JP2015214983A - 内燃機関及び内燃機関の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】少ない部材数で排ガスを再循環させることができ、排ガスに含まれるＮＯｘを低減することが可能な内燃機関及び内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。
【解決手段】本発明に係る内燃機関は、燃料ガスの燃焼によって生じた燃焼ガスを燃焼室から外部へ排出する排気口２５と、排気口２５を開閉する排気弁２４と、掃気室２３と燃焼室２２との間を連通し、往復動するピストン２９によって開閉される掃気ポート２７と、掃気ポート２７が開口を開始した時、燃焼室２２内の圧力が掃気室２３内の圧力よりも高くなるように排気弁２４の開閉を制御する制御部３０とを備え、掃気ポート２７が閉じられた後、排気弁２４によって排気口２５が閉じられる。
【選択図】図４

Description

本発明は、燃料ガスを燃焼し燃焼ガスを発生させる内燃機関及び内燃機関の制御方法に関するものである。

舶用の２ストロークエンジンは、ＩＭＯ（国際海事機関）で定めるＳＯｘの排出規制をクリアするため、燃料を重油から天然ガスに切り替えることが有効である。特許文献１では、高圧ガス噴射用のガスエンジンにおいて、ガスシステムへの燃焼ガスの侵入を排除する技術が開示されている。

特開２００８−２０２５５０号公報 特開２００２−２２１０３７号公報

ところで、燃料にガスを用いるエンジンであっても、筒内にガスを直接噴射する高圧ガス噴射方式の場合、燃焼によってＮＯｘが大量に発生する。そのため、排ガス中に含まれるＮＯｘの低減対策が必要である。特許文献１は、高圧ガス噴射用のガスエンジンに関する技術が開示されているが、排ガス中に含まれるＮＯｘ低減対策については開示されていない。

特許文献２には、ＮＯｘの低減を目的とするＥＧＲ（Exhaust Gas Recirculation: 排ガス再循環）を行う内燃機関に関する技術が開示されている。特許文献２では、排ガスを再循環させるため、内燃機関の排気通路とスロットバルブよりも下流の給気通路との間に通路が設けられ、該通路に流量を制御するＥＧＲバルブが設けられる。このように、従来、ＥＧＲを行うためには、内燃機関本体とは別に専用の通路やバルブを設けており、部材数を増加させたり、部材を設置する空間を確保したりしなければならなかった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、少ない部材数で排ガスを再循環させることができ、排ガスに含まれるＮＯｘを低減することが可能な内燃機関及び内燃機関の制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の内燃機関及び内燃機関の制御方法は以下の手段を採用する。
すなわち、本発明に係る内燃機関は、燃料ガスの燃焼によって生じた燃焼ガスを燃焼室から外部へ排出する排気口と、排気口を開閉する排気弁と、掃気室と燃焼室との間を連通し、往復動するピストンによって開閉される掃気ポートと、掃気ポートが開口を開始した時、燃焼室内の圧力が掃気室内の圧力よりも高くなるように排気弁の開閉を制御する制御部とを備え、前記掃気ポートが閉じられた後、前記排気弁によって前記排気口が閉じられる。

この発明によれば、燃料ガスの燃焼によって生じた燃焼ガスは、排気弁が開状態であるとき、燃焼室から排気口を介して外部へ排出される。一方、排気弁が閉状態であるとき、燃焼室の圧力は、排気弁が開状態であるときよりも相対的に高い。そのため、排気弁の閉状態から開状態への移行タイミングを遅くすると、燃焼室の圧力低下時期を遅延させることができる。そこで、掃気ポートが開口を開始した時、燃焼室内圧力が掃気室内圧力よりも高くなるように、排気弁の開閉を制御することによって、掃気ポートが開口を開始した後にも、燃焼室内圧力が掃気室内圧力よりも高い時期が生じる。その結果、燃焼ガスは、掃気ポートを介して燃焼室から掃気室へ流れる。したがって、掃気室から燃焼室へ空気が掃気されるとき、ＣＯ_２を含む燃焼ガスも混合されるようになるため、燃焼室内のＣＯ_２濃度が高くなり、燃焼で発生するＮＯｘが低減される。

