JP2019108869A - 圧縮端圧力制御装置及びエンジンシステム - Google Patents
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Abstract
【課題】圧縮端圧力を制御する際の異常燃焼を防止する。【解決手段】昇圧された作動流体が流体室に供給されることにより燃焼室の圧縮比を高める可変圧縮装置の上記作動流体の供給量を制御する圧縮端圧力制御装置であって、上記燃焼室における圧縮端圧力が予め定められた基準範囲より高い場合に、上記可変圧縮装置を制御して上記燃焼室の圧縮比を低下させる圧縮比設定手段と、上記圧縮比設定手段により決定された圧縮比に基づいて、上記作動流体の供給量を制御する可変圧縮装置調整手段とを有する。【選択図】図３
Description
本発明は、圧縮端圧力制御装置及びエンジンシステムに関するものである。
例えば、特許文献１には、クロスヘッドを有する大型往復ピストン燃焼エンジンが開示されている。特許文献１の大型往復ピストン燃焼エンジンは、重油などの液体燃料と天然ガス等の気体燃料との両方での稼働が可能とされるデュアルフュエルエンジンである。特許文献１の大型往復ピストン燃焼エンジンは、液体燃料による稼働に適する圧縮比と気体燃料による稼働に適する圧縮比との双方に対応するため、油圧によりピストンロッドを移動させることで圧縮比を変更させる調整機構をクロスヘッド部分に設けている。
ところで、多気筒のエンジンにおいて、各気筒の圧縮端圧力（上死点における燃焼室圧力）のバラツキを抑制するために、排気弁の閉弁タイミングを変化させることにより、圧縮端圧力を調整することが行われている。可変圧縮装置を備えるエンジンシステムにおいても、排気弁の閉弁タイミングを変化させることで、気筒間の圧縮端圧力を調整している。しかしながら、圧縮端圧力を低下させるために、排気弁の閉弁タイミングを遅延させると、燃焼室内から多く空気が排出されるため、燃焼室内の空気充填量が減少し、燃焼室内における気体の相対的な燃料ガスの濃度が増加する。これにより、燃焼室において異常燃焼が発生する場合がある。
本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、圧縮端圧力を制御する際の異常燃焼を防止することを目的とする。
本発明は、上記課題を解決するための第１の手段として、圧縮端圧力制御装置は、昇圧された作動流体が流体室に供給されることにより燃焼室の圧縮比を高める可変圧縮装置の上記作動流体の供給量を制御する圧縮端圧力制御装置であって、上記燃焼室における圧縮端圧力が予め定められた基準範囲より高い場合に、上記可変圧縮装置を制御して上記燃焼室の圧縮比を低下させる圧縮比設定手段と、上記圧縮比設定手段により決定された圧縮比に基づいて、上記作動流体の供給量を制御する可変圧縮装置調整手段とを有する、という構成を採用する。
第２の手段として、上記第１の手段において、上記圧縮端圧力が上記基準範囲より低い場合に上記燃焼室内の排気ポートを開閉する排気弁装置の閉弁タイミングを現行の閉弁タイミングより早める排気弁調整手段を有する、という構成を採用する。
第３の手段として、上記第１または２の手段において、上記燃焼室における圧縮端圧力が予め定められた基準範囲より高い場合に、上記燃焼室に供給される燃料の組成に基づいて、上記圧縮端圧力において異常燃焼が発生するか否かを推定する異常燃焼推定手段を有し、上記圧縮比設定手段は、上記異常燃焼推定手段の推定結果に基づいて、上記可変圧縮装置調整手段による圧縮比を決定する、という構成を採用する。
第４の手段として、エンジンシステムは、燃焼室を有する複数の気筒と、昇圧された作動流体が供給されることでピストンロッドが上記燃焼室の圧縮比を高める方向に移動される流体室を有する可変圧縮装置と上記第１〜第３のいずれかの手段に記載の圧縮端圧力制御装置と、を備える、という構成を採用する。という構成を採用する。
本発明によれば、圧縮端圧力が予め定められた基準範囲より高い場合に、燃焼室の圧縮比を下げることにより、圧縮端圧力を低下させる。したがって、燃焼室内の気体の排出量は変化しないため、燃焼室内における充填空気量を減少させることなく、圧縮端圧力を低下させることができる。したがって、燃焼室における気体燃料の濃度を上昇させることがなく、異常燃焼を防止することができる。
以下、図面を参照して、本発明におけるエンジンシステム１００の一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさとするために、各部材の縮尺を適宜変更している。
本実施形態のエンジンシステム１００は、例えば大型タンカなど船舶に搭載され、図１に示すように、エンジン１と、過給機２００と、制御部３００（圧縮端圧力制御装置）と、筒内圧センサ４００と、ガスクロマトグラフィ５００とを有している。なお、本実施形態においては、過給機２００を補機として捉え、エンジン１（主機）と別体として説明する。但し、過給機２００をエンジン１の一部として構成することも可能である。
エンジン１は、多気筒のユニフロー掃気ディーゼルエンジンとされ、天然ガス等の気体燃料を重油などの液体燃料と共に燃焼させるガス運転モードと、重油などの液体燃料を燃焼させるディーゼル運転モードとを有している。なお、ガス運転モードでは、気体燃料のみを燃焼させても良い。このようなエンジン１は、架構２と、シリンダ部３と、ピストン４と、排気弁ユニット５と、ピストンロッド６と、クロスヘッド７と、油圧部８（昇圧機構）と、連接棒９と、クランク角センサ１０と、クランク軸１１と、掃気溜１２と、排気溜１３と、空気冷却器１４とを有している。また、シリンダ部３、ピストン４、排気弁ユニット５及びピストンロッド６により、気筒が構成されている。
架構２は、エンジン１の全体を支持する強度部材であり、クロスヘッド７、油圧部８及び連接棒９が収容されている。また、架構２は、内部において、クロスヘッド７の後述するクロスヘッドピン７ａが往復動可能とされている。
シリンダ部３は、円筒状のシリンダライナ３ａと、シリンダヘッド３ｂとシリンダジャケット３ｃとを有している。シリンダライナ３ａは、円筒状の部材であり、ピストン４との摺動面が内側に形成されている。このようなシリンダライナ３ａの内周面とピストン４とにより囲まれた空間が燃焼室Ｒ１とされている。また、シリンダライナ３ａの下部には、複数の掃気ポートＳが形成されている。掃気ポートＳは、シリンダライナ３ａの周面に沿って配列された開口であり、シリンダジャケット３ｃ内部の掃気室Ｒ２とシリンダライナ３ａの内側とを連通している。シリンダヘッド３ｂは、シリンダライナ３ａの上端部に設けられた蓋部材である。シリンダヘッド３ｂは、平面視において中央部に排気ポートＨが形成され、排気溜１３と接続されている。また、シリンダヘッド３ｂには、不図示の燃料噴射弁が設けられている。さらに、シリンダヘッド３ｂの燃料噴射弁の近傍には、不図示の筒内圧センサが設けられている。筒内圧センサは、燃焼室Ｒ１内の圧力を検出し、制御部３００へと送信している。シリンダジャケット３ｃは、架構２とシリンダライナ３ａとの間に設けられ、シリンダライナ３ａの下端部が挿入された円筒状の部材であり、内部に掃気室Ｒ２が形成されている。また、シリンダジャケット３ｃの掃気室Ｒ２は、掃気溜１２と接続されている。
ピストン４は、略円柱状とされ、後述するピストンロッド６と接続されてシリンダライナ３ａの内側に配置されている。また、ピストン４の外周面には不図示のピストンリングが設けられ、ピストンリングにより、ピストン４とシリンダライナ３ａとの間隙を封止している。ピストン４は、燃焼室Ｒ１における圧力の変動により、ピストンロッド６を伴ってシリンダライナ３ａ内を摺動する。
排気弁ユニット５は、排気弁５ａと、排気弁筐５ｂと、排気弁駆動部５ｃとを有している。排気弁５ａは、シリンダヘッド３ｂの内側に設けられ、排気弁駆動部５ｃにより、シリンダ部３内の排気ポートＨを閉塞する。排気弁筐５ｂは、排気弁５ａの端部を収容する円筒形の筐体である。排気弁駆動部５ｃは、排気弁５ａをピストン４のストローク方向に沿う方向に移動させるアクチュエータである。
ピストンロッド６は、一端がピストン４と接続され、他端がクロスヘッドピン７ａと連結された長尺状部材である。ピストンロッド６の端部は、クロスヘッドピン７ａに挿入され、連接棒９が回転可能となるように連結されている。また、ピストンロッド６は、クロスヘッドピン７ａ側端部の一部の径が太く形成された太径部を有している。
クロスヘッド７は、クロスヘッドピン７ａと、ガイドシュー７ｂと、蓋部材７ｃとを有している。図２に示すようにクロスヘッドピン７ａは、ピストンロッド６と連接棒９とを移動可能に連結する円柱状部材であり、ピストンロッド６の端部が挿入される挿入空間に、作動油（作動流体）の供給及び排出が行われる油圧室Ｒ３（流体室）が形成される。クロスヘッドピン７ａには、中心よりも下側に、クロスヘッドピン７ａの軸方向に沿って貫通する出口孔Ｏが形成されている。出口孔Ｏは、ピストンロッド６の不図示の冷却流路を通過した冷却油が排出される開口である。内部また、クロスヘッドピン７ａには、油圧室Ｒ３と後述するプランジャポンプ８ｃとを接続する供給流路Ｒ４と、油圧室Ｒ３と後述するリリーフ弁８ｆとを接続するリリーフ流路Ｒ５とが設けられている。
ガイドシュー７ｂは、クロスヘッドピン７ａを回動可能に支持する部材であり、クロスヘッドピン７ａに伴ってピストン４のストローク方向に沿って不図示のガイドレール上を移動する。ガイドシュー７ｂがガイドレールに沿って移動することにより、クロスヘッドピン７ａは、回転運動と、ピストン４のストローク方向に沿う直線方向以外への移動が規制される。蓋部材７ｃは、クロスヘッドピン７ａの上部に固定され、ピストンロッド６の端部が挿入される環状部材である。このようなクロスヘッド７は、ピストン４の直線運動を連接棒９へと伝達している。
図２に示すように、油圧部８は、供給ポンプ８ａと、揺動管８ｂと、プランジャポンプ８ｃと、プランジャポンプ８ｃが有する第１逆止弁８ｄ及び第２逆止弁８ｅと、リリーフ弁８ｆとを有している。また、ピストンロッド６、クロスヘッド７、油圧部８及び制御部３００は、本発明における可変圧縮装置として機能する。
供給ポンプ８ａは、制御部３００からの指示に基づいて、不図示の作動油タンクから供給される作動油を昇圧してプランジャポンプ８ｃへと供給するポンプである。供給ポンプ８ａは、船舶のバッテリの電力により駆動され、燃焼室Ｒ１に液体燃料が供給されるよりも前に稼働することが可能である。揺動管８ｂは、供給ポンプ８ａと各気筒のプランジャポンプ８ｃとを接続する配管であり、クロスヘッドピン７ａに伴って移動するプランジャポンプ８ｃと、固定された供給ポンプ８ａとの間において、揺動可能とされている。
プランジャポンプ８ｃは、クロスヘッドピン７ａに固定されており、棒状のプランジャ８ｃ１と、プランジャ８ｃ１を摺動可能に収容する筒状のシリンダ８ｃ２と、プランジャ駆動部８ｃ３とを有している。プランジャポンプ８ｃは、プランジャ８ｃ１が不図示の駆動部と接続されることで、シリンダ８ｃ２内を摺動し、作動油を昇圧して油圧室Ｒ３へと供給する。また、シリンダ８ｃ２には、端部に設けられた作動油の吐出側の開口に第１逆止弁８ｄが設けられ、側周面に設けられた吸入側の開口に第２逆止弁８ｅが設けられている。プランジャ駆動部８ｃ３は、プランジャ８ｃ１に接続され、制御部３００からの指示に基づいてプランジャ８ｃ１を往復動させる。
第１逆止弁８ｄは、シリンダ８ｃ２の内側に向けて弁体が付勢されることで閉弁する構造とされ、油圧室Ｒ３に供給された作動油がシリンダ８ｃ２へと逆流することを防止している。また、第１逆止弁８ｄは、シリンダ８ｃ２内の作動油の圧力が第１逆止弁８ｄの付勢部材の付勢力（開弁圧力）以上となると、弁体が作動油に押されることにより開弁する。第２逆止弁８ｅは、シリンダ８ｃ２の外側に向けて付勢されており、シリンダ８ｃ２に供給された作動油が供給ポンプ８ａへと逆流することを防止している。また、第２逆止弁８ｅは、供給ポンプ８ａから供給される作動油の圧力が第２逆止弁８ｅの付勢部材の付勢力（開弁圧力）以上となると、弁体が作動油に押されることにより開弁する。なお、第１逆止弁８ｄは、開弁圧力が第２逆止弁８ｅの開弁圧力よりも高く、予め設定された圧縮比で運転される定常運転時においては、供給ポンプ８ａから供給される作動油の圧力により開弁することはない。
リリーフ弁８ｆは、クロスヘッドピン７ａに設けられ、本体部８ｆ１と、リリーフ弁駆動部８ｆ２とを有している。本体部８ｆ１は、油圧室Ｒ３及び不図示の作動油タンクに接続される弁である。リリーフ弁駆動部８ｆ２は、本体部８ｆ１の弁体に接続され、制御部３００からの指示に基づいて本体部８ｆ１を開閉弁する。リリーフ弁８ｆがリリーフ弁駆動部８ｆ２により開弁することで、油圧室Ｒ３に貯留された作動油が作動油タンクに戻される。
図１に示すように、連接棒９は、クロスヘッドピン７ａと連結されると共にクランク軸１１と連結されている長尺状部材である。連接棒９は、クロスヘッドピン７ａに伝えられたピストン４の直線運動を回転運動に変換している。クランク角センサ１０は、クランク軸１１のクランク角を計測するためのセンサであり、制御部３００へとクランク角を算出するためのクランクパルス信号を送信している。
クランク軸１１は、気筒に設けられる連接棒９に接続された長尺状の部材であり、それぞれの連接棒９により伝えられる回転運動により回転されることで、例えばスクリュー等に動力を伝える。掃気溜１２は、シリンダジャケット３ｃと過給機２００との間に設けられ、過給機２００により加圧された空気が流入する。また、掃気溜１２には、空気冷却器１４が内部に設けられている。排気溜１３は、各気筒の排気ポートＨと接続されると共に過給機２００と接続される管状部材である。排気ポートＨより排出されるガスは、排気溜１３に一時的に貯留されることにより、脈動を抑制した状態で過給機２００へと供給される。空気冷却器１４は、掃気溜１２内部の空気を冷却する装置である。
過給機２００は、排気ポートＨより排出されたガスにより回転されるタービンにより、不図示の吸気ポートから吸入した空気を加圧して燃焼室Ｒ１に供給する装置である。
制御部３００は、船舶の操縦者による操作等に基づいて、各気筒の燃料の供給量等を制御するコンピュータである。また、制御部３００は、油圧部８を制御することにより、燃焼室Ｒ１における圧縮比を変更する。
具体的には、制御部３００は、図３に示すように、圧縮端圧力判定部３０１と、自着火タイミング算出部３０２と、異常燃焼推定部３０３（異常燃焼推定手段）と、排気弁調整部３０４（排気弁調整手段）と、圧縮比設定部３０５（圧縮比設定手段）と、油圧調整部３０６（可変圧縮装置調整手段）とを有している。圧縮端圧力判定部３０１は、筒内圧センサ４００より取得した圧縮端圧力と、予め記憶された基準範囲とを比較する。予め記憶された基準範囲 については、例えば、エンジン回転数、エンジン負荷、圧縮端圧力に基づくマップなどから定められる。
自着火タイミング算出部３０２は、ガスクロマトグラフィ５００より取得した気体燃料の組成を含む情報に基づいて、予め記憶された自着火タイミングマップより、自着火タイミング（異常燃焼に関する情報）を算出する。自着火タイミングマップには、気体燃料の各成分の含有比率の組み合わせの複数のパターンにおいて、燃料噴射開始から自着火するまでの時間が記憶されている。自着火タイミング算出部３０２は、自着火タイミングマップを参照して、検出された燃料組成と最も近い気体燃料の各成分の含有比率の組み合わせのパターンにおける燃料噴射開始から自着火するまでの時間から、自着火タイミングを算出する。
異常燃焼推定部３０３は、気体燃料の噴射量と、取得された圧縮端圧力とに基づいて、気体燃料の燃焼ガスの燃焼室Ｒ１における分布を算出し、燃焼室Ｒ１に燃焼ガスが行き渡るタイミング（燃焼完了タイミング）を算出する。そして、異常燃焼推定部３０３は、燃焼完了タイミングと自着火タイミングとを比較して、自着火タイミングの方が早いかを判定することで、異常燃焼が発生するか否かを判定する。
排気弁調整部３０４は、排気弁駆動部５ｃを制御することにより、排気弁５ａを開閉する。また、排気弁調整部３０４は、圧縮端圧力判定部３０１の判定結果に基づいて、圧縮端圧力が基準範囲よりも低い場合に、排気弁５ａの閉弁タイミングが進角する（早まる）ように制御する。
圧縮比設定部３０５は、外部からの入力に基づいて、燃料の種類により最適な圧縮比を算出する。さらに、圧縮比設定部３０５は、自着火タイミング算出部３０２により算出された自着火タイミングに基づいて、予め記憶された圧縮比設定マップを参照し、圧縮端にて気体燃料が自着火する範囲において、最高となるように圧縮比を決定する。圧縮比設定マップには、自着火タイミングと圧縮比との相関が記憶されている。
油圧調整部３０６は、圧縮比設定部３０５から取得した圧縮比に基づいて、油圧部８のプランジャポンプ８ｃとリリーフ弁８ｆとを制御することにより、作動油の油圧室Ｒ３への供給量を調整する。
筒内圧センサ４００は、燃焼室Ｒ１内の圧力を計測するセンサであり、燃焼室Ｒ１の内壁に設けられている。ガスクロマトグラフィ５００は、気体燃料が供給される際に、供給される気体燃料を取得して、気体燃料の組成ごとの分布を検出する。ガスクロマトグラフィ５００は、気体燃料の組成分布の検出を、例えば１日に１度または１時間に１度程度の頻度で行う。
このようなエンジンシステム１００は、不図示の燃料噴射弁より燃焼室Ｒ１に噴射された燃料を着火、爆発させることによりピストン４をシリンダライナ３ａ内で摺動させ、クランク軸１１を回転させる装置である。詳述すると、燃焼室Ｒ１に供給された燃料は、掃気ポートＳより流入した空気と混合された後、ピストン４が上死点方向に向けて移動することにより圧縮されて温度が上昇し、自然着火する。また、液体燃料の場合には、燃焼室Ｒ１において温度上昇することにより気化し、自然着火する。
そして、燃焼室Ｒ１内の燃料が自然着火することで急激に膨張し、ピストン４には下死点方向に向けた圧力がかかる。これにより、ピストン４が下死点方向に移動し、ピストン４に伴ってピストンロッド６が移動され、連接棒９を介してクランク軸１１が回転される。さらに、ピストン４が下死点に移動されることで、掃気ポートＳより燃焼室Ｒ１へと加圧空気が流入する。排気弁ユニット５が駆動することで排気ポートＨが開き、燃焼室Ｒ１内の排気ガスが、加圧空気により排気溜１３へと押し出される。
気体燃料を用いるために圧縮比を大きくする場合には、制御部３００の圧縮比設定部３０５により最適な圧縮比が算出され、油圧調整部３０６により供給ポンプ８ａが駆動され、プランジャポンプ８ｃに作動油が供給される。そして、制御部３００の油圧調整部３０６は、プランジャポンプ８ｃを駆動して作動油を、ピストンロッド６を持ち上げることが可能な圧力となるまで加圧し、油圧室Ｒ３へと作動油を供給する。油圧室Ｒ３の作動油の圧力により、ピストンロッド６の端部が持ち上がり、これに伴ってピストン４の上死点位置が上方（排気ポートＨ側）に移動される。
液体燃料を用いるために圧縮比を小さくする場合には、制御部３００の圧縮比設定部３０５により最適な圧縮比が算出され、油圧調整部３０６によりリリーフ弁８ｆが駆動され、油圧室Ｒ３と不図示の作動油タンクとが連通状態となる。そして、ピストンロッド６の荷重が油圧室Ｒ３の作動油にかかり、油圧室Ｒ３内の作動油がリリーフ弁８ｆを介して作動油タンクへと押し出される。これにより、油圧室Ｒ３の作動油が減少し、ピストンロッド６が下方（クランク軸１１側）に移動され、これに伴ってピストン４の上死点位置が下方に移動される。
また、圧縮端圧力の調整について、図４、５を参照して説明する。
燃料の種類（液体燃料か気体燃料か）による圧縮比の変更動作が完了した後に、制御部３００は、圧縮端圧力判定部３０１により、圧縮端圧力を取得し（ステップＳ１）、圧縮端圧力と基準範囲との比較を行う（ステップＳ２）。取得した圧縮端圧力が基準範囲よりも低い場合には、排気弁調整部３０４により、排気弁駆動部５ｃを制御して排気弁５ａの閉弁タイミングを進角させる（ステップＳ３）。また、取得した圧縮端圧力が基準範囲内の場合には、フローを終了する。また、取得した圧縮端圧力が基準範囲よりも高い場合には、可変圧縮装置の圧縮比を変更する（ステップＳ４）。このような制御により、全気筒の圧縮端圧力を基準範囲内とすることにより、各気筒における圧縮端圧力のバラツキを防止している。
燃料の種類（液体燃料か気体燃料か）による圧縮比の変更動作が完了した後に、制御部３００は、圧縮端圧力判定部３０１により、圧縮端圧力を取得し（ステップＳ１）、圧縮端圧力と基準範囲との比較を行う（ステップＳ２）。取得した圧縮端圧力が基準範囲よりも低い場合には、排気弁調整部３０４により、排気弁駆動部５ｃを制御して排気弁５ａの閉弁タイミングを進角させる（ステップＳ３）。また、取得した圧縮端圧力が基準範囲内の場合には、フローを終了する。また、取得した圧縮端圧力が基準範囲よりも高い場合には、可変圧縮装置の圧縮比を変更する（ステップＳ４）。このような制御により、全気筒の圧縮端圧力を基準範囲内とすることにより、各気筒における圧縮端圧力のバラツキを防止している。
ステップＳ４の動作について、図５を参照して詳述する。
まず、気体燃料が供給される際に、制御部３００は、自着火タイミング算出部３０２により、ガスクロマトグラフィ５００より、供給される気体燃料の組成を取得し（ステップＳ１１）、自着火タイミングマップより、自着火タイミングを算出する（ステップＳ１２）。
まず、気体燃料が供給される際に、制御部３００は、自着火タイミング算出部３０２により、ガスクロマトグラフィ５００より、供給される気体燃料の組成を取得し（ステップＳ１１）、自着火タイミングマップより、自着火タイミングを算出する（ステップＳ１２）。
そして、制御部３００は、異常燃焼推定部３０３により、気体燃料の噴射量及び燃焼速度に基づいて、燃焼完了タイミングが算出する（ステップＳ１３）。次に、制御部３００は、異常燃焼推定部３０３により、取得された圧縮端圧力下において、算出された燃焼完了タイミングよりも自着火タイミングが早いか否かを判定する（ステップＳ１４）。
ステップＳ１４の判定がＹＥＳの場合、すなわち、燃焼完了タイミングよりも自着火タイミングの方が早い場合には、燃焼ガスが燃焼室Ｒ１に行き渡るよりも早く混合気が自着火し、異常燃焼が発生する可能性が高い。したがって、制御部３００は、圧縮比設定部３０５により、現在の燃焼室Ｒ１の圧縮比よりも圧縮比を下げるように圧縮比設定マップより圧縮比を決定する（ステップＳ１５）。そして、制御部３００は、圧縮比を下げるため、油圧調整部３０６により、油圧室Ｒ３における作動油の供給量を減少させる（ステップＳ１６）。
また、ステップＳ１４の判定がＮＯの場合、すなわち、燃焼完了タイミングよりも自着火タイミングの方が遅い、または同時の場合には、フローを終了する。
なお、燃料の種類による圧縮比の変更におけるピストンロッド６の移動量は、圧縮端圧力の調整による圧縮比の変更におけるピストンロッド６の移動量よりも遥かに大きい。したがって、燃料の種類による圧縮比の変更を行った後に、圧縮端圧力の調整を行うことにより、各燃料に最適な圧縮比とすることができる。
このような本実施形態によれば、圧縮端圧力が予め定められた基準範囲より高い場合に、燃焼室Ｒ１の圧縮比を下げることにより、圧縮端圧力を低下させる。したがって、燃焼室Ｒ１内の気体の排出量は変化しないため、燃焼室Ｒ１内における充填空気量を減少させることなく、圧縮端圧力を低下させることができる。したがって、燃焼室Ｒ１における気体燃料の濃度を上昇させることがなく、異常燃焼を防止することができる。
また、本実施形態によれば、圧縮端圧力が予め定められた基準範囲より低い場合に、排気弁５ａの閉弁タイミングを早めることで、圧縮端圧力を上昇させる。したがって、燃焼室Ｒ１内における充填空気量を減少させることなく、圧縮端圧力を上昇させることができる。したがって、燃焼室Ｒ１における気体燃料の濃度を上昇させることがなく、異常燃焼を防止することができる。
また、本実施形態によれば、自着火タイミング算出部３０２により燃料の組成に基づいて自着火タイミングを算出し、圧縮比設定部３０５がこの自着火タイミングに基づいて異常燃焼が発生しない圧縮比となるように燃焼室Ｒ１の圧縮比を決定することができる。したがって、気体燃料の組成により異なる異常燃焼のしやすさに基づいて圧縮比を決定し、異常燃焼を防止することができる。
以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。
また、上記実施形態においては、エンジンシステム１００は、ガスクロマトグラフィ５００を有する構成としたが、本発明はこれに限定されない。気体燃料の組成が予め判明している場合には、ガスクロマトグラフィ５００を有さなくともよい。また、組成取得装置は、ガスクロマトグラフィ５００以外の構成としてもよい。
上記実施形態においては、筒内圧センサ４００からの入力に基づいて異常燃焼を判定するものとしたが、本発明はこれに限定されない。例えば、燃焼室Ｒ１に振動センサを設け、振動センサからの入力に基づいて異常燃焼を判定してもよい。
また、上記実施形態においては、圧縮端圧力を上げる場合に、排気弁調整部３０４による調整を行うものとしたが、本発明はこれに限定されない。圧縮端圧力を上げる場合についても、油圧調整部３０６により、圧縮比を上げることにより調整することも可能である。
１ エンジン
２ 架構
３ シリンダ部
３ａ シリンダライナ
３ｂ シリンダヘッド
３ｃ シリンダジャケット
４ ピストン
５ 排気弁ユニット
５ａ 排気弁
５ｂ 排気弁筐
５ｃ 排気弁駆動部
６ ピストンロッド
７ クロスヘッド
７ａ クロスヘッドピン
７ｂ ガイドシュー
７ｃ 蓋部材
８ 油圧部
８ａ 供給ポンプ
８ｂ 揺動管
８ｃ プランジャポンプ
８ｃ１ プランジャ
８ｃ２ シリンダ
８ｃ３ プランジャ駆動部
８ｄ 第１逆止弁
８ｅ 第２逆止弁
８ｆ リリーフ弁
８ｆ１ 本体部
８ｆ２ リリーフ弁駆動部
９ 連接棒
１０ クランク角センサ
１１ クランク軸
１２ 掃気溜
１３ 排気溜
１４ 空気冷却器
１００ エンジンシステム
２００ 過給機
３００ 制御部
３０１ 圧縮端圧力判定部
３０２ 自着火タイミング算出部
３０３ 異常燃焼推定部
３０４ 排気弁調整部
３０５ 圧縮比設定部
３０６ 油圧調整部
４００ 筒内圧センサ
５００ ガスクロマトグラフィ
Ｈ 排気ポート
Ｏ 出口孔
Ｒ１ 燃焼室
Ｒ２ 掃気室
Ｒ３ 油圧室
Ｒ４ 供給流路
Ｒ５ リリーフ流路
Ｓ 掃気ポート
２ 架構
３ シリンダ部
３ａ シリンダライナ
３ｂ シリンダヘッド
３ｃ シリンダジャケット
４ ピストン
５ 排気弁ユニット
５ａ 排気弁
５ｂ 排気弁筐
５ｃ 排気弁駆動部
６ ピストンロッド
７ クロスヘッド
７ａ クロスヘッドピン
７ｂ ガイドシュー
７ｃ 蓋部材
８ 油圧部
８ａ 供給ポンプ
８ｂ 揺動管
８ｃ プランジャポンプ
８ｃ１ プランジャ
８ｃ２ シリンダ
８ｃ３ プランジャ駆動部
８ｄ 第１逆止弁
８ｅ 第２逆止弁
８ｆ リリーフ弁
８ｆ１ 本体部
８ｆ２ リリーフ弁駆動部
９ 連接棒
１０ クランク角センサ
１１ クランク軸
１２ 掃気溜
１３ 排気溜
１４ 空気冷却器
１００ エンジンシステム
２００ 過給機
３００ 制御部
３０１ 圧縮端圧力判定部
３０２ 自着火タイミング算出部
３０３ 異常燃焼推定部
３０４ 排気弁調整部
３０５ 圧縮比設定部
３０６ 油圧調整部
４００ 筒内圧センサ
５００ ガスクロマトグラフィ
Ｈ 排気ポート
Ｏ 出口孔
Ｒ１ 燃焼室
Ｒ２ 掃気室
Ｒ３ 油圧室
Ｒ４ 供給流路
Ｒ５ リリーフ流路
Ｓ 掃気ポート
Claims (4)
- 昇圧された作動流体が流体室に供給されることにより燃焼室の圧縮比を高める可変圧縮装置の前記作動流体の供給量を制御する圧縮端圧力制御装置であって、
前記燃焼室における圧縮端圧力が予め定められた基準範囲より高い場合に、前記可変圧縮装置を制御して前記燃焼室の圧縮比を低下させる圧縮比設定手段と、
前記圧縮比設定手段により決定された圧縮比に基づいて、前記作動流体の供給量を制御する可変圧縮装置調整手段と
を有することを特徴とする圧縮端圧力制御装置。 - 前記圧縮端圧力が前記基準範囲より低い場合に前記燃焼室内の排気ポートを開閉する排気弁装置の閉弁タイミングを現行の閉弁タイミングより早める排気弁調整手段を有することを特徴とする請求項１記載の圧縮端圧力制御装置。
- 前記燃焼室における前記圧縮端圧力が前記基準範囲より高い場合に、前記燃焼室に供給される燃料の組成に基づいて、前記圧縮端圧力において異常燃焼が発生するか否かを推定する異常燃焼推定手段を有し、
前記圧縮比設定手段は、前記異常燃焼推定手段の推定結果に基づいて、前記可変圧縮装置調整手段による圧縮比を決定する
ことを特徴とする請求項１または２記載の圧縮端圧力制御装置。 - 燃焼室を有する複数の気筒と、
昇圧された作動流体が供給されることでピストンロッドが前記燃焼室の圧縮比を高める方向に移動される流体室を有する可変圧縮装置と
請求項１〜３のいずれか一項に記載の圧縮端圧力制御装置と
を有することを特徴とするエンジンシステム。
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2017
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- 2018-12-19 EP EP18890966.7A patent/EP3730769A4/en active Pending
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- 2018-12-19 WO PCT/JP2018/046752 patent/WO2019124431A1/ja unknown
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