such as a switch ON signal is used as a trigger, and simultaneously with the input of the load input signal, the engine start valve 16 is opened for a certain period, and compressed air is supplied to the cylinder. In this way, since the load is applied after the air is actually supplied to the cylinder, generation of black smoke and engine speed fluctuation due to the load application can be improved.
(4) セルモータ等（セルモータ、エアモータ始動の機関に対する本発明の適用について）
以上説明した実施形態では圧縮空気によるクランキングで始動する圧縮空気始動用機関（本例ではディーゼル機関）について説明したが、セルモータ、エアモータ始動の機関に対しても本発明は適用できる。その場合には、圧縮空気始動用機関の始動弁１６と同様な構造の空気供給手段として、所定の空気圧の圧縮空気を供給できる空気槽と、シリンダごとに設けられて当該空気槽から送られた空気を各シリンダに供給する空気供給弁と、各空気供給弁に制御用空気を送るパイロット空気弁（前記始動空気分配弁２７と同）を機関に設ければよい。なお、パイロット空気弁の開閉駆動方法は、以下に説明するように油圧、空圧、プッシュロッド等、あらゆる手段から選択して採用することができる。
(4) Cell motor, etc. (Regarding the application of the present invention to a cell motor or air motor starting engine)
In the embodiment described above, the compressed air starting engine (diesel engine in this example) that starts by cranking with compressed air has been described, but the present invention can also be applied to a cell motor and an air motor started engine. In that case, as an air supply means having a structure similar to that of the start valve 16 of the compressed air start engine, an air tank capable of supplying compressed air having a predetermined air pressure and a cylinder provided for each cylinder are sent from the air tank. An air supply valve that supplies air to each cylinder and a pilot air valve that sends control air to each air supply valve (same as the start air distribution valve 27) may be provided in the engine. As described below, the pilot air valve opening / closing driving method can be selected from various means such as hydraulic pressure, pneumatic pressure, push rod, and the like.
1)パイロット空気弁を油・空圧駆動する場合
機関のカム軸２９とクランク軸２に設けた回転検出センサにより各シリンダの燃焼タイミングを検出し、圧縮空気圧力（アシスト空気圧力）とシリンダ内圧力とのバランスを考慮し、そのタイミングに合わせてパイロット空気弁を駆動し、各シリンダに必要なタイミングで制御用空気を供給する。各空気供給弁は制御用空気により所定のタイミングで操作され、各シリンダに必要なタイミングで圧縮空気（アシストエア）を供給する。パイロット空気弁を開くタイミングは、上述したように、始動時および負荷投入時とする。シリンダに対する圧縮空気の供給は、各シリンダに設けた空気供給弁と空気槽とを接続する空気配管に設けた弁を開閉して行う。パイロット空気弁の駆動は空気圧に替えて油圧駆動でもよい。
1) When the pilot air valve is driven with oil or air pressure The combustion timing of each cylinder is detected by the rotation detection sensor provided on the camshaft 29 and crankshaft 2 of the engine, and the compressed air pressure (assist air pressure) and the cylinder internal pressure are detected. The pilot air valve is driven in accordance with the timing, and control air is supplied to each cylinder at the necessary timing. Each air supply valve is operated at a predetermined timing by control air, and supplies compressed air (assist air) to each cylinder at a necessary timing. As described above, the pilot air valve is opened when starting and when applying a load. Supply of compressed air to the cylinder is performed by opening and closing a valve provided in an air pipe connecting an air supply valve provided in each cylinder and an air tank. The pilot air valve may be driven by a hydraulic drive instead of the air pressure.
2)始動弁をプッシュロッドまたは油圧で駆動する場合
カム軸２９に始動弁を駆動するカムを設け、機関の回転に対して所定のタイミングで始動弁を駆動し、各シリンダに必要なタイミングで圧縮空気を供給する。シリンダに対する圧縮空気の供給は、各シリンダに設けられた始動弁と空気槽とを接続する空気配管に設けた弁を開閉して行う。
2) When the start valve is driven by a push rod or hydraulic pressure A cam for driving the start valve is provided on the camshaft 29, the start valve is driven at a predetermined timing with respect to the rotation of the engine, and compression is performed at a timing required for each cylinder. Supply air. Supply of compressed air to the cylinder is performed by opening and closing a valve provided in an air pipe connecting a start valve provided in each cylinder and an air tank.
(5) ラックの設定（燃料噴射ポンプ６のラックの設定について）
機関系全体の慣性モーメントが小さい機関の場合（主に小型機関）は、立ち上げに必要とされるトルクが小さくなるので燃料噴射量も小さくなる。各シリンダの燃料噴射ポンプ６は低噴射領域でのバラツキの影響が大きいため、このような場合には燃料噴射量を適切に制御することが困難になる。また厳冬期の場合には、潤滑油粘度の上昇等による要因などでクランキングトルクが増大することがあるので、それらの影響を考慮し、燃料噴射量は上述した量に余裕をつけて設定することが好ましい。
(5) Rack setting (Rack setting of fuel injection pump 6)
In the case of an engine having a small moment of inertia of the entire engine system (mainly a small engine), the torque required for start-up is reduced, so the fuel injection amount is also reduced. Since the fuel injection pump 6 of each cylinder is greatly affected by variations in the low injection region, it is difficult to appropriately control the fuel injection amount in such a case. Also, in the severe winter season, cranking torque may increase due to factors such as an increase in lubricating oil viscosity. Considering these effects, the fuel injection amount should be set with a margin for the above amount. It is preferable.