上記発明において、掃気室内の圧力を検出する第１検出部と、燃焼室内の圧力を検出する第２検出部とを更に備え、制御部は、掃気室内の圧力と燃焼室内の圧力との差分に基づいて、排気弁の開閉を制御してもよい。

この発明によれば、掃気室内の圧力と燃焼室内の圧力との差分に基づいて、排気弁が開閉される。例えば、掃気室内の圧力と燃焼室内の圧力との差分が目標範囲内の値になったか否かを判断し、判断結果に基づいて、排気弁を閉状態から開状態へ移行させる。その結果、掃気室内の圧力と燃焼室内の圧力との差分に基づいて、燃焼室の圧力低下時期を調整でき、掃気ポートを介して燃焼室から掃気室へ燃焼ガスを確実に流すことができる。

上記発明において、制御部は、掃気ポートが開口した後に掃気ポートを介して燃焼室から掃気室へ流れる燃焼ガスのガス量を算出し、算出されたガス量に基づいて、排気弁の開閉を制御してもよい。

この発明によれば、掃気ポートが開口した後に掃気ポートを介して燃焼室から掃気室へ流れる燃焼ガスのガス量が算出され、排気弁は、算出されたガス量に基づいて開閉される。燃焼室から掃気室へ流れる燃焼ガスのガス量に応じて、掃気室へ流れる燃焼ガス中のＣＯ_２量と、燃焼室へ掃気されるＣＯ_２量も変化するため、排気弁の開閉を制御することによって、燃焼で発生するＮＯｘを調整できる。掃気ポートを介して燃焼室から掃気室へ流れる燃焼ガスのガス量は、例えば、掃気室内圧力と燃焼室内圧力との差分と、掃気ポートの開口面積と、掃気ポートの開口時間に基づいて算出される。

また、本発明に係る内燃機関の制御方法は、燃料ガスの燃焼によって生じた燃焼ガスを燃焼室から外部へ排出する排気口と、排気口を開閉する排気弁と、掃気室と燃焼室との間を連通し、往復動するピストンによって開閉される掃気ポートとを備える内燃機関の制御方法であって、掃気ポートが開口を開始した時、燃焼室内の圧力が掃気室内の圧力よりも高くなるように排気弁を開閉するステップを備え、前記掃気ポートが閉じられた後、前記排気弁によって前記排気口が閉じられるステップを更に有する。

この発明によれば、燃料ガスの燃焼によって生じた燃焼ガスは、排気弁が開状態であるとき、燃焼室から排気口を介して外部へ排出される。一方、排気弁が閉状態であるとき、燃焼室の圧力は、排気弁が開状態であるときよりも相対的に高い。そのため、排気弁の閉状態から開状態への移行タイミングを遅くすると、燃焼室の圧力低下時期を遅延させることができる。そこで、掃気ポートが開口を開始した時、燃焼室内圧力が掃気室内圧力よりも高くなるように、排気弁の開閉を制御することによって、掃気ポートが開口を開始した後にも、燃焼室内圧力が掃気室内圧力よりも高い時期が生じる。その結果、燃焼ガスは、掃気ポートを介して燃焼室から掃気室へ流れる。したがって、掃気室から燃焼室へ空気が掃気されるとき、ＣＯ_２を含む燃焼ガスも混合されるため、燃焼室内のＣＯ_２濃度が高くなり、燃焼で発生するＮＯｘが低減される。

本発明によれば、少ない部材数で排ガスを再循環させることができ、排ガスに含まれるＮＯｘを低減することができる。

本発明の第１実施形態に係るガスエンジンシステムを示す構成図である。 本発明の第１実施形態に係るガスエンジンの動作を示すフローチャートである。 開口面積と時間の関係を示すグラフと、圧力と時間の関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態に係るガスエンジンを示す概略構成図である。 本発明の第２実施形態に係るガスエンジンの動作を示すフローチャートである。

