JP2020056316A - Control device for natural gas engine - Google Patents

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Abstract

To provide a control device for a natural gas engine capable of efficiently supplying boil-off gas to improve knocking resistance.SOLUTION: A control device 100 for a natural gas engine includes: a first tank 21 for storing liquefied natural gas; a second tank 22 for storing boil-off gas; a knocking recognition section 12 for recognizing knocking on the basis of a detection result obtained by a knock sensor 3; an ignition timing calculation section 14 for calculating reference ignition timing on the basis of engine speed and engine load; and a fuel amount calculation section 13 for calculating fuel gas supply amount Q1 and boil-off gas supply amount Q2 on the basis of the engine speed, the engine load and a recognition result obtained by the knocking recognition section 12. When knocking is recognized by the knocking recognition section 12, the fuel amount calculation section 13 increases a supply ratio of the boil-off gas to the fuel gas in accordance with timing advance amount from the reference ignition timing, compared to before the knocking is recognized.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、天然ガスエンジンの制御装置に関する。   The present invention relates to a control device for a natural gas engine.

従来、天然ガスエンジンに関する技術として、例えば特許文献1に記載の技術が知られている。特許文献1に記載の技術では、液化天然ガスを貯蔵する貯蔵タンクから排出されるボイルオフガスの一部が、天然ガスエンジンの燃料として使用されている。   2. Description of the Related Art Conventionally, as a technique related to a natural gas engine, for example, a technique described in Patent Document 1 is known. In the technology described in Patent Literature 1, a part of boil-off gas discharged from a storage tank that stores liquefied natural gas is used as fuel for a natural gas engine.

特開2016−128737号公報JP-A-2006-128737

点火により混合気を燃焼させる天然ガスエンジンにおいては、ボイルオフガスを混合気の一部として供給することで、天然ガスエンジンの耐ノック性の向上を図ることが考えられる。しかしながら、ボイルオフガスが自然気化で発生する量を考慮すると、耐ノック性の向上のためのボイルオフガスを効率的に供給することが望まれる。   In a natural gas engine that burns an air-fuel mixture by ignition, it is conceivable to improve the knock resistance of the natural gas engine by supplying boil-off gas as a part of the air-fuel mixture. However, considering the amount of boil-off gas generated by natural vaporization, it is desired to efficiently supply the boil-off gas for improving knock resistance.

本発明は、耐ノック性の向上のためのボイルオフガスを効率的に供給することができる天然ガスエンジンの制御装置を提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a control device for a natural gas engine that can efficiently supply boil-off gas for improving knock resistance.

本発明の一態様に係る天然ガスエンジンの制御装置は、天然ガスを燃料とするエンジンの点火時期及び燃料供給を制御する天然ガスエンジンの制御装置であって、液化天然ガスを貯蔵する第1タンクと、第1タンクの液化天然ガスが自然気化して発生したボイルオフガスを貯蔵する第2タンクと、エンジンに設けられたノックセンサの検出結果に基づいて、エンジンのノッキングを認識するノッキング認識部と、エンジンの回転数及びエンジンの負荷に基づいて、点火時期の進角量の基準となる基準点火時期を算出する点火時期算出部と、エンジンの回転数、エンジンの負荷、及びノッキング認識部の認識結果に基づいて、第1タンクの液化天然ガスを気化させて生成した燃料ガスのエンジンへの供給量、及び、第2タンクのボイルオフガスのエンジンへの供給量を算出する燃料量算出部と、を備え、燃料量算出部は、ノッキング認識部でノッキングが認識された場合、基準点火時期からの進角量に応じて、燃料ガスに対するボイルオフガスの供給比率を当該ノッキングの認識前と比べて増加させる。   A control device for a natural gas engine according to one aspect of the present invention is a control device for a natural gas engine that controls ignition timing and fuel supply of an engine using natural gas as a fuel, wherein the first tank stores liquefied natural gas. A second tank for storing boil-off gas generated by natural vaporization of liquefied natural gas in the first tank, and a knocking recognition unit for recognizing engine knocking based on a detection result of a knock sensor provided in the engine. An ignition timing calculating unit for calculating a reference ignition timing based on an advance amount of the ignition timing based on an engine speed and an engine load; and recognition of an engine speed, an engine load, and a knocking recognition unit. Based on the result, the supply amount of the fuel gas generated by vaporizing the liquefied natural gas in the first tank to the engine and the boil-off gas in the second tank A fuel amount calculating unit for calculating an amount of supply to the engine, wherein when the knocking is recognized by the knocking recognition unit, the fuel amount calculating unit boil-offs the fuel gas in accordance with the advance amount from the reference ignition timing. The gas supply ratio is increased as compared to before the knocking was recognized.

この天然ガスエンジンの制御装置においては、ノッキング認識部でノッキングが認識された場合、燃料量算出部により、基準点火時期からの進角量に応じて、燃料ガスに対するボイルオフガスの供給比率が当該ノッキングの認識前と比べて増加される。よって、耐ノック性の向上によりノッキングの発生を抑制できる蓋然性が高い状況において、ボイルオフガスの供給比率が増加されることとなる。その結果、例えばノッキングを全く発生させないような量のボイルオフガスを予め供給する場合と比較して、耐ノック性の向上のためのボイルオフガスを効率的に供給することができる。   In the control device for a natural gas engine, when knocking is recognized by the knocking recognition unit, the supply amount of boil-off gas to fuel gas is determined by the fuel amount calculation unit in accordance with the advance amount from the reference ignition timing. Is increased compared to before recognition. Therefore, in a situation where there is a high probability that knocking can be suppressed due to the improvement in knocking resistance, the supply ratio of the boil-off gas is increased. As a result, the boil-off gas for improving the knock resistance can be more efficiently supplied than in the case where the boil-off gas is supplied in advance in such an amount that knocking does not occur at all.

天然ガスエンジンの制御装置では、点火時期算出部は、ノッキング認識部でノッキングが認識されていない場合、及び、ノッキング認識部によるノッキングの認識に応じて燃料量算出部により供給比率が増加された場合、進角量を増加させてもよい。この場合、ノッキング認識部によるノッキングの認識結果を利用して、ノッキングが認識されない場合だけでなく、ノッキングが認識されたとしても耐ノック性を向上させることで、点火時期を進角させることが可能となる。   In the control device of the natural gas engine, the ignition timing calculation unit determines whether the knocking is recognized by the knocking recognition unit, and when the supply ratio is increased by the fuel amount calculation unit in accordance with the knocking recognition by the knocking recognition unit. The amount of advance may be increased. In this case, it is possible to advance the ignition timing not only when knocking is not recognized but also by improving knock resistance even if knocking is recognized, using the knocking recognition result by the knocking recognition unit. Becomes

天然ガスエンジンの制御装置では、燃料量算出部は、エンジンの負荷が所定の負荷閾値以上の高負荷運転状態においてノッキング認識部でノッキングが認識された場合、当該ノッキングの認識前と比べて供給比率を増加させ、エンジンの負荷が負荷閾値未満の低負荷運転状態において、供給比率を低減させてもよい。この場合、高負荷運転状態と比べてノッキングが発生する可能性が低い低負荷運転状態において、ボイルオフガスの供給量を低減させることができる。   In the control device of the natural gas engine, when the knocking recognition unit recognizes the knocking in the high load operation state where the load of the engine is equal to or more than the predetermined load threshold, the fuel amount calculation unit compares the supply ratio with that before the knocking was recognized. May be increased, and the supply ratio may be reduced in a low-load operation state in which the engine load is less than the load threshold. In this case, the supply amount of the boil-off gas can be reduced in a low-load operation state in which knocking is less likely to occur than in a high-load operation state.

本発明によれば、耐ノック性の向上のためのボイルオフガスを効率的に供給することが可能となる。   According to the present invention, it is possible to efficiently supply a boil-off gas for improving knock resistance.