(6) 圧縮空気圧力の調整（圧縮空気圧力の調整について）
機関系全体の慣性モーメントが大きい機関の場合（主に大型機関）は、必要トルクを得るための燃料噴射量が増大するため、従来多くのディーゼル機関に付設されていた空気槽の３．０ＭＰａの始動空気圧では、燃焼空気圧が不足となる場合がある。そのような場合には、前述した通り、必要に応じて始動空気槽１５内に図示しない圧縮機で空気を供給し、空気槽の圧力を必要な圧力まで高め、前述した必要なトルクから噴射量を算出した燃料を燃焼させるだけの空気量を確保するものとする。
(6) Adjustment of compressed air pressure (About adjustment of compressed air pressure)
In the case of an engine with a large moment of inertia of the entire engine system (mainly a large engine), the amount of fuel injection for obtaining the required torque increases, so that the 3.0 MPa of the air tank conventionally attached to many diesel engines With the starting air pressure, the combustion air pressure may be insufficient. In such a case, as described above, air is supplied into the starting air tank 15 by a compressor (not shown) as necessary, and the pressure of the air tank is increased to a necessary pressure, and the injection amount is calculated from the necessary torque described above. It is assumed that the amount of air is sufficient to burn the fuel calculated.
５．実測結果（図７〜図１０）
図７から図１０は、始動から定格回転数に至るまでの機関回転数、燃料供給量を示す燃料ラック目盛り、排気中の黒煙の濃度を示すオパシティ値等の時間的変化を示すとともに、空気供給状態に対応する状態１乃至３の表示（［１］〜［３］で示す）により機関の運転状態を表わした実測図である。これらは、いずれも前述した本実施形態の機関における運転実験結果を示すものである。この中で、図７は従来の運転方法による状態を示し、図８乃至図９は本発明に至る過程で本願発明者が従来の制御方法を改善した方法による状態を示しており、図１０はその結果到達した本発明の実施形態の方法による状態を示している。
5. Actual measurement results (FIGS. 7 to 10)
FIGS. 7 to 10 show changes over time such as the engine speed from the start to the rated speed, the fuel rack scale indicating the fuel supply amount, the opacity value indicating the concentration of black smoke in the exhaust, and the like. It is an actual measurement figure showing the operation state of the engine by the display of the states 1 to 3 (indicated by [1] to [3]) corresponding to the supply state. These all show the results of the operation experiment in the engine of the present embodiment described above. 7 shows a state according to a conventional driving method, FIGS. 8 to 9 show a state according to a method in which the present inventor has improved the conventional control method in the course of reaching the present invention, and FIG. The resulting state according to the method of the embodiment of the present invention is shown.
これらの図において、グラフＫは燃料制御弁２０Ｋ（緩始動弁：クランキングによる着火後に燃料噴射量を絞る目的の弁）の電磁弁信号（ＯＮ／ＯＦＦ）を示し、グラフＡは燃料制御弁２０Ａ（始動制御弁：クランキングによる着火時の燃料噴射量を設定する目的の弁）の電磁弁信号（ＯＮ／ＯＦＦ）を示し、グラフＲ１と縦軸ｒ１（ｍｉｎ-1）は機関回転数を示し、グラフＲ２と縦軸ｒ２（ｍｉｎ-1）は過給機回転数を示し、グラフＦと縦軸ｆ（ｍｍ）は燃料噴射ポンプ６のラック目盛りを示し、グラフＰと縦軸ｐ（％）はオパシティ値を示し、グラフＣはクランク軸回転信号（１回転／パルス）を示している。また、右端の縦軸は縦軸のフルスケールを１００％とした場合の割合を示している。 In these drawings, a graph K shows an electromagnetic valve signal (ON / OFF) of a fuel control valve 20K (slow start valve: a valve for reducing the fuel injection amount after ignition by cranking), and a graph A shows a fuel control valve 20A. Electromagnetic valve signal (ON / OFF) of (starting control valve: target valve for setting the fuel injection amount at the time of ignition by cranking) is shown, and graph R1 and vertical axis r1 (min -1 ) show the engine speed. The graph R2 and the vertical axis r2 (min −1 ) indicate the supercharger speed, the graph F and the vertical axis f (mm) indicate the rack scale of the fuel injection pump 6, the graph P and the vertical axis p (%). Indicates an opacity value, and graph C indicates a crankshaft rotation signal (1 rotation / pulse). The vertical axis at the right end indicates the ratio when the full scale of the vertical axis is 100%.