以下に、本発明に係る実施形態について、図面を参照して説明する。
［第１実施形態］
以下、本発明の第１実施形態について、図１〜３を用いて説明する。
本実施形態のガスエンジンシステム１は、ガスエンジン本体６や掃気室１０等からなるガスエンジンと、ガスエンジンに接続された過給機９などを有する。

ガスエンジンは、例えば舶用の高圧ガス噴射方式のガスエンジンであり、燃焼室（図示せず。）を含むエンジン本体６と、エンジン本体６の燃焼室に燃料ガスを噴射する噴射弁７と、静圧排気管８と、掃気室１０などを備える。

エンジン本体６は、例えば図示しないシリンダ及びピストンを有しており、ピストンに連結された連接棒、クランク軸によって、外部に回転仕事が取り出される。シリンダ内には燃焼室が形成される。

供給管１２は、圧縮機５と燃料タンク（図示せず。）を接続し、供給管１４は、圧縮機５と噴射弁１４を接続する。燃料ガスは、供給管１２，１４と圧縮機５を介して、噴射弁７から高圧（例えば３０ＭＰａ）でエンジン本体６の燃焼室内に噴射される。

エンジン本体６に形成された排気口には、排気弁２１が設けられ、排気弁２１は、排気口を開閉する。排気口は、燃料ガスの燃焼によって生じた排ガスを燃焼室から外部へ排出する。排気口は、排気管１５と接続されている。静圧排気管８は、排気管１５を介してエンジン本体６と接続され、排気管１６を介して過給機９のタービン部９ａの入口側と接続されている。一方、エンジン本体６の例えばシリンダライナに形成された掃気ポート１１は、掃気室１０と接続されており、掃気室１０は、給気管１９を介して過給機９のコンプレッサ部９ｂと接続されている。

過給機９は、排気管１５、静圧排気管８及び排気管１６を介してエンジン本体６から導かれた排ガス（燃焼ガス）によって駆動されるタービン部９ａと、このタービン部９ａによって駆動されてエンジン本体６に外気を圧送するコンプレッサ部９ｂと、これらタービン部９ａとコンプレッサ部９ｂとの間に設けられてこれらを支持するケーシング（図示せず。）とを主たる要素として構成されたものである。

ケーシングには、一端部をタービン部９ａ側に突出させ、他端部をコンプレッサ部９ｂに突出させた回転軸９ｃが挿通されている。回転軸９ｃの一端部は、タービン部６ａを構成するタービン・ロータ（図示せず。）のタービン・ディスク（図示せず。）に取り付けられており、回転軸９ｃの他端部は、コンプレッサ部６ｂを構成するコンプレッサ羽根車（図示せず。）のハブ（図示せず。）に取り付けられている。

タービン部９ａを通過した排ガスは、タービン部９ａの出口側に接続された排気管１７を介してファンネル（図示せず。）に導かれた後、船外に排出される。

コンプレッサ部９ｂの入口側に接続された給気管１８には、消音器（図示せず。）が配置されており、この消音器を通過した外気が、コンプレッサ部９ｂに導かれる。また、コンプレッサ部９ｂの出口側に接続された給気管１９の途中には、空気冷却器（図示せず。）及びサージタンク（図示せず。）が接続されており、コンプレッサ部９ｂを通過した外気は、空気冷却器及びサージタンクを通過した後、エンジン本体６に接続された掃気室１０に供給される。

掃気室１０には、過給機９によって、大気から導かれ、昇圧された次の燃焼サイクルに用いられる空気が溜められている。この新しい空気は、燃焼室内の燃焼ガスの膨張後期に排気弁２１が開き燃焼室内が降圧し、掃気ポート１１がピストンの移動によって開くと、掃気ポート１１を通って燃焼室に導入される。

その後、排気弁２１が閉じ、次にピストンの上昇により燃焼室内の空気、及び完全に排出できずに燃焼室内に溜った前サイクルの燃焼ガスが圧縮され、ピストン上死点付近で、噴射弁７から噴射された燃料ガスが燃焼し燃焼ガスが生成される。そして、燃焼ガスの膨張によって、ピストンが下方へ押し下げられる。このように、排気弁２１が閉状態であるとき、図３に示すように、燃焼室の圧力は、排気弁２１が開状態であるときよりも相対的に高い。