第1実施形態の天然ガスエンジンの制御装置の概略構成図である。It is a schematic structure figure of a control device of a natural gas engine of a 1st embodiment. 図1の天然ガスエンジンの制御装置のブロック図である。It is a block diagram of the control apparatus of the natural gas engine of FIG. (a)は、燃料ガス供給量及びボイルオフガス供給量の設定例を示す図である。(b)は、(a)の設定例における燃料ガスに対するボイルオフガスの供給比率を示す図である。(A) is a figure which shows the example of a setting of a fuel gas supply amount and a boil-off gas supply amount. (B) is a diagram showing the supply ratio of the boil-off gas to the fuel gas in the setting example of (a). 天然ガスエンジンのトルクカーブの一例を示す図である。It is a figure showing an example of a torque curve of a natural gas engine. 天然ガスエンジンの制御装置の動作例を示すタイミングチャートである。5 is a timing chart illustrating an operation example of the control device of the natural gas engine. 図2のECUの燃料制御処理を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating a fuel control process of the ECU of FIG. 2. 図2のECUの点火時期制御処理を示すフローチャートである。3 is a flowchart illustrating an ignition timing control process of the ECU of FIG. 2. 第2実施形態の天然ガスエンジンの制御装置の概略構成図である。It is a schematic structure figure of a control device of a natural gas engine of a 2nd embodiment. 図8の天然ガスエンジンの制御装置のブロック図である。FIG. 9 is a block diagram of a control device of the natural gas engine of FIG. 8. 図9のECUの点火時期制御処理を示すフローチャートである。10 is a flowchart illustrating an ignition timing control process of the ECU of FIG. 9.

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、図面において、同一または同等の要素には同じ符号を付し、重複する説明を省略する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In the drawings, the same or equivalent elements have the same reference characters allotted, and overlapping description will be omitted.

[第1実施形態]
図1は、第1実施形態の天然ガスエンジンの制御装置の概略構成図である。図1に示されるように、本実施形態の天然ガスエンジンの制御装置100は、ECU[Electronic Control Unit]10と燃料ガス供給部20と天然ガスエンジン30とを備えており、天然ガスエンジン30の点火時期及び燃料供給を制御する。天然ガスエンジンの制御装置100は、例えば船舶Vに搭載されている。
[First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of the control device of the natural gas engine of the first embodiment. As shown in FIG. 1, the control apparatus 100 for a natural gas engine of the present embodiment includes an ECU [Electronic Control Unit] 10, a fuel gas supply unit 20, and a natural gas engine 30. Control ignition timing and fuel supply. The control device 100 for a natural gas engine is mounted on a ship V, for example.

天然ガスエンジン30は、天然ガスを含む混合気を燃焼させる内燃機関である。ここでは、天然ガスとして、液化天然ガス(LNG:[Liquefied Natural Gas])が用いられる。天然ガスエンジン30は、エンジン本体31と、ピストン32と、吸気流路33と、排気流路34とを有している。   The natural gas engine 30 is an internal combustion engine that burns a mixture containing natural gas. Here, liquefied natural gas (LNG: [Liquefied Natural Gas]) is used as natural gas. The natural gas engine 30 has an engine body 31, a piston 32, an intake passage 33, and an exhaust passage 34.

エンジン本体31は、シリンダブロック31a及びシリンダヘッド31b等で構成された天然ガスエンジン30の主要部である。エンジン本体31では、シリンダブロック31a、シリンダヘッド31b、及びピストン32により燃焼室31cが画成されている。吸気流路33は、吸入空気と天然ガスとの混合気を燃焼室31cに導入するための配管である。吸気流路33では、配管27c及び配管27dから供給された燃料ガスと、スロットルバルブを含む吸気配管(不図示)から供給された吸入空気と、が混じり合うことにより、混合気が形成される。   The engine body 31 is a main part of the natural gas engine 30 including a cylinder block 31a and a cylinder head 31b. In the engine body 31, a combustion chamber 31c is defined by a cylinder block 31a, a cylinder head 31b, and a piston 32. The intake passage 33 is a pipe for introducing a mixture of intake air and natural gas into the combustion chamber 31c. In the intake passage 33, the fuel gas supplied from the pipes 27c and 27d is mixed with the intake air supplied from an intake pipe (not shown) including a throttle valve, thereby forming an air-fuel mixture.

エンジン本体31では、ピストン32が下死点側に移動することで吸気流路33から燃焼室31cに天然ガスを含む混合気が供給される。エンジン本体31におけるシリンダヘッド31bには、点火部6が設けられている。燃焼室31cでは、ピストン32が上死点側に移動することで、混合気が圧縮される。圧縮された混合気は、点火部6により点火されて燃焼し、排気流路34から排気ガスとして排出される。なお、図1では、シリンダヘッド31bに設けられた吸気バルブ及び排気バルブの図示が省略されている。   In the engine body 31, the air-fuel mixture containing natural gas is supplied from the intake passage 33 to the combustion chamber 31 c by moving the piston 32 to the bottom dead center side. The ignition section 6 is provided on the cylinder head 31b of the engine body 31. In the combustion chamber 31c, the air-fuel mixture is compressed by the piston 32 moving toward the top dead center. The compressed air-fuel mixture is ignited by the ignition unit 6 and burns, and is discharged from the exhaust passage 34 as exhaust gas. In FIG. 1, the illustration of an intake valve and an exhaust valve provided in the cylinder head 31b is omitted.

燃料ガス供給部20は、天然ガスエンジン30に燃料となるガスを供給するシステムである。燃料ガス供給部20は、第1タンク21と、第2タンク22と、電磁弁23と、ポンプ24と、気化器25と、電磁弁26と、第1電磁弁7と、第2電磁弁8と、を有している。   The fuel gas supply unit 20 is a system that supplies gas serving as fuel to the natural gas engine 30. The fuel gas supply unit 20 includes a first tank 21, a second tank 22, a solenoid valve 23, a pump 24, a carburetor 25, a solenoid valve 26, a first solenoid valve 7, and a second solenoid valve 8 And

第1タンク21は、液体燃料(液化天然ガス)Lを貯蔵するタンクである。第1タンク21では、液体燃料Lが液体の状態を維持できるように冷却されている。液体燃料Lの成分は、天然ガスの産出地によって組成が異なるが、少なくとも、メタン、エタン、プロパン、イソブタン、ノルマルブタン、ノルマルペンタン、窒素、二酸化炭素を含む。第1タンク21は、例えばメタンの沸点(−162℃)未満に冷却され、メタンを含む天然ガスを液体燃料Lとして維持可能な断熱構造を有していてもよい。   The first tank 21 is a tank that stores a liquid fuel (liquefied natural gas) L. In the first tank 21, the liquid fuel L is cooled so as to maintain the liquid state. The components of the liquid fuel L differ in composition depending on the place where natural gas is produced, but include at least methane, ethane, propane, isobutane, normal butane, normal pentane, nitrogen, and carbon dioxide. The first tank 21 may be cooled, for example, below the boiling point of methane (−162 ° C.), and may have a heat insulating structure capable of maintaining natural gas containing methane as the liquid fuel L.