なお、この機関の諸元及び実験における運転条件は次の通りである。
機関形式 4 サイクル
シリンダ数 6 シリンダ
シリンダ径 260mm
ストローク 275mm
定格回転速度 900min-1
発電機出力 1000kW
発電機効率 0.963
正味平均有効圧力 1.55MPa
The specifications of this engine and the operating conditions in the experiment are as follows.
Institution type 4 cycle
Number of cylinders 6 Cylinder Cylinder diameter 260mm
Stroke 275mm
Rated rotational speed 900min-1
Generator output 1000kW
Generator efficiency 0.963
Net mean effective pressure 1.55MPa
図７に示す従来の制御方法では、一般的に、始動空気によるクランキングを行うことにより回転数が定格回転数の例えば３０％程度まで上昇していき、回転数の上昇に伴い燃料が噴射されて着火し、機関が安定した始動に至ることが予定されていた。ところが、本発明者が実験から得た知見によれば、始動時から回転数が定格回転数の３０％程度になるまでは前述した状態１の状態であり、その後に状態２の状態になることが判明したが、この状態２は非常に短いことが分かった。その後、始動弁が閉じ（５０％程度になるのは、応答遅れによるものであり、ＯＦＦ信号は３０％のため）、前記状態３になり、黒煙が発生していた。黒煙の発生を示すオパシティ値（グラフＰ）は８５％を越え、高い値を示した。この状態１から２にかけては、ラック目盛りが１７ｍｍに設定された燃料制御弁２０Ａが機能しており（グラフＡがＯＮ）、始動弁１６が閉じて状態３に移行したところで燃料制御弁２０Ａが機能停止し（グラフＡがＯＦＦ）、代わりにラック目盛りが１１．５ｍｍに設定された燃料制御弁２０Ｋが機能するようになる（グラフＫがＯＮ）。この状態１から２に至る期間に機能していた燃料制御弁２０Ａのラック目盛りの１７ｍｍは、この機関が定格回転数まで許容時間内で立ち上がるのに必要なトルク（Ｔ）から算出した燃料よりも多い燃料噴射量を意味している。その後は燃料噴射弁５のラック目盛りが１１．５ｍｍに設定された燃料制御弁２０Ｋが機能し、ラック目盛が下がって燃料供給量が低下するが、始動弁１６はすでに閉じており、本発明者の知見によれば、燃焼後期の新気供給がないため燃料の供給量が過剰となって前述した状態３となり、不完全燃焼を起こしていたと考えられる。 In the conventional control method shown in FIG. 7, in general, the rotation speed is increased to, for example, about 30% of the rated rotation speed by cranking with starting air, and fuel is injected as the rotation speed increases. It was planned that the engine would ignite and start the engine stably. However, according to the knowledge obtained by the inventor from experiments, the state 1 is the state described above until the rotational speed reaches about 30% of the rated rotational speed from the start, and then the state 2 is reached. However, this state 2 was found to be very short. After that, the start valve was closed (because it was about 50% because of a response delay, and the OFF signal was 30%), the state 3 was reached, and black smoke was generated. The opacity value (graph P) indicating the generation of black smoke exceeded 85%, indicating a high value. In this state 1 to 2, the fuel control valve 20A whose rack scale is set to 17 mm is functioning (graph A is ON), and the fuel control valve 20A is functioning when the start valve 16 is closed and the state 3 is shifted to. The fuel control valve 20K with the rack scale set to 11.5 mm is activated instead (the graph K is ON). The rack graduation of 17 mm of the fuel control valve 20A functioning during the period from the state 1 to the state 2 is more than the fuel calculated from the torque (T) required for the engine to stand up to the rated speed within an allowable time. It means a large amount of fuel injection. After that, the fuel control valve 20K in which the rack scale of the fuel injection valve 5 is set to 11.5 mm functions and the rack scale is lowered to lower the fuel supply amount, but the start valve 16 is already closed, and the present inventor According to the above knowledge, it is considered that since there was no fresh air supply in the late stage of combustion, the amount of fuel supplied became excessive and the state 3 described above was reached, causing incomplete combustion.