そして、排気弁２１が開状態になると、燃焼室から排気口を介して燃焼ガスが外部へ排出される。本実施形態では、掃気ポート１１が開口を開始した時、燃焼室内圧力が掃気室１０内圧力よりも高くなるように、排気弁２１の開閉が制御される。例えば、図３の上のグラフの破線で示すように、排気弁１２の閉状態から開状態への移行タイミングを遅くすることで、燃焼ガスが排出される時期を遅延させて、図３の下のグラフの破線で示すように、燃焼室の圧力低下時期を遅延させる。

従来のガスエンジンでは、燃焼ガスの膨張によって、ピストンが下方へ押し下げられた後、排気弁２１が開くタイミングが、本実施形態と異なり、掃気ポート１１が開口を開始する前に、排気口が完全に開かれる。そのため、掃気ポート１１が開口を開始した時、燃焼室内圧力は、掃気室１０内圧力よりも低い。

すなわち、図３の上のグラフの実線で示すように、排気弁２１が開状態になり、燃焼ガスが外部へ排出されて、図３の下のグラフの実線に示すように、燃焼室内圧力が掃気室１０内の圧力と同じか、それ以下程度まで低下した後、掃気ポート１１が開かれる。その結果、掃気ポート１１が開かれると、掃気室１０から燃料室へ新しい空気が導入され、次のサイクルに必要な掃気が行われる。

一方、本実施形態では、掃気ポート１１が開口を開始した後に、排気口が完全に開かれる。掃気ポート１１の開時期及びその直後しばらくの間は、燃焼室内圧力が掃気室１０内の圧力よりも高い。そのため、掃気ポート１１が開かれると、掃気ポート１１を介して、燃焼室から掃気室１０内へＣＯ_２濃度が高い燃焼ガスが逆流する。

そして、燃焼室内圧力が掃気室１０内の圧力と同じか、それ以下程度まで低下した後、掃気室１０から燃料室へ新しい空気が導入され、次のサイクルに必要な掃気が行われる。

本実施形態の排気弁２１の開閉のタイミングは、ガスエンジンの開発時に燃焼室内圧力の変動及び掃気室１０内圧力の変動を測定しておき、実際のガスエンジンの動作時は、測定結果に基づくタイミングで排気弁２１が開閉するようにしてもよい。または、実際のガスエンジンの動作時に、燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌ及び掃気室１０内圧力Ｐ_ｓを測定してもよい。

例えば、図１に示すように、掃気室１０に圧力センサー１３が設けられ、圧力センサー１３は、掃気室１０内圧力Ｐ_ｓを測定する。また、エンジン本体６に圧力センサー２０が設けられ、圧力センサー２０は、エンジン本体６の燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌを測定する。制御部３は、例えば演算・制御回路であり、圧力センサー１３で測定された掃気室内圧力Ｐ_ｓと、圧力センサー２０で測定された燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌを取得し、掃気室内圧力Ｐ_ｓと燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌに基づいて、排気弁２１の開閉を制御する。

以下、図２を参照して、掃気室内圧力Ｐ_ｓと燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌの差分に基づく排気弁２１の開閉制御について説明する。

まず、圧力センサー１３で測定された掃気室内圧力Ｐ_ｓと、圧力センサー２０で測定された燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌを取得する（ステップＳ１）。次に、掃気室内圧力Ｐ_ｓと燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌの差分を算出し、（Ｐ_ｃｙｌ−Ｐ_ｓ）が予め定められた目標範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ２）。

掃気室内圧力Ｐ_ｓと燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌの差が目標範囲内にないときは、掃気室内圧力Ｐ_ｓと燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌの差が目標範囲内となるように、排気弁２１の開時期を調整する（ステップＳ３）。一方、目標範囲内となったときは、排気弁２１の開閉制御に関する処理が終了しているか否かを判断する（ステップＳ４）。