第1タンク21では、冷却によっても防ぎ切れない自然入熱等により液体燃料Lの蒸発が生じ、ボイルオフガスGが生じ得る。ボイルオフガスGは、第1タンク21の液体燃料Lが自然気化して生じたガスである。ここでの自然気化とは、例えば、第1タンク21への周囲からの自然入熱により液体燃料Lが蒸発すること、及び、車両Vの車体の揺れに伴って液体燃料Lの液面が動くことにより生じる第1タンク21の内壁面と液体燃料Lとの摩擦熱で液体燃料Lが蒸発することを含む。ボイルオフガスGは、メタンを主成分としており、天然ガスエンジン30に供給されることで耐ノック性を向上させ得る。ボイルオフガスGは、エタンを含んでいてもよい。 In the first tank 21, vaporization of the liquid fuel L occurs by natural heat input or the like which can not be prevented even by cooling, may occur boil-off gas G B. BOG G B, the liquid fuel L of the first tank 21 is a gas produced naturally vaporized. Here, the natural vaporization means, for example, that the liquid fuel L evaporates due to natural heat input from the surroundings to the first tank 21 and that the liquid level of the liquid fuel L moves with the shaking of the vehicle V. This includes evaporation of the liquid fuel L due to frictional heat generated between the inner wall surface of the first tank 21 and the liquid fuel L. BOG G B is methane has a main component, can improve the anti-knocking performance by being supplied to the natural gas engine 30. BOG G B may contain ethane.

第1タンク21は、配管27aを介して第2タンク22と接続されている。配管27aは、第1タンク21から第2タンク22にボイルオフガスGを導く配管である。配管27aの途中には、電磁弁23及びポンプ24が設けられている。電磁弁23は、例えば、第1タンク21でのボイルオフガスGの発生量等に応じて配管27aの連通及び遮断を切り換えてもよい。ポンプ24は、例えば、電磁弁26が配管27aを連通させている場合に、第1タンク21から第2タンク22へボイルオフガスGを圧送してもよい。 The first tank 21 is connected to the second tank 22 via a pipe 27a. Pipe 27a is a pipe for guiding the BOG G B from the first tank 21 to second tank 22. An electromagnetic valve 23 and a pump 24 are provided in the middle of the pipe 27a. Solenoid valve 23, for example, may be switched communication and blocking of the pipe 27a in response to the occurrence amount of the BOG G B in the first tank 21. Pump 24 may be, for example, when the solenoid valve 26 is communicated with a piping 27a, it may be pumped a second tank 22 to boil-off gas G B from the first tank 21.

第1タンク21は、配管27bを介して気化器25と接続されている。配管27bは、第1タンク21から気化器25に液体燃料Lを導く配管である。配管27bの途中には、電磁弁26が設けられている。電磁弁26は、天然ガスエンジン30の負荷に応じて配管27bの連通及び遮断を切り換えてもよい。   The first tank 21 is connected to the vaporizer 25 via a pipe 27b. The pipe 27b is a pipe that guides the liquid fuel L from the first tank 21 to the vaporizer 25. An electromagnetic valve 26 is provided in the middle of the pipe 27b. The solenoid valve 26 may switch between communication and cutoff of the pipe 27b according to the load of the natural gas engine 30.

気化器25は、第1タンク21から配管27bを介して導かれた液体燃料Lを気化させて、燃料ガスGを生成する。燃料ガスGは、天然ガスエンジン30の主な燃料となるガスである。気化器25は、配管27cを介し吸気流路33と接続されている。配管27cは、気化器25から吸気流路33に燃料ガスGを導く配管である。配管27cの途中には、後述の第1電磁弁7が設けられている。 Vaporizer 25, the liquid fuel L guided through the pipe 27b from the first tank 21 is vaporized to produce a fuel gas G F. Fuel gas G F is a gas as a main fuel of natural gas engine 30. The carburetor 25 is connected to the intake passage 33 via a pipe 27c. Pipe 27c is a pipe for guiding the fuel gas G F to the intake passage 33 from the vaporizer 25. A first solenoid valve 7 described later is provided in the middle of the pipe 27c.

第2タンク22は、ボイルオフガスGを貯蔵するタンクである。第2タンク22は、配管27dを介して吸気流路33と接続されている。配管27dは、第2タンク22から吸気流路33にボイルオフガスGを導く配管である。配管27dの途中には、後述の第2電磁弁8が設けられている。 The second tank 22 is a tank for storing boil-off gas G B. The second tank 22 is connected to the intake passage 33 via a pipe 27d. Pipe 27d is a piping for guiding the BOG G B to the intake passage 33 from the second tank 22. A second solenoid valve 8 described later is provided in the middle of the pipe 27d.

ECU10は、天然ガスエンジン30を制御する電子制御ユニットである。ECU10は、CPU[Central Processing Unit]、ROM[Read Only Memory]、RAM[Random Access Memory]、通信回路等を有している。ECU10では、例えば、ROMに記憶されているプログラムをRAMにロードし、RAMにロードされたプログラムをCPUで実行することにより各種の機能を実現する。ECU10は、複数の電子ユニットから構成されていてもよい。   The ECU 10 is an electronic control unit that controls the natural gas engine 30. The ECU 10 includes a CPU [Central Processing Unit], a ROM [Read Only Memory], a RAM [Random Access Memory], a communication circuit, and the like. The ECU 10 implements various functions by, for example, loading a program stored in the ROM into the RAM and executing the program loaded into the RAM by the CPU. The ECU 10 may be composed of a plurality of electronic units.

図2は、図1の天然ガスエンジンの制御装置のブロック図である。図2に示されるように、ECU10は、エンジン回転センサ1、スロットルレバーセンサ2、ノックセンサ3、タンク圧センサ4、点火部6、第1電磁弁7、及び第2電磁弁8と電気的に接続されている。   FIG. 2 is a block diagram of the control device of the natural gas engine of FIG. As shown in FIG. 2, the ECU 10 electrically connects the engine rotation sensor 1, the throttle lever sensor 2, the knock sensor 3, the tank pressure sensor 4, the ignition unit 6, the first solenoid valve 7, and the second solenoid valve 8 to each other. It is connected.

エンジン回転センサ1は、天然ガスエンジン30のエンジン回転数を検出する検出器である。エンジン回転センサ1は、検出したエンジン回転数の検出信号をECU10に出力する。スロットルレバーセンサ2は、スロットルレバーの操作量を検出する検出器である。スロットルレバーセンサ2は、検出したスロットルレバーの操作量に対応する検出信号をECU10に出力する。   The engine rotation sensor 1 is a detector that detects the engine speed of the natural gas engine 30. The engine rotation sensor 1 outputs a detection signal of the detected engine speed to the ECU 10. The throttle lever sensor 2 is a detector that detects an operation amount of the throttle lever. The throttle lever sensor 2 outputs a detection signal corresponding to the detected operation amount of the throttle lever to the ECU 10.

ノックセンサ3は、例えばエンジン本体31のシリンダブロック31aに取り付けられており、シリンダブロック31aの振動を検出する検出器である。ノックセンサ3は、異常燃焼(ノッキング)による振動を含むシリンダブロック31aの振動を検出可能であれば、一般的な構成のセンサを採用することができる。ノックセンサ3は、検出したシリンダブロック31aの振動の検出信号をECU10に出力する。   Knock sensor 3 is, for example, a detector that is attached to cylinder block 31a of engine body 31 and detects vibration of cylinder block 31a. Knock sensor 3 may employ a sensor having a general configuration as long as it can detect vibration of cylinder block 31a including vibration due to abnormal combustion (knocking). Knock sensor 3 outputs to ECU 10 a detection signal of the detected vibration of cylinder block 31a.

タンク圧センサ4は、第2タンク22に設けられており、第2タンク22に貯蔵されているボイルオフガスGの圧力を検出する検出器である。ここでは、ボイルオフガスGの圧力は、第2タンク22に貯蔵されているボイルオフガスGの残量に関する指標として用いられる。タンク圧センサ4は、検出したボイルオフガスGの圧力の検出信号をECU10に出力する。 Tank pressure sensor 4 is provided on the second tank 22, a detector for detecting the pressure of boil-off gas G B which is stored in the second tank 22. Here, the pressure of the boil-off gas G B is used as an indicator of the remaining amount of boil-off gas G B which is stored in the second tank 22. Tank pressure sensor 4 outputs a detection signal of the pressure detected BOG G B to ECU 10.