図８は、図７の制御方法を改善した状態を示すものである。すなわち、本発明者は、図７における制御方法を分析し、燃焼状態を改善するために、始動時の燃料供給量を下げる手法を発案し、試みたところ、図８に示す結果を得た。ここでは、燃料制御弁２０Ａのラック目盛りを１７ｍｍから１１．５ｍｍに下げている。燃料制御弁２０Ａのラック目盛りの１１．５ｍｍとは、この機関が定格回転数まで許容時間内で立ち上がるのに必要なトルク（Ｔ）から算出した燃料噴射量に対応するものである。なお、燃料制御弁２０Ｋは使用しない。図８に示すように、燃料制御弁２０Ａにより、燃料噴射ポンプ６による燃料の供給量を前述した必要なトルク（Ｔ）から算出した燃料噴射量に制限して機関を始動すると、機関回転数の立ち上がりはより円滑になり、黒煙の発生は減少した。オパシティ値（グラフＰ）は図７の場合よりも減少している。 FIG. 8 shows a state where the control method of FIG. 7 is improved. That is, the present inventor analyzed the control method in FIG. 7 and invented and tried a method for reducing the fuel supply amount at the start in order to improve the combustion state, and obtained the result shown in FIG. Here, the rack scale of the fuel control valve 20A is lowered from 17 mm to 11.5 mm. The rack scale of 11.5 mm of the fuel control valve 20A corresponds to the fuel injection amount calculated from the torque (T) required for the engine to stand up to the rated speed within an allowable time. The fuel control valve 20K is not used. As shown in FIG. 8, when the engine is started with the fuel control valve 20A limiting the amount of fuel supplied by the fuel injection pump 6 to the fuel injection amount calculated from the necessary torque (T) described above, the engine speed is reduced. The rise was smoother and the generation of black smoke was reduced. The opacity value (graph P) is smaller than in the case of FIG.
図９は、図８の制御方法を改善した状態を示すものである。すなわち、本発明者は、図８における制御方法を分析し、燃焼状態を改善するために、図８の場合と同様に燃料制御弁２０Ａで始動時の燃料供給量を制限するとともに、始動弁１６が開状態にある期間を、機関の回転数で図７の３５０（ｍｉｎ-1）から６５０（ｍｉｎ-1）程度まで延長したところ、図９に示す結果を得た。ここで、燃料制御弁２０Ａのラック目盛りは、図８の場合と同様、この機関が定格回転数まで許容時間内で立ち上がるのに必要なトルク（Ｔ）から算出した燃料噴射量に対応するラック目盛りは１１．５ｍｍである。なお、燃料制御弁２０Ｋは使用しない。図９に示すように、燃料制御弁２０Ａにより、燃料噴射ポンプ６による燃料の供給量を前述した必要なトルク（Ｔ）から算出した燃料噴射量に制限して機関を始動するとともに、始動弁１６の開時期を６５０（ｍｉｎ-1）程度まで延長したところ、機関回転数の立ち上がりはより一層円滑になり、黒煙の発生はさらに減少した。オパシティ値（グラフＰ）は図８の場合よりもさらに減少している。また、過給機の回転数（グラフＲ２）も、図８の場合に比べてより円滑に、より高い数値まで上昇している。 FIG. 9 shows a state where the control method of FIG. 8 is improved. That is, the inventor analyzes the control method in FIG. 8 and limits the fuel supply amount at the time of starting with the fuel control valve 20A as in the case of FIG. 9 was extended from 350 (min −1 ) to about 650 (min −1 ) in FIG. 7 by the number of revolutions of the engine, and the result shown in FIG. 9 was obtained. Here, the rack scale of the fuel control valve 20A is the rack scale corresponding to the fuel injection amount calculated from the torque (T) required for the engine to stand up to the rated speed within the allowable time, as in the case of FIG. Is 11.5 mm. The fuel control valve 20K is not used. As shown in FIG. 9, the fuel control valve 20 </ b> A limits the fuel supply amount by the fuel injection pump 6 to the fuel injection amount calculated from the necessary torque (T) described above, and starts the engine. When the opening time of the engine was extended to about 650 (min −1 ), the engine speed rose more smoothly and the generation of black smoke further decreased. The opacity value (graph P) is further reduced than in the case of FIG. Moreover, the rotation speed (graph R2) of the supercharger also rises more smoothly and to a higher value than in the case of FIG.
図１０は、図９の制御方法を改善した本実施形態の状態を示すものである。すなわち、本発明者は、図９における制御方法を分析し、燃焼状態を改善するために、図９の場合と同様に燃料制御弁２０Ａで始動時の燃料供給量を制限するとともに、始動弁１６が開状態にある期間を機関が定格回転数の９００（ｍｉｎ-1）に達するまでに延長したところ、図１０に示す結果を得た。ここで、燃料制御弁２０Ａのラック目盛りは、図８及び図９の場合と同様、この機関が定格回転数まで許容時間内で立ち上がるのに必要なトルク（Ｔ）から算出した燃料噴射量に対応するラック目盛りは１１．５ｍｍである。なお、燃料制御弁２０Ｋは使用しない。図１０に示すように、燃料制御弁２０Ａにより、燃料噴射ポンプ６による燃料の供給量を前述した必要なトルク（Ｔ）から算出した燃料噴射量に制限して機関を始動するとともに、始動弁１６の開時期を定格回転数の９００（ｍｉｎ-1）まで延長したところ、機関回転数の立ち上がりはさらにより一層円滑になり、黒煙の発生はさらに一層減少した。オパシティ値（グラフＰ）は図９の場合よりもさらに減少している。また、過給機の回転数（グラフＲ２）も、図９の場合に比べてより一層円滑に、より一層高い数値まで上昇している。 FIG. 10 shows a state of the present embodiment in which the control method of FIG. 9 is improved. That is, the present inventor analyzes the control method in FIG. 9 and limits the fuel supply amount at the time of starting with the fuel control valve 20A as in the case of FIG. When the engine is extended until the engine reaches the rated rotational speed of 900 (min −1 ), the result shown in FIG. 10 is obtained. Here, the rack scale of the fuel control valve 20A corresponds to the fuel injection amount calculated from the torque (T) required for the engine to stand up to the rated speed within the allowable time, as in FIGS. The rack scale to be performed is 11.5 mm. The fuel control valve 20K is not used. As shown in FIG. 10, the fuel control valve 20A limits the amount of fuel supplied by the fuel injection pump 6 to the fuel injection amount calculated from the necessary torque (T) described above, and starts the engine. When the opening time of the engine was extended to 900 (min −1 ) as the rated speed, the engine speed rose even more smoothly, and the generation of black smoke was further reduced. The opacity value (graph P) is further reduced than in the case of FIG. Further, the rotational speed of the supercharger (graph R2) also increases more smoothly and to a higher numerical value than in the case of FIG.