掃気室内圧力Ｐ_ｓと燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌの差が目標範囲内にあり、排気弁２１が全開状態へ移行する前など排気弁２１の開閉制御に関する処理が終了していないときは、再びステップＳ１に戻って、開閉制御処理を継続する。一方、排気弁２１が全開状態へ移行した後や、ピストンが下死点に到達したときは、開閉制御処理を終了する。このように、掃気室内圧力Ｐ_ｓと燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌとの差分に基づいて、排気弁２１の開閉制御を行うことによって、燃焼室の圧力低下時期を調整でき、掃気ポート１１を介して燃焼室から掃気室１０へ燃焼ガスを確実に流すことができる。

以上、本実施形態によれば、燃料室へ導入される新しい空気には、ＣＯ_２を含む燃焼ガスも混合されるようになるため、燃焼室内のＣＯ_２濃度が高くなり、燃焼で発生するＮＯｘが低減される。また、エンジン本体６と掃気室１０間で、燃焼ガスである排ガスが再循環される。したがって、排ガス再循環を行うために、エンジン本体６や掃気室１０とは別に専用の通路やバルブを設ける必要がなく、部材数を増加させたり、部材を設置する空間を確保したりする必要がない。そのため、従来に比べて、少ない部材数、かつ省スペースで排ガス再循環を実施できる。また、燃料は、油燃料ではなく、ガス燃料であるため、燃焼ガスには煤が発生せず、掃気室に煤を含むような燃焼ガスが戻されることない。

［第２実施形態］
次に、本発明の第２実施形態について、図４及び図５を用いて説明する。
図４では、ガスエンジンをより実際の形状に近い模式図で表しているが、基本的な構成は図１と同一である。第１実施形態は、図３に示すように、掃気室内圧力Ｐ_ｓと燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌの差に応じて、排気弁２１の開閉を制御していたが、第２実施形態では、内部ＥＧＲ量に応じて、排気弁２４の開閉を制御する。

ガスエンジン２は、図４に示すように、ガスエンジン内部に形成された燃焼室２２や掃気室２３等からなる。ガスエンジンは、例えば舶用の高圧ガス噴射方式のガスエンジンであり、燃焼室２２を含むエンジン本体と、エンジン本体の燃焼室２２に燃料ガスを噴射する噴射弁（図示せず。）と、静圧排気管（図示せず。）と、掃気室２３などを備える。

エンジン本体は、例えば図示しないシリンダ及びピストン２９を有しており、ピストン２９に連結された連接棒、クランク軸によって、外部に回転仕事が取り出される。シリンダ内には燃焼室２２が形成される。

燃料ガスは、図示しない供給管と圧縮機を介して、噴射弁から高圧（例えば３０ＭＰａ）でエンジン本体の燃焼室２２内に噴射される。

エンジン本体に形成された排気口２５には、排気弁２４が設けられ、排気弁２４は、排気口２５を開閉する。排気口２５は、燃料ガスの燃焼によって生じた排ガスを燃焼室２２から外部へ排出する。排気口２５は、排気管（図示せず。）と接続されている。また、エンジン本体のシリンダライナに形成された掃気ポート２７は、掃気室２３と接続されており、掃気室２３は、給気管を介して例えば過給機のコンプレッサ部と接続されている。

掃気室２３には、過給機によって、大気から導かれ、昇圧された次の燃焼サイクルに用いられる空気が溜められている。この新しい空気は、燃焼室２２内の燃焼ガスの膨張後期に排気弁２４が開き燃焼室２２内が降圧し、掃気ポート２７がピストン２９の移動によって開くと、掃気ポート２７を通って燃焼室２２に導入される。

その後、排気弁２４が閉じ、次にピストン２９の上昇により燃焼室２２内の空気、及び完全に排出できずに燃焼室２２内に溜った前サイクルの燃焼ガスが圧縮され、ピストン２９上死点付近で、噴射弁から噴射された燃料ガスが燃焼し燃焼ガスが生成される。そして、燃焼ガスの膨張によって、ピストン２９が下方へ押し下げられる。このように、排気弁２４が閉状態であるとき、図３に示すように、燃焼室２２の圧力は、排気弁２４が開状態であるときよりも相対的に高い。

そして、排気弁２４が開状態になると、燃焼室２２から排気口２５を介して燃焼ガスが外部へ排出される。本実施形態では、掃気ポート２７が開口を開始した時、燃焼室２２内圧力が掃気室２３内圧力よりも高くなるように、排気弁２４の開閉が制御される。例えば、図３の上のグラフの破線で示すように、排気弁２４の閉状態から開状態への移行タイミングを遅くすることで、燃焼ガスが排出される時期を遅延させて、図３の下のグラフの破線で示すように、燃焼室２２の圧力低下時期を遅延させる。

例えば、掃気ポート２７が開口を開始した後に、排気口２５が完全に開かれる。掃気ポート２７の開時期及びその直後しばらくの間は、燃焼室２２内圧力が掃気室２３内の圧力よりも高い。そのため、掃気ポート２７が開かれると、掃気ポート２７を介して、図４の矢印Ａの方向に、燃焼室２２から掃気室２３内へＣＯ_２濃度が高い燃焼ガスが逆流する。

そして、燃焼室２２内圧力が掃気室２３内の圧力と同じか、それ以下程度まで低下した後、掃気室２３から燃料室２２へ新しい空気が導入され、次のサイクルに必要な掃気が行われる。このとき、燃料室２２へ導入される新しい空気には、ＣＯ_２を含む燃焼ガスも混合されるようになるため、燃焼室２２内のＣＯ_２濃度が高くなり、燃焼で発生するＮＯｘが低減される。すなわち、本実施形態では、燃焼室２２と掃気室２３間で、燃焼ガスである排ガスが再循環される。したがって、排ガス再循環を行うために、燃焼室２２や掃気室２３とは別に専用の通路やバルブを設ける必要がなく、部材数を増加させたり、部材を設置する空間を確保したりする必要がない。

本実施形態の排気弁２４の開閉のタイミングは、ガスエンジンの開発時に燃焼室内圧力の変動及び掃気室１０内圧力の変動を測定しておき、実際のガスエンジンの動作時は、測定結果に基づくタイミングで排気弁２４が開閉するようにしてもよい。または、実際のガスエンジンの動作時に、燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌ及び掃気室１０内圧力Ｐ_ｓを測定してもよい。

例えば、図４に示すように、掃気室２３に圧力センサー２８が設けられ、圧力センサー２８は、掃気室内圧力Ｐ_ｓを測定する。また、燃焼室２２に圧力センサー２６が設けられ、圧力センサー２６は、燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌを測定する。制御部３０は、例えば演算・制御回路であり、圧力センサー２８で測定された掃気室内圧力Ｐ_ｓと、圧力センサー２６で測定された燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌを取得し、掃気室内圧力Ｐ_ｓと燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌに基づいて、排気弁２４の開閉を制御する。

そして、第１実施形態で説明したように、掃気室内圧力Ｐ_ｓと燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌの差分に基づいて、排気弁２４の開閉を制御してもよい。また、第１実施形態と異なり、燃焼室２２から掃気室２３へ流れる燃焼ガスのガス量に基づいて、排気弁２４の開閉を制御してもよい。以下では、図５を参照して、燃焼ガスのガス量（以下、「内部ＥＧＲ量」ともいう。）に基づく排気弁２４の開閉制御について説明する。

まず、圧力センサー２８で測定された掃気室内圧力Ｐ_ｓと、圧力センサー２６で測定された燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌを取得する（ステップＳ１１）。次に、掃気室内圧力Ｐ_ｓと燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌに基づいて、内部ＥＧＲ量を算出する（ステップＳ１２）。内部ＥＧＲ量は、例えば、燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌと掃気室内圧力Ｐ_ｓとの差分と、掃気ポート２７の開口面積と、掃気ポート２７の開口時間に基づいて算出される。

ガス流速ｕ_ｇは、下の式１のように、燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌと掃気室内圧力Ｐ_ｓとの差分と、燃焼室内ガス密度ρ_ｇから算出される。