点火部6は、天然ガスエンジン30の燃焼室31cの混合気を点火により燃焼させるための装置である。ここでの点火部6は、例えば点火コイル及び点火プラグを含む。点火部6の点火時期は、ECU10によって制御される。以下の説明では、説明の便宜上、「点火時期」を、ピストン32の上死点を基準(0°)として遅角側を正値とするクランク角度値(単位:°[degree],ATDC)で表し、「進角量」を、基準となる点火時期から進角させるクランク角度の絶対値(単位:°)表すものとする。   The ignition unit 6 is a device for burning the air-fuel mixture in the combustion chamber 31c of the natural gas engine 30 by ignition. The ignition section 6 here includes, for example, an ignition coil and an ignition plug. The ignition timing of the ignition section 6 is controlled by the ECU 10. In the following description, for convenience of explanation, the “ignition timing” is a crank angle value (unit: ° [degree], ATDC) having a positive value on the retard side with respect to the top dead center of the piston 32 (0 °). And the “advance amount” represents the absolute value (unit: °) of the crank angle advanced from the reference ignition timing.

第1電磁弁7は、天然ガスエンジン30への燃料ガスGの供給量を調整する弁である。第1電磁弁7の動作は、ECU10によって制御される。第1電磁弁7は、例えば、後述の要求燃料量及び供給比率に応じた供給量の燃料ガスGが天然ガスエンジン30へ供給されるようにECU10により制御される。 The first solenoid valve 7 is a valve for adjusting the supply amount of the fuel gas G F to natural gas engine 30. The operation of the first solenoid valve 7 is controlled by the ECU 10. The first solenoid valve 7 is controlled, for example, by ECU10 as a fuel gas G F of the feed amount corresponding to the required fuel amount and the supply ratio will be described later, it is supplied to the natural gas engine 30.

第2電磁弁8は、天然ガスエンジン30へのボイルオフガスGの供給量を調整する弁である。第2電磁弁8の動作は、ECU10によって制御される。第2電磁弁8は、例えば、後述の要求燃料量及び供給比率に応じた供給量のボイルオフガスGが天然ガスエンジン30へ供給されるようにECU10により制御される。 The second solenoid valve 8 is a valve for adjusting the supply amount of boil-off gas G B to natural gas engine 30. The operation of the second solenoid valve 8 is controlled by the ECU 10. The second solenoid valve 8 is controlled, for example, by ECU10 as BOG G B supply amount according to the required fuel amount and the supply ratio will be described later, it is supplied to the natural gas engine 30.

[ECU10の機能的構成]
次に、ECU10の機能的構成について説明する。ECU10は、吸気負荷率算出部11と、ノッキング認識部12と、燃料量算出部13と、点火時期算出部14と、燃料制御部15と、点火制御部16とを有している。
[Functional Configuration of ECU 10]
Next, a functional configuration of the ECU 10 will be described. The ECU 10 includes an intake load factor calculation unit 11, a knocking recognition unit 12, a fuel amount calculation unit 13, an ignition timing calculation unit 14, a fuel control unit 15, and an ignition control unit 16.

吸気負荷率算出部11は、エンジン回転センサ1で検出されたエンジン回転数及びスロットルレバーセンサ2で検出されたスロットルレバーの操作量に基づいて、吸気負荷率を算出する。吸気負荷率は、天然ガスエンジン30に出力することが要求される負荷(エンジン負荷)を意味し、例えば天然ガスエンジン30の全負荷に対する比率で表される。吸気負荷率算出部11は、例えば、試験及びシミュレーション等によってエンジン回転数及びスロットルレバーの操作量と吸気負荷率との関係が予め設定されたマップデータに基づいて、吸気負荷率を算出する。なお、吸気負荷率算出部11は、吸気負荷率に対応する量の空気を天然ガスエンジン30が吸気するように、スロットルバルブ等を制御してもよい。   The intake load factor calculation unit 11 calculates an intake load factor based on the engine speed detected by the engine rotation sensor 1 and the operation amount of the throttle lever detected by the throttle lever sensor 2. The intake load factor means a load (engine load) required to be output to the natural gas engine 30, and is expressed, for example, as a ratio to the total load of the natural gas engine 30. The intake load factor calculation unit 11 calculates the intake load factor based on map data in which the relationship between the engine speed, the operation amount of the throttle lever, and the intake load factor is set in advance by, for example, a test or a simulation. The intake load factor calculation unit 11 may control a throttle valve and the like so that the natural gas engine 30 takes in air in an amount corresponding to the intake load factor.

ノッキング認識部12は、ノックセンサ3の検出結果に基づいて、天然ガスエンジン30のノッキングを認識する。ノッキング認識部12は、例えば、ノックセンサ3で検出されたシリンダブロック31aの振動の大きさが所定のノック閾値以上の場合、異常燃焼特有の振動が生じたとして、ノッキングを認識する。ノック閾値は、ノッキングしているか否か(異常燃焼が生じているか否か)を判定するためのシリンダブロック31aの振動の大きさの閾値である。ノック閾値は、例えば、異常燃焼特有の振動をピストン32の動き等に起因する振動と区別できるように、試験等により予め設定することができる。   Knock recognition section 12 recognizes knocking of natural gas engine 30 based on the detection result of knock sensor 3. For example, when the magnitude of vibration of cylinder block 31a detected by knock sensor 3 is equal to or larger than a predetermined knock threshold, knocking recognition unit 12 recognizes knocking as occurrence of vibration peculiar to abnormal combustion. The knock threshold value is a threshold value of the magnitude of vibration of the cylinder block 31a for determining whether or not knocking has occurred (whether or not abnormal combustion has occurred). The knock threshold value can be set in advance by a test or the like, for example, so that vibration specific to abnormal combustion can be distinguished from vibration caused by movement of the piston 32 and the like.

ノッキング認識部12は、ノッキングを認識した場合、当該ノッキングのノック発生進角量を記憶する。ノック発生進角量は、当該ノッキングが発生したときの進角量である。ノック発生進角量は、例えば、当該ノッキング発生のトリガとなった点火についての基準点火時期からの進角量とすることができる。ノック発生進角量は、当該ノッキングがノッキング認識部12で認識される前にECU10から点火部6に指令された直近の点火(天然ガスエンジン30で実際に点火された直近の点火)についての、基準点火時期からの進角量としてもよい。   When knocking is recognized, the knocking recognition unit 12 stores the knocking advance amount of the knocking. The knocking advance amount is the advance amount when the knocking occurs. The knock generation advance amount can be, for example, the advance amount from the reference ignition timing for the ignition that triggered the knock generation. The knocking advance amount is determined based on the latest ignition (the latest ignition actually fired by the natural gas engine 30) instructed by the ECU 10 to the ignition unit 6 before the knocking is recognized by the knocking recognition unit 12. The advance amount from the reference ignition timing may be used.

ノッキング認識部12は、例えば当該ノッキング発生のトリガとなった点火についての点火時期が基準点火時期であった場合、ノック発生進角量として0°を記憶する。ノッキング認識部12は、例えば当該ノッキング発生のときの点火時期が、ある進角量だけ基準点火時期よりも進角させた点火時期であった場合、ノック発生進角量として当該進角量を記憶する。   For example, when the ignition timing for the ignition that triggered the occurrence of knocking is the reference ignition timing, knocking recognition unit 12 stores 0 ° as the knocking advance amount. For example, when the ignition timing at the time of occurrence of the knocking is an ignition timing advanced from the reference ignition timing by a certain advance amount, the knocking recognition unit 12 stores the advance amount as the knock generation advance amount. I do.

燃料量算出部13は、エンジン回転数及び吸気負荷率に基づいて、要求燃料量を算出する。要求燃料量は、例えば、天然ガスエンジン30の吸気負荷率に応じて必要となる燃料ガスGの供給量である。燃料量算出部13は、例えば、試験及びシミュレーション等によってエンジン回転数及び吸気負荷率と要求燃料量との関係が予め設定されたマップデータに基づいて、要求燃料量を算出する。 The fuel amount calculation unit 13 calculates a required fuel amount based on the engine speed and the intake load factor. Required fuel amount is, for example, the supply amount of the fuel gas G F required according to the intake air load factor of a natural gas engine 30. The fuel amount calculation unit 13 calculates the required fuel amount based on map data in which the relationship between the engine speed, the intake load factor, and the required fuel amount is set in advance by, for example, testing and simulation.

燃料量算出部13は、算出した要求燃料量及びノッキング認識部12の認識結果に基づいて、燃料ガスGの天然ガスエンジン30への供給量である燃料ガス供給量Q1、及び、ボイルオフガスGの天然ガスエンジン30への供給量であるボイルオフガス供給量Q2を算出する。燃料量算出部13は、例えば、試験及びシミュレーション等によってノック発生進角量と燃料ガス供給量Q1及びボイルオフガス供給量Q2との関係が予め設定されたマップデータに基づいて、燃料ガス供給量Q1及びボイルオフガス供給量Q2を算出する。 Fuel amount calculating unit 13 based on the recognition result of the calculated required fuel amount and the knocking recognition unit 12, the fuel gas supply quantity Q1 is a supply to the natural gas engine 30 of the fuel gas G F and, BOG G The boil-off gas supply amount Q2, which is the supply amount of B to the natural gas engine 30, is calculated. The fuel amount calculation unit 13 determines the fuel gas supply amount Q1 based on map data in which the relationship between the knocking advance amount and the fuel gas supply amount Q1 and the boil-off gas supply amount Q2 is set in advance by, for example, testing and simulation. And the boil-off gas supply amount Q2.

図3(a)は、燃料ガス供給量及びボイルオフガス供給量の設定例を示す図である。図3(a)の横軸は、基準点火時期からの進角量を表している。図3(a)の横軸では、基準点火時期の「0°[deg.]」よりも左側が進角側である。図3(a)の縦軸は、燃料ガスG及びボイルオフガスGの供給量(例えば質量流量)を表している。 FIG. 3A is a diagram showing a setting example of the fuel gas supply amount and the boil-off gas supply amount. The horizontal axis in FIG. 3A represents the amount of advance from the reference ignition timing. In the horizontal axis of FIG. 3A, the left side of the reference ignition timing “0 ° [deg.]” Is the advance side. The vertical axis of FIG. 3 (a) represents the supply amount of the fuel gas G F and boil-off gas G B (e.g. the mass flow rate).

図3(a)の例において、進角量が0°のときの燃料ガス供給量Q1は、燃料量算出部13により算出された要求燃料量に相当する。また、進角量が0°のときのボイルオフガス供給量Q2は、0である。一方、図3(a)の例において、進角量が0°よりも進角側の横軸位置に対応する燃料ガス供給量Q1は、進角量が0°のときの燃料ガス供給量Q1よりも減量されている。また、進角量が0°よりも進角側の横軸位置に対応するボイルオフガス供給量Q2は、進角量が0°のときのボイルオフガス供給量Q2よりも増量されている。   In the example of FIG. 3A, the fuel gas supply amount Q1 when the advance amount is 0 ° corresponds to the required fuel amount calculated by the fuel amount calculation unit 13. The boil-off gas supply amount Q2 when the advance amount is 0 ° is 0. On the other hand, in the example of FIG. 3A, the fuel gas supply amount Q1 corresponding to the abscissa position where the advance amount is more advanced than 0 ° is the fuel gas supply amount Q1 when the advance amount is 0 °. Is more weight than. Further, the boil-off gas supply amount Q2 corresponding to the abscissa position on the advance side of the advance angle of 0 ° is larger than the boil-off gas supply amount Q2 when the advance amount is 0 °.

図3(a)のボイルオフガス供給量Q2の曲線は、下に凸の曲線となっている。例えば、進角量を一定値(例えば1°)だけ増加させたときに連続的なノッキングが発生するか否かの感度(ノッキング感度)は、進角量の増加に従って大きくなる傾向がある。そのため、ボイルオフガス供給量Q2の増加勾配(傾き)は、進角量の増加に従って大きくなるように設定されている。なお、ボイルオフガス供給量Q2は、ボイルオフガスGの発生熱量が燃料ガスGの発生熱量よりも小さいことを考慮して設定されてもよい。 The curve of the boil-off gas supply amount Q2 in FIG. 3A is a downwardly convex curve. For example, the sensitivity (knocking sensitivity) as to whether or not continuous knocking occurs when the advance amount is increased by a certain value (for example, 1 °) tends to increase as the advance amount increases. Therefore, the increasing gradient (gradient) of the boil-off gas supply amount Q2 is set to increase as the advance amount increases. Incidentally, BOG supply amount Q2 may be set in consideration of less than the heat generation amount of the heat generation amount of the fuel gas G F BOG G B.

図3(b)は、図3(a)の設定例における燃料ガスに対するボイルオフガスの供給比率を示す図である。図3(b)の横軸は、図3(a)の横軸と同じものである。図3(b)の縦軸は、燃料ガスGに対するボイルオフガスGの供給比率Rを表している。供給比率Rは、例えば、図3(a)の各横軸位置においてボイルオフガス供給量Q2を燃料ガス供給量Q1で除算して得られる比率として求めることができる。 FIG. 3B is a diagram illustrating a supply ratio of the boil-off gas to the fuel gas in the setting example of FIG. The horizontal axis in FIG. 3B is the same as the horizontal axis in FIG. The vertical axis of FIG. 3 (b) represents the supply ratio R of BOG G B relative to the fuel gas G F. The supply ratio R can be obtained, for example, as a ratio obtained by dividing the boil-off gas supply amount Q2 by the fuel gas supply amount Q1 at each horizontal axis position in FIG.

燃料量算出部13は、天然ガスエンジン30の負荷が所定の負荷閾値以上の高負荷運転状態においてノッキング認識部12でノッキングが認識された場合、ノッキング認識部12で記憶されたノック発生進角量に応じて、図3(a)の関係に従って燃料ガス供給量Q1を低減させると共にボイルオフガス供給量Q2を増加させる。これにより、燃料ガスGに対するボイルオフガスGの供給比率Rは、図3(b)の関係に従って当該ノッキングの認識前と比べて増加される。 When the knocking recognition unit 12 recognizes knocking in a high load operation state in which the load on the natural gas engine 30 is equal to or greater than a predetermined load threshold, the fuel amount calculation unit 13 stores the knocking advance amount stored in the knocking recognition unit 12. Accordingly, the fuel gas supply amount Q1 is reduced and the boil-off gas supply amount Q2 is increased according to the relationship shown in FIG. Accordingly, the supply ratio R of BOG G B relative to the fuel gas G F is increased compared with the previous recognition of the knocking according to the relationship of FIG. 3 (b).

燃料量算出部13は、天然ガスエンジン30の負荷が上記負荷閾値未満の低負荷運転状態において、供給比率Rを低減させる。燃料量算出部13は、低負荷運転状態において、供給比率Rを一定の時間変化量で低減させてもよい。   The fuel amount calculation unit 13 reduces the supply ratio R in a low-load operation state in which the load on the natural gas engine 30 is less than the load threshold. The fuel amount calculation unit 13 may reduce the supply ratio R by a fixed amount of time change in the low load operation state.

負荷閾値は、天然ガスエンジン30の運転状態が高負荷運転状態であるか低負荷運転状態であるかを判定するための天然ガスエンジン30の負荷(例えばスロットルレバーの操作量、吸入空気量等)の閾値である。負荷閾値は、予め設定された一定の負荷の値であってもよいし、エンジン回転数に応じて予め設定されるマップデータであってもよい。   The load threshold is a load of the natural gas engine 30 (for example, an operation amount of a throttle lever, an intake air amount, and the like) for determining whether the operation state of the natural gas engine 30 is a high load operation state or a low load operation state. Is the threshold value. The load threshold may be a preset constant load value, or may be map data set in advance according to the engine speed.

なお、燃料量算出部13は、例えば、タンク圧センサ4で検出されたボイルオフガスGの圧力が所定の圧力閾値以下となった場合、ボイルオフガスGの残量が少ないとして、燃料ガス供給量Q1を増加させると共にボイルオフガス供給量Q2を低減させることで、供給比率Rを低減させる。燃料量算出部13は、ボイルオフガスGの圧力が圧力閾値以下となった場合、供給比率Rを一定の時間変化量で低減させてもよい。 The fuel amount calculating unit 13, for example, if the pressure of the boil-off gas G B detected by the tank pressure sensor 4 is equal to or less than a predetermined pressure threshold, and a small residual amount of boil-off gas G B, fuel gas supply By increasing the amount Q1 and decreasing the boil-off gas supply amount Q2, the supply ratio R is reduced. Fuel amount calculating unit 13, if the pressure of the boil-off gas G B is equal to or less than pressure threshold, it may reduce the supply ratio R at a predetermined time change amount.

点火時期算出部14は、エンジン回転数、吸気負荷率、及びノッキング認識部12の認識結果に基づいて、基準点火時期、基準点火時期からの進角量ΔSA、及びMBT[Minimum advanced for the Best Torque]点火時期を算出する。基準点火時期は、点火時期の進角量の基準となる点火時期である。MBT点火時期とは、一定の負荷条件及び燃料条件において天然ガスエンジン30の出力トルクが最大となる点火時期である。   The ignition timing calculation unit 14 determines the reference ignition timing, the advance amount ΔSA from the reference ignition timing, and the MBT [Minimum advanced for the Best Torque] based on the engine speed, the intake load factor, and the recognition result of the knocking recognition unit 12. Calculate the ignition timing. The reference ignition timing is an ignition timing serving as a reference for the advance amount of the ignition timing. The MBT ignition timing is an ignition timing at which the output torque of the natural gas engine 30 becomes maximum under certain load conditions and fuel conditions.

点火時期算出部14は、例えば、試験及びシミュレーション等によってエンジン回転数及び吸気負荷率とMBT点火時期との関係が予め設定されたマップデータに基づいて、MBT点火時期を算出する。   The ignition timing calculation unit 14 calculates the MBT ignition timing based on map data in which the relationship between the engine speed, the intake load factor, and the MBT ignition timing is set in advance by, for example, tests and simulations.

点火時期算出部14は、エンジン回転数及び吸気負荷率に基づいて、基準点火時期を算出する。基準点火時期のマップデータは、例えば、上記出力トルクの計測試験において、連続的にノッキングしてしまう点火時期(ノック限界)よりも遅角側に設定された点火時期として、予め設定することができる。ノック限界とは、点火時期をそれ以上進角させるとノッキングが連続的に有意に発生する点火時期を意味する。基準点火時期のマップデータは、例えば、燃料条件(ボイルオフガス供給量Q2)ごとに予め設定された複数のマップを含んでもよい。   The ignition timing calculator 14 calculates a reference ignition timing based on the engine speed and the intake load factor. The map data of the reference ignition timing can be set in advance as, for example, an ignition timing that is set on a more retarded side than an ignition timing (knock limit) that continuously knocks in the output torque measurement test. . The knock limit means an ignition timing at which knocking continuously and significantly occurs when the ignition timing is advanced further. The map data of the reference ignition timing may include, for example, a plurality of maps preset for each fuel condition (boil-off gas supply amount Q2).

低負荷運転状態では、ノック限界がMBT点火時期よりも進角側となるため、基準点火時期は、MBT点火時期と等しい点火時期とすることができる。また、高負荷運転状態では、MBT点火時期がノック限界よりも進角側となるため、基準点火時期は、ノック限界よりも遅角側の点火時期とすることができる。   In the low load operation state, the knock limit is on the more advanced side than the MBT ignition timing, so that the reference ignition timing can be the same ignition timing as the MBT ignition timing. In the high-load operation state, the MBT ignition timing is on the advance side of the knock limit, and therefore, the reference ignition timing can be the ignition timing on the retard side of the knock limit.

ノック限界は、ボイルオフガスGの供給比率Rの増加によって進角側に移動する。つまり、ボイルオフガス供給量Q2の増加によって、天然ガスエンジン30の耐ノック性が向上されるため、特に高負荷運転状態において、基準点火時期からの進角量ΔSAを増加することが可能となる。 Knock limit moves to the advance side by increasing the supply ratio R of boil-off gas G B. That is, since the knock resistance of the natural gas engine 30 is improved by increasing the boil-off gas supply amount Q2, the advance amount ΔSA from the reference ignition timing can be increased particularly in a high-load operation state.

点火時期算出部14は、ノッキング認識部12でノッキングが認識されていない場合、進角する余裕があるとして、進角量ΔSAを増加させる。また、点火時期算出部14は、高負荷運転状態においてノッキング認識部12でノッキングが認識された場合には、ノッキング認識部12によるノッキングの認識に応じて燃料量算出部13により供給比率Rが増加されたとき(ノック限界が進角側に移動したとき)に、進角する余裕があるとして、進角量ΔSAを増加させる。点火時期算出部14は、進角量ΔSAを一定の時間変化量(例えば1°/秒)で増加させてもよい。   When knocking is not recognized by knocking recognition section 12, ignition timing calculation section 14 determines that there is room for advance and increases advance angle amount ΔSA. When the knocking is recognized by the knocking recognition unit 12 in the high load operation state, the ignition timing calculation unit 14 increases the supply ratio R by the fuel amount calculation unit 13 in accordance with the knocking recognition by the knocking recognition unit 12. Is performed (when the knock limit moves to the advance side), the advance amount ΔSA is increased, assuming that there is room for advance. The ignition timing calculation unit 14 may increase the advance angle amount ΔSA at a constant time change amount (for example, 1 ° / sec).

ただし、点火時期算出部14は、基準点火時期から進角量ΔSAだけ進角させた点火時期がMBT点火時期を超えないように、進角量ΔSAを制限する。点火時期算出部14は、例えば、基準点火時期から進角量ΔSAだけ進角させた点火時期がMBT点火時期よりも進角側となる場合、進角する余裕がないとして、進角量ΔSAの増加を行わず、進角量ΔSAの増加を制限する。一方、点火時期算出部14は、例えば、基準点火時期から進角量ΔSAだけ進角させた点火時期がMBT点火時期よりも進角側とはならない場合、進角する余裕があるとして、進角量ΔSAを制限せず、上述したような進角量ΔSAの増加を実行する。   However, the ignition timing calculation unit 14 limits the advance amount ΔSA so that the ignition timing advanced by the advance amount ΔSA from the reference ignition timing does not exceed the MBT ignition timing. For example, when the ignition timing advanced from the reference ignition timing by the advance amount ΔSA is on the advance side of the MBT ignition timing, the ignition timing calculation unit 14 determines that there is no room for advance and determines that the advance amount ΔSA Without increasing, the increase of the advance angle amount ΔSA is limited. On the other hand, for example, when the ignition timing advanced from the reference ignition timing by the advance amount ΔSA is not on the advance side of the MBT ignition timing, the ignition timing calculation unit 14 determines that there is room to advance, and The amount of advance angle ΔSA is increased as described above without limiting the amount ΔSA.

点火時期算出部14は、低負荷運転状態においては、進角量ΔSAを低減させる。点火時期算出部14は、低負荷運転状態において、進角量ΔSAを一定の時間変化量で低減させてもよい。この進角量ΔSAの時間変化量は、供給比率Rの時間変化量よりも速くてもよい。   The ignition timing calculator 14 reduces the advance amount ΔSA in the low load operation state. The ignition timing calculation unit 14 may reduce the advance angle amount ΔSA by a constant time change amount in the low load operation state. The time change amount of the advance angle amount ΔSA may be faster than the time change amount of the supply ratio R.

なお、点火時期算出部14は、例えば、タンク圧センサ4で検出されたボイルオフガスGの圧力が所定の圧力閾値以下となった場合、ボイルオフガスGの残量が少ないとして、進角量ΔSAを低減させる。点火時期算出部14は、ボイルオフガスGの圧力が圧力閾値以下となった場合、進角量ΔSAを一定の時間変化量で低減させてもよい。この進角量ΔSAの時間変化量は、供給比率Rの時間変化量よりも速くてもよい。 Incidentally, the ignition timing calculation unit 14, for example, if the pressure of the boil-off gas G B detected by the tank pressure sensor 4 is equal to or less than a predetermined pressure threshold, and a small residual amount of boil-off gas G B, advance amount Reduce ΔSA. Ignition timing calculation unit 14, when the pressure of the boil-off gas G B is equal to or less than pressure threshold, may reduce the advance amount ΔSA at certain time variation. The time change amount of the advance angle amount ΔSA may be faster than the time change amount of the supply ratio R.

燃料制御部15は、燃料量算出部13により算出された燃料ガス供給量Q1の燃料ガスGを天然ガスエンジン30へ供給するように、第1電磁弁7を制御する。燃料制御部15は、燃料量算出部13により算出されたボイルオフガス供給量Q2のボイルオフガスGを天然ガスエンジン30へ供給するように、第2電磁弁8を制御する。 Fuel control unit 15, the fuel gas G F of the fuel gas supply quantity Q1 calculated by the fuel amount calculating unit 13 to supply the natural gas engine 30, and controls the first solenoid valve 7. Fuel control unit 15, the boil-off gas G B BOG supply amount Q2 calculated by the fuel amount calculating unit 13 to supply the natural gas engine 30, and a second solenoid valve 8.

点火制御部16は、点火時期算出部14により算出された進角量ΔSAに応じた点火時期で天然ガスエンジン30への点火を行うように、点火部6を制御する。   The ignition control unit 16 controls the ignition unit 6 so as to ignite the natural gas engine 30 at an ignition timing corresponding to the advance amount ΔSA calculated by the ignition timing calculation unit 14.

次に、燃料量算出部13による供給比率Rの増加及び点火時期算出部14による進角量ΔSAの算出の詳細について、図3〜図5を参照しつつ説明する。ここでは、基準点火時期SA1からの進角量ΔSAが、進角量dSA1,dSA2,dSA3と徐々に増加されていく状況を一例として、説明する。   Next, details of the increase of the supply ratio R by the fuel amount calculation unit 13 and the calculation of the advance amount ΔSA by the ignition timing calculation unit 14 will be described with reference to FIGS. Here, an example will be described in which the advance amount ΔSA from the reference ignition timing SA1 is gradually increased to advance amounts dSA1, dSA2, and dSA3.

図4は、天然ガスエンジンのトルクカーブの一例を示す図である。トルクカーブとは、一定の吸入空気量及び燃料供給量の条件において点火時期を変化させた場合の天然ガスエンジンの出力トルク特性を、点火時期を横軸とし出力トルクを縦軸として表した特性曲線である。図4に示されるように、トルクカーブは、上に凸の曲線(例えば放物線)となり、トルクカーブの頂点位置に対応する点火時期がMBT点火時期である(例えばトルクカーブTC3における点火時期SA2)。   FIG. 4 is a diagram illustrating an example of a torque curve of a natural gas engine. The torque curve is a characteristic curve showing the output torque characteristic of a natural gas engine when the ignition timing is changed under the condition of a fixed intake air amount and fuel supply amount, with the ignition timing as the horizontal axis and the output torque as the vertical axis. It is. As shown in FIG. 4, the torque curve becomes an upwardly convex curve (for example, a parabola), and the ignition timing corresponding to the peak position of the torque curve is the MBT ignition timing (for example, the ignition timing SA2 in the torque curve TC3).

図4において、トルクカーブTC1〜TC3の負荷条件(吸入空気量)は、高負荷運転状態で略同じとされている。トルクカーブTC1の燃料条件は、図3における「進角量=0°」の横軸位置での燃料条件に相当しており、燃料ガスGの供給量は要求燃料量と等しく、ボイルオフガスGの供給量は0である。トルクカーブTC2では、図3における「進角量=dSA1」の横軸位置での燃料条件に相当しており、燃料ガスGの供給量は燃料ガス供給量Q11と等しく、ボイルオフガスGの供給量はボイルオフガス供給量Q21と等しい。トルクカーブTC3では、図3における「進角量=dSA1+dSA2」の横軸位置での燃料条件に相当しており、燃料ガスGの供給量は燃料ガス供給量Q12と等しく、ボイルオフガスGの供給量はボイルオフガス供給量Q22と等しい。 In FIG. 4, the load conditions (intake air amount) of the torque curves TC1 to TC3 are substantially the same in the high load operation state. Fuel condition of the torque curve TC1 is equivalent to the fuel condition of the horizontal axis position of the "advance angle = 0 °" in FIG. 3, the supply amount of the fuel gas G F is equal to the required fuel amount, BOG G The supply amount of B is 0. In torque curve TC2, which corresponds to the fuel condition of the horizontal axis position of the "advance angle = DSA1" in FIG. 3, the supply amount of the fuel gas G F is equal to the fuel gas supply amount Q11, the boil-off gas G B The supply amount is equal to the boil-off gas supply amount Q21. In torque curve TC3, which corresponds to the fuel condition of the horizontal axis position of the "advance angle = DSA1 + DSA2" in FIG. 3, the supply amount of the fuel gas G F is equal to the fuel gas supply amount Q12, the boil-off gas G B The supply amount is equal to the boil-off gas supply amount Q22.

図5は、天然ガスエンジンの制御装置の動作例を示すタイミングチャートである。図4及び図5に示されるように、まず、時刻t1まで、天然ガスエンジン30が、トルクカーブTC1においてノック限界KN1よりも遅角側の基準点火時期(点火時期SA1)で運転されているとする(図4の点P1)。次に、時刻t1から時刻t2まで、進角する余裕があるとして、点火時期算出部14により、点火時期SA1から進角量dSA1だけ一定の時間変化量で点火時期が進角されて、ノック限界KN1に至ったとする(図4の点P2’)。   FIG. 5 is a timing chart showing an operation example of the control device of the natural gas engine. As shown in FIGS. 4 and 5, first, it is assumed that the natural gas engine 30 is operated at the reference ignition timing (ignition timing SA1) that is more retarded than the knock limit KN1 in the torque curve TC1 until time t1. (Point P1 in FIG. 4). Next, assuming that there is room to advance from time t1 to time t2, the ignition timing is calculated by the ignition timing calculation unit 14, and the ignition timing is advanced from the ignition timing SA1 by a constant time change amount by the advance amount dSA1. It is assumed that KN1 has been reached (point P2 ′ in FIG. 4).

ノック限界KN1に至ったため、時刻t2においてノッキングが発生し、ノッキング認識部12によりノッキングが認識される。ノッキング認識部12により、進角量dSA1がノック発生進角量として記憶される。また、燃料量算出部13により、図3の進角量dSA1の横軸位置に応じて、燃料ガスGの供給量が燃料ガス供給量Q11に低減されると共に、ボイルオフガスGの供給量がボイルオフガス供給量Q21に増加され、供給比率RがR1に増加される。その結果、ノック限界が進角側のノック限界KN2に移動したトルクカーブTC2に移行する(図4の点P2)。 Since the knock limit KN1 has been reached, knocking occurs at time t2, and the knocking recognition unit 12 recognizes knocking. The knocking recognizing unit 12 stores the advance angle dSA1 as the knock generation advance angle. Further, the fuel amount calculating unit 13, in response to the horizontal axis position of the advance amount dSA1 of FIG. 3, the supply amount of the fuel gas G F is reduced to a fuel gas supply amount Q11, the supply amount of boil-off gas G B Is increased to the boil-off gas supply amount Q21, and the supply ratio R is increased to R1. As a result, the knock limit shifts to the torque curve TC2 that has moved to the advanced knock limit KN2 (point P2 in FIG. 4).

次に、時刻t2でボイルオフガスGの供給比率RがR1に増加されてから、時刻t2から時刻t3まで、点火時期算出部14により、進角する余裕があるとして、トルクカーブTC2において点火時期が更に進角される。点火時期が、点火時期SA1から進角量dSA1+dSA2だけ一定の時間変化量で進角されて、ノック限界KN2に至ったとする(図4の点P3’)。 Next, from the supply ratio R of the boil-off gas G B is increased to R1 at time t2, from time t2 to time t3, the ignition timing calculating section 14, as can afford to advance ignition timing in the torque curve TC2 Is further advanced. It is assumed that the ignition timing is advanced from the ignition timing SA1 by a constant time change amount by an advance amount dSA1 + dSA2 and reaches a knock limit KN2 (point P3 ′ in FIG. 4).

ノック限界KN2に至ったため、時刻t3においてノッキングが発生し、ノッキング認識部12によりノッキングが認識される。ノッキング認識部12により、進角量dSA1+dSA2がノック発生進角量として記憶される。また、燃料量算出部13により、図3の進角量dSA1+dSA2の横軸位置に応じて、燃料ガスGの供給量が燃料ガス供給量Q12に低減されると共に、ボイルオフガスGの供給量がボイルオフガス供給量Q22に増加され、供給比率RがR2に増加される。その結果、ノック限界が進角側のノック限界KN3に移動したトルクカーブTC3に移行する(図4の点P3)。 Since the knock limit KN2 has been reached, knocking occurs at time t3, and the knocking recognition unit 12 recognizes knocking. The knocking recognizing unit 12 stores the advance angle dSA1 + dSA2 as the knock generation advance angle. Further, the fuel amount calculating unit 13, in response to the horizontal axis position of the advance amount DSA1 + DSA2 in FIG. 3, the supply amount of the fuel gas G F is reduced to a fuel gas supply amount Q12, the supply amount of boil-off gas G B Is increased to the boil-off gas supply amount Q22, and the supply ratio R is increased to R2. As a result, the knock limit shifts to the torque curve TC3 that has moved to the advanced knock limit KN3 (point P3 in FIG. 4).

次に、時刻t3でボイルオフガスGの供給比率RがR2に増加されてから、時刻t3から時刻t4まで、点火時期算出部14により、進角する余裕があるとして、トルクカーブTC3において点火時期が更に進角される。点火時期が、点火時期SA1から進角量dSA1+dSA2+dSA3だけ一定の時間変化量で進角されて、点火時期SA2に至ったとする(図4の点P4)。 Next, since at time t3 supply ratio R of the boil-off gas G B is increased to R2, from time t3 to time t4, the ignition timing calculating section 14, as can afford to advance ignition timing in the torque curve TC3 Is further advanced. It is assumed that the ignition timing is advanced from the ignition timing SA1 by a constant time change amount by an advance amount dSA1 + dSA2 + dSA3 to reach the ignition timing SA2 (point P4 in FIG. 4).

次に、時刻t4から時刻t5まで、点火時期SA2がMBT点火時期となったため、点火時期算出部14により、進角する余裕がないとして、これ以上の進角量ΔSAの増加は行われず、進角量ΔSAがdSA1+dSA2+dSA3のままで制限される。   Next, since the ignition timing SA2 is the MBT ignition timing from time t4 to time t5, the ignition timing calculation unit 14 determines that there is no room for advance, and does not further increase the advance amount ΔSA. The angle amount ΔSA is limited with dSA1 + dSA2 + dSA3.

次に、例えば時刻t5において、タンク圧センサ4で検出されたボイルオフガスGの圧力が所定の圧力閾値以下となったとすると、時刻t5から時刻t6まで、ボイルオフガスGの残量が少ないとして、進角量ΔSA及び供給比率Rが低減される。ここでは、進角量ΔSAの時間変化量は、供給比率Rの時間変化量よりも速くされており、時刻t6において進角量ΔSAが0°となるのに対して、供給比率Rは、時刻t6よりも後で0に至るように低減される。 Then, for example, at time t5, when the pressure of the boil-off gas G B detected by the tank pressure sensor 4 and equal to or less than a predetermined pressure threshold, from time t5 to time t6, as the small remaining amount of boil-off gas G B , The advance amount ΔSA and the supply ratio R are reduced. Here, the time change amount of the advance angle amount ΔSA is made faster than the time change amount of the supply ratio R. At time t6, the advance amount ΔSA becomes 0 °, whereas the supply ratio R It is reduced to reach 0 later than t6.

次に、第1実施形態の天然ガスエンジンの制御装置100による処理の一例について、図6及び図7を参照して説明する。なお、ノッキング認識部12によるノッキングの認識は、図6及び図7の処理と並行して行われる。   Next, an example of a process performed by the natural gas engine control device 100 according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 6 and 7. The knocking recognition by the knocking recognition unit 12 is performed in parallel with the processing in FIGS. 6 and 7.

図6は、ECU10の燃料制御処理を示すフローチャートである。図6に示されるように、ECU10は、S11において、吸気負荷率算出部11により、吸気負荷率の算出を行う。吸気負荷率算出部11は、エンジン回転数及びスロットルレバーの操作量に基づいて、吸気負荷率を算出する。ECU10は、S12において、燃料量算出部13により、要求燃料量の算出を行う。燃料量算出部13は、エンジン回転数及び吸気負荷率に基づいて、要求燃料量を算出する。   FIG. 6 is a flowchart showing the fuel control process of the ECU 10. As shown in FIG. 6, in S <b> 11, in S <b> 11, the intake load factor calculator 11 calculates the intake load factor. The intake load factor calculation unit 11 calculates the intake load factor based on the engine speed and the operation amount of the throttle lever. In S12, the ECU 10 causes the fuel amount calculation unit 13 to calculate the required fuel amount. The fuel amount calculation unit 13 calculates a required fuel amount based on the engine speed and the intake load factor.

ECU10は、S13において、燃料量算出部13により、第2タンク残量があるか否かの判定を行う。燃料量算出部13は、タンク圧センサ4で検出されたボイルオフガスGの圧力が所定の圧力閾値以下となっているか否かに基づいて、第2タンク22の残量が十分にある(第2タンク残量あり)か否かを判定する。 In S13, the ECU 10 uses the fuel amount calculation unit 13 to determine whether there is a second tank remaining amount. Fuel amount calculating unit 13, based on whether the pressure of the detected BOG G B in tank pressure sensor 4 is less than or equal to a predetermined pressure threshold, the remaining amount of the second tank 22 is sufficient (the It is determined whether or not two tanks remain).

ECU10は、S13において、タンク圧センサ4で検出されたボイルオフガスGの圧力が所定の圧力閾値を超えており、第2タンク残量ありと判定される場合、S14において、燃料量算出部13により、天然ガスエンジン30の運転状態が高負荷運転状態であるか否かの判定を行う。 ECU10, in S13, when the pressure of the boil-off gas G B detected by the tank pressure sensor 4 is above a predetermined pressure threshold, it is determined that there is a second tank remaining amount, in S14, the fuel amount calculating unit 13 Thereby, it is determined whether the operation state of the natural gas engine 30 is the high load operation state.

ECU10は、S14において、天然ガスエンジン30の運転状態が高負荷運転状態であると判定される場合、S15において、燃料量算出部13により、ノッキング認識部12でノッキングが