図１０に示した本実施形態における実測図に関し、機関起動時の必要トルクから、必要ラック目盛を算定すると次のようになる。
発電機系の慣性モーメント I = 1801.8 (kg ・cm・sec2)
機関定格回転速度でのω2 ω2 = 2 ×π×(900/60) = 94.2 rad/sec
図１０の立上げ時間 Δt = 5 sec
であるから、必要加速トルクT は、
T = I ×ω2 ／Δt = 1801.8× 94.2 ／5 ＝339.5kg ・m
となる。
なお、前述した式（１）及び（２）の説明では、慣性モーメントＩはSI単位でkg・m2としたが、上記説明では、単位をkgf ・cm・sec2としている。この関係は、
Kg・m2 =10.2× kgf・cm・sec2
で表される。この式における10.2は、kgf をkgに変換するため、9.8m/sec2 においてm をcmに変換するため、100 を9.8 で除した値、すなわち100/9.8=10.2である。
Regarding the actual measurement diagram in the present embodiment shown in FIG. 10, the required rack scale is calculated from the required torque at the time of engine startup as follows.
Moment of inertia of generator system I = 1801.8 (kg · cm · sec 2 )
Ω2 at engine rated speed ω2 = 2 × π × (900/60) = 94.2 rad / sec
Start-up time in Fig. 10 Δt = 5 sec
Therefore, the required acceleration torque T is
T = I x ω2 / Δt = 1801.8 x 94.2 / 5 = 339.5kg
It becomes.
In the above description of the equations (1) and (2), the moment of inertia I is set to kg · m 2 in SI units, but in the above description, the unit is set to kgf · cm · sec 2 . This relationship
Kg ・ m 2 = 10.2 × kgf ・ cm ・ sec 2
It is represented by 10.2 in this equation is a value obtained by dividing 100 by 9.8 to convert m to cm at 9.8 m / sec 2 in order to convert kgf to kg, that is, 100 / 9.8 = 10.2.
機関定格出力時のトルクは、Tr＝ 716.2× 1.36 × kW ／ n (kg ・m)であり、
機関定格出力kW 1000kW
機関定格回転数n 900min-1
であるから、
機関定格出力時のトルクTr＝ 716.2× 1.36 × 1000 ／ 900 = 1082.3 kg・m
となる。
The torque at the rated engine output is Tr = 716.2 × 1.36 × kW / n (kg · m)
Engine rated output kW 1000kW
Engine rated speed n 900min-1
Because
Torque at engine rated output Tr = 716.2 × 1.36 × 1000/900 = 1082.3 kg · m
It becomes.
従って、必要加速トルクの定格出力トルクに対する比率（トルク比TR）は、
トルク比TR = ( T／ Tr ) = ( 339.5 ／ 1082.3 ) × 100 = 31.4 %
となる。
Therefore, the ratio of the required acceleration torque to the rated output torque (torque ratio TR) is
Torque ratio TR = (T / Tr) = (339.5 / 1082.3) x 100 = 31.4%
It becomes.
定格出力時のラック目盛 21.8
無噴射ラック目盛 6
であるとすると、
必要ラック目盛Rmは、
Rm =６＋ ( 21.8 − 6) × 31.4 ／ 100 = 11
となる。
Rack scale at rated output 21.8
Non-injection rack scale 6
If
Required rack scale Rm
Rm = 6 + (21.8-6) x 31.4 / 100 = 11
It becomes.
このように、燃料噴射量を、機関が定格回転数まで許容時間内で立ち上がるのに必要なトルク（Ｔ）から算出した量に制限するとともに、機関回転数が定格回転数に到達するまで始動弁１６から空気がシリンダ内に供給される状態２の状態（すなわちエアアシスト状態）を維持することにより、最も効果的に機関始動時の黒煙発生を抑制することができた。また、機関の回転数はほぼ直線的に上昇し、要求された許容時間で確実に定格回転数に達することができた。 In this way, the fuel injection amount is limited to an amount calculated from the torque (T) required for the engine to start up within the allowable time until the rated speed is reached, and the start valve until the engine speed reaches the rated speed. By maintaining the state 2 (that is, the air assist state) in which air is supplied from 16 into the cylinder, the generation of black smoke at the time of starting the engine can be most effectively suppressed. In addition, the engine speed increased almost linearly, and the rated speed could be reached reliably in the required allowable time.