なお、燃焼室内ガス密度ρ_ｇは、掃気温度、掃気圧力、燃料投入量などから推定して求められる。

そして、ガス流速ｕ_ｇ、掃気ポート２７の開口面積から質量流量［ｋｇ／ｓ］を算出する。内部ＥＧＲ量は、算出した質量流量を、燃焼室内圧力Ｐ_ｃｙｌが掃気室内圧力Ｐ_ｓよりも大きくなっている開口時間で積分することによって算出される。

内部ＥＧＲ量が算出された後は、算出された内部ＥＧＲ量が予め定められた目標範囲内にあるか否かを判断する（ステップＳ１３）。内部ＥＧＲ量が目標範囲内にないときは、内部ＥＧＲ量が目標範囲内となるように排気弁２４の開時期を調整する（ステップＳ１４）。

内部ＥＧＲ量の目標範囲とは、例えば、ＮＯｘ排出量が規定値を満たすような酸素濃度となるように決定される流量である。例えば、内部ＥＧＲ量が足りずＮＯｘ排出量が多いときは、内部ＥＧＲ量を増加させて、燃焼室に供給される空気に含まれるＣＯ_２濃度を上昇させることによって、ＮＯｘ排出量を低減できる。一方、目標範囲内となったときは、排気弁２４の開閉制御に関する処理が終了しているか否かを判断する（ステップＳ１５）。

内部ＥＧＲ量が目標範囲内にあり、排気弁２４が全開状態へ移行する前など排気弁２４の開閉制御に関する処理が終了していないときは、再びステップＳ１に戻って、開閉制御処理を継続する。一方、排気弁２４が全開状態へ移行した後や、ピストン２７が下死点に到達したときは、開閉制御処理を終了する。

以上、本実施形態によれば、排気弁２４の開閉タイミングを調整して、内部ＥＧＲ量を予め定められた目標範囲とすることによって、ＮＯｘ排出量を目標値まで低減できる。

１ ガスエンジンシステム
２ ガスエンジン
３，３０ 制御部
５ 圧縮機
６ ガスエンジン本体
７ 噴射弁
８ 静圧排気管
９ 過給機
９ａ タービン部
９ｂ コンプレッサ部
９ｃ 回転軸
１０，２３ 掃気室
１１，２７ 掃気ポート
１３，２０，２６，２８ 圧力センサー
２１，２４ 排気弁
２２ 燃焼室
２５ 排気口
２９ ピストン

Claims (4)

1. 燃料ガスの燃焼によって生じた燃焼ガスを燃焼室から外部へ排出する排気口と、
   前記排気口を開閉する排気弁と、
   掃気室と前記燃焼室との間を連通し、往復動するピストンによって開閉される掃気ポートと、
   前記掃気ポートが開口を開始した時、前記燃焼室内の圧力が前記掃気室内の圧力よりも高くなるように前記排気弁の開閉を制御する制御部と、
   を備え、
   前記掃気ポートが閉じられた後、前記排気弁によって前記排気口が閉じられる内燃機関。
2. 前記掃気室内の圧力を検出する第１検出部と、
   前記燃焼室内の圧力を検出する第２検出部と、
   を更に備え、
   前記制御部は、前記掃気室内の圧力と前記燃焼室内の圧力との差分に基づいて、前記排気弁の開閉を制御する請求項１に記載の内燃機関。
3. 前記制御部は、前記掃気ポートが開口した後に前記掃気ポートを介して前記燃焼室から前記掃気室へ流れる前記燃焼ガスのガス量を算出し、算出された前記ガス量に基づいて、前記排気弁の開閉を制御する請求項１に記載の内燃機関。
4. 燃料ガスの燃焼によって生じた燃焼ガスを燃焼室から外部へ排出する排気口と、前記排気口を開閉する排気弁と、掃気室と前記燃焼室との間を連通し、往復動するピストンによって開閉される掃気ポートとを備える内燃機関の制御方法であって、
   前記掃気ポートが開口を開始した時、前記燃焼室内の圧力が前記掃気室内の圧力よりも高くなるように前記排気弁を開閉するステップを備え、
   前記掃気ポートが閉じられた後、前記排気弁によって前記排気口が閉じられるステップを更に有する内燃機関の制御方法。
   

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