なお、この実施形態の機関で使用されている始動用圧縮空気の圧力は３．０ＭＰａ／ｃｍ2 であり、この空気圧力でのエアアシストでは正味平均有効圧力約０．８〜１．０ＭＰａ／ｃｍ2 が上限である。なお、この始動空気槽１５の圧縮空気の３．０ＭＰａ／ｃｍ2 という圧力は、従来の一般的なディーゼル機関に付設されている始動空気槽１５において広く採用されている値であり、その範囲で本実施形態の制御方法を実施する場合には、正味平均有効圧力約０．８〜１．０ＭＰａ／ｃｍ2 に対応する燃料量で図１０に示すような立ち上げを実行することができる。 The pressure of the starting compressed air used in the engine of this embodiment is 3.0 MPa / cm 2 , and the net average effective pressure of about 0.8 to 1.0 MPa / cm is obtained with air assist at this air pressure. 2 is the upper limit. The pressure of 3.0 MPa / cm 2 of the compressed air in the starter air tank 15 is a value widely used in the starter air tank 15 attached to a conventional general diesel engine. When the control method of the present embodiment is performed, the start-up as shown in FIG. 10 can be executed with the fuel amount corresponding to the net average effective pressure of about 0.8 to 1.0 MPa / cm 2 .
これ以上の正味平均有効圧力が要求される機関を立ち上げる場合は、始動空気槽１５の始動空気圧力を、その正味平均有効圧力に対応する必要燃料量に合わせて上昇させる必要がある。その場合には、図１０と同様に始動時に黒煙の発生がない円滑な立ち上がりを実現することができる。この場合、シリンダ内に供給される新気空気量は、供給空気の絶対圧力に比例することになるので、絶対圧力の比で正味平均有効圧力が上昇すると考えられる。例えば、供給空気圧力を３．０ＭＰａ（Ｇ）から４．０ＭＰａ（Ｇ）とした場合は、（４＋１）／（３＋１）×（０．８〜１．０）＝１．０〜１．２５ＭＰａ／ｃｍ2
となる。
従って、正味平均有効圧力が約１．０ＭＰａから１．２ＭＰａの場合であれば、始動空気圧力を４．０ＭＰａ程度とすることが好ましい。
When starting an engine that requires a net average effective pressure higher than this, it is necessary to increase the starting air pressure in the starting air tank 15 in accordance with the required fuel amount corresponding to the net average effective pressure. In that case, as in FIG. 10, it is possible to realize a smooth rise without black smoke during start-up. In this case, since the amount of fresh air supplied into the cylinder is proportional to the absolute pressure of the supplied air, it is considered that the net average effective pressure increases with the ratio of the absolute pressure. For example, when the supply air pressure is set to 3.0 MPa (G) to 4.0 MPa (G), (4 + 1) / (3 + 1) × (0.8 to 1.0) = 1.0 to 1.25 MPa / cm 2
It becomes.
Therefore, if the net average effective pressure is about 1.0 MPa to 1.2 MPa, the starting air pressure is preferably about 4.0 MPa.
以上説明したように、本実施形態によれば、機関の慣性モーメントと定格回転角速度と立ち上がりに要する許容時間から必要なトルクを算出し、このトルクに比例する正味平均有効圧力を算出し、さらに算出された正味平均有効圧力を得るために必要な所定量の燃料供給量を設定し、機関の始動時には、着火から定格回転数に達するまでの間、この所定量の燃料をシリンダに供給するとともに、この所定量の燃料が完全燃焼するために必要な圧力の空気をシリンダへ継続して供給するエアアシストを行う。このため、供給された立ち上がりに必要な所定量の燃料を完全燃焼させることができる。従って、不完全燃焼による黒煙が発生することはなく、機関の回転数はほぼ直線的に上昇し、要求された許容時間で確実に定格回転数に達することができるという効果が得られる。 As described above, according to the present embodiment, the required torque is calculated from the moment of inertia of the engine, the rated rotational angular velocity, and the allowable time required for starting up, the net average effective pressure proportional to this torque is calculated, and further calculated. A predetermined amount of fuel supply necessary to obtain the obtained net average effective pressure is set, and at the time of starting the engine, this predetermined amount of fuel is supplied to the cylinder from ignition until reaching the rated rotational speed, Air assist is performed to continuously supply air at a pressure necessary for complete combustion of the predetermined amount of fuel to the cylinder. For this reason, the predetermined amount of fuel required for the supplied start-up can be burnt completely. Therefore, black smoke due to incomplete combustion does not occur, and the engine speed increases almost linearly, and the effect of reliably reaching the rated speed in the required allowable time is obtained.
また以上説明した機関によれば、エアクランキング用の始動空気の供給源である始動空気槽１５及び始動弁１６をエアアシスト用の空気供給手段として用いることができ、また、ガバナ１１の制御を抑えて燃料供給量を制限する燃料制御弁２０を必要トルクに基づく燃料を供給するための燃料調整手段として用いることができるので、専用の空気供給手段や燃料調整手段を新たに設けることなく本発明を実施することが可能となる。また、従来の一般的な機関では、始動空気の供給源は機関の定格回転数等の仕様に関わらず一定の空気圧力（例えば前述した３．０ＭＰａ）に設定されている場合があるが、本実施形態によれば、前記所定量の燃料が完全燃焼するために必要な圧力を維持するため、必要に応じて始動空気槽１５に空気を供給できるように構成されているので、機関をより高いトルクで駆動する場合にも対応することができる。 Further, according to the engine described above, the start air tank 15 and the start valve 16 which are supply sources of start air for air cranking can be used as air supply means for air assist, and control of the governor 11 is suppressed. Since the fuel control valve 20 for limiting the fuel supply amount can be used as a fuel adjustment means for supplying fuel based on the required torque, the present invention can be achieved without newly providing a dedicated air supply means or fuel adjustment means. It becomes possible to carry out. Further, in the conventional general engine, the supply source of the starting air may be set to a constant air pressure (for example, the above-described 3.0 MPa) regardless of the specification such as the rated speed of the engine. According to the embodiment, since the predetermined amount of fuel is configured to be able to supply air to the starting air tank 15 as necessary in order to maintain the pressure necessary for complete combustion, the engine is made higher. It is possible to deal with the case of driving with torque.
１…ピストン
１１…ガバナ
１４…シリンダ
１５…空気供給手段としての始動空気槽
１６…空気供給手段としての始動弁
２０…燃料調整手段としての燃料制御弁
２０Ａ…燃料制御弁である始動制御弁
２０Ｋ…燃料制御弁である緩始動弁
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Piston 11 ... Governor 14 ... Cylinder 15 ... Start-up air tank as air supply means 16 ... Start-up valve as air supply means 20 ... Fuel control valve as fuel adjustment means 20A ... Start-up control valve 20K which is a fuel control valve ... Slow start valve as fuel control valve
Claims (5)
前記機関の始動時には、前記機関が着火してから前記定格回転数に達するまで、
前記機関の慣性モーメントと前記機関の定格回転角速度と前記機関が始動から定格回転数に達するまでに要する許容時間から算出されるトルクに対応して定められる所定量の燃料を前記シリンダ内へ供給するとともに、
前記シリンダ内へ供給される所定量の燃料が完全燃焼するように必要な圧力の空気を前記シリンダへ継続して供給するように制御することを特徴とする機関の制御方法。 In an engine control method for generating power by operating a piston by burning fuel supplied into a cylinder,
When starting the engine, until the rated speed is reached after the engine ignites,
A predetermined amount of fuel determined according to the torque calculated from the moment of inertia of the engine, the rated rotational angular velocity of the engine, and the allowable time required for the engine to reach the rated rotational speed after starting is supplied into the cylinder. With
A control method for an engine, characterized in that control is performed so that air of a required pressure is continuously supplied to the cylinder so that a predetermined amount of fuel supplied into the cylinder burns completely.
前記シリンダ内に供給される燃料の供給量を調整する燃料調整手段と、
前記シリンダ内に空気を供給する空気供給手段と、
前記機関の始動時には、前記機関が着火してから前記定格回転数に達するまで、前記機関の慣性モーメントと前記機関の定格回転角速度と前記機関が始動から定格回転数に達するまでに要する許容時間から算出されるトルクに対応して定められる所定量の燃料を前記シリンダ内へ供給するように前記燃料調整手段を制御するとともに、前記シリンダ内へ供給される前記所定量の燃料が完全燃焼するように必要な圧力の空気を前記シリンダへ継続して供給するように前記空気供給手段を制御する制御手段と、
を具備することを特徴とする機関。 In an engine that generates power by operating a piston by burning fuel supplied into a cylinder,
Fuel adjusting means for adjusting the amount of fuel supplied into the cylinder;
Air supply means for supplying air into the cylinder;
When starting the engine, the moment of inertia of the engine, the rated rotational angular velocity of the engine, and the allowable time required for the engine to reach the rated rotational speed from when the engine ignites until the rated rotational speed is reached. The fuel adjusting means is controlled to supply a predetermined amount of fuel determined in accordance with the calculated torque into the cylinder, and the predetermined amount of fuel supplied into the cylinder is completely burned. Control means for controlling the air supply means so as to continuously supply air of a required pressure to the cylinder;
An organization characterized by comprising:
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012018500A JP5904806B2 (en) | 2012-01-31 | 2012-01-31 | Engine and engine control method |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2012018500A JP5904806B2 (en) | 2012-01-31 | 2012-01-31 | Engine and engine control method |
Related Child Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2015173972A Division JP6100336B2 (en) | 2015-09-03 | 2015-09-03 | Engine and engine control method |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2013155708A true JP2013155708A (en) | 2013-08-15 |
| JP5904806B2 JP5904806B2 (en) | 2016-04-20 |
Family
ID=49051148
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2012018500A Active JP5904806B2 (en) | 2012-01-31 | 2012-01-31 | Engine and engine control method |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP5904806B2 (en) |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58210360A (en) * | 1982-05-29 | 1983-12-07 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | Control device for diesel engine |
| JPH10153130A (en) * | 1996-11-21 | 1998-06-09 | Hitachi Ltd | Emergency diesel power generating facility and fuel control method at the time of start in power generating facility |
| JP2000038965A (en) * | 1998-07-23 | 2000-02-08 | Tokyo Gas Co Ltd | Starting characteristics enhancement method for dual fuel engine and its device |
| JP2005248850A (en) * | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Daihatsu Diesel Mfg Co Ltd | Air assist control device for main engine |
| JP2007187082A (en) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Hitachi Ltd | Diesel engine |
| JP2008215074A (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Electric supercharger for automobile and its control method |
| JP2011252411A (en) * | 2010-06-01 | 2011-12-15 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Diesel engine and method of controlling the same |
-
2012
- 2012-01-31 JP JP2012018500A patent/JP5904806B2/en active Active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS58210360A (en) * | 1982-05-29 | 1983-12-07 | Nippon Kokan Kk <Nkk> | Control device for diesel engine |
| JPH10153130A (en) * | 1996-11-21 | 1998-06-09 | Hitachi Ltd | Emergency diesel power generating facility and fuel control method at the time of start in power generating facility |
| JP2000038965A (en) * | 1998-07-23 | 2000-02-08 | Tokyo Gas Co Ltd | Starting characteristics enhancement method for dual fuel engine and its device |
| JP2005248850A (en) * | 2004-03-04 | 2005-09-15 | Daihatsu Diesel Mfg Co Ltd | Air assist control device for main engine |
| JP2007187082A (en) * | 2006-01-13 | 2007-07-26 | Hitachi Ltd | Diesel engine |
| JP2008215074A (en) * | 2007-02-28 | 2008-09-18 | Mitsubishi Heavy Ind Ltd | Electric supercharger for automobile and its control method |
| JP2011252411A (en) * | 2010-06-01 | 2011-12-15 | Mitsui Eng & Shipbuild Co Ltd | Diesel engine and method of controlling the same |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP5904806B2 (en) | 2016-04-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN110462187B (en) | Method and system for engine skip fire | |
| NO337532B1 (en) | Two-fuel engine | |
| CN103502609A (en) | Method of operating an internal combustion piston engine in transient load change, a control system for controlling the operating of an internal combustion engine, and a piston engine | |
| CN105569855A (en) | Method for operating a combustion engine | |
| JP3672805B2 (en) | Pilot ignition gas engine starter | |
| US10393058B2 (en) | System and method for operating an engine | |
| WO2014077002A1 (en) | Diesel engine control device, diesel engine, and diesel engine control method | |
| JP5939836B2 (en) | Sub-chamber engine and operation control method thereof | |
| US10907567B2 (en) | System and method for operating a fuel injector | |
| CN107269442A (en) | Method and apparatus for controlling internal combustion engine | |
| EP2806140A1 (en) | Dual fuel engine and method of operating the same | |
| JP6100336B2 (en) | Engine and engine control method | |
| EP3140535B1 (en) | Method in controlling a dual fuel engine | |
| JP5904806B2 (en) | Engine and engine control method | |
| JP2010084645A (en) | Control device for diesel engine and control method for diesel engine | |
| JP2005090498A (en) | Method of starting multi-cylinder internal combustion engine and internal combustion engine | |
| KR20140076499A (en) | Method and device for operating an internal combustion engine with reduced air charge | |
| RU2538429C1 (en) | Reversing crankshaft of single-stroke engine with external combustion chamber | |
| JP2018145972A (en) | Large reciprocating piston combustion engine, and method, system and software of controlling the same | |
| JP6509610B2 (en) | Control method of supercharged internal combustion engine and supercharger internal combustion engine | |
| JP7214490B2 (en) | Gas engine system and its control method | |
| US11002163B2 (en) | Valve timing controller and valve timing control method | |
| WO2017064360A1 (en) | A method in a starting procedure of an internal combustion piston engine provided with a common-rail injection system | |
| RU2566860C1 (en) | Ice crankshaft reversing by gas pressure control valve pneumatic drive system with pneumatic accumulator charging with gas from compensating pneumatic accumulator and fuel injector control system | |
| JP2015101986A (en) | Start control device for cylinder injection internal combustion engine |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20141120 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20150625 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20150707 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150820 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20150825 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A821 Effective date: 20150825 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20160308 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20160315 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 5904806 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
| S533 | Written request for registration of change of name |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R313533 |
|
| R350 | Written notification of registration of transfer |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R350 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
| R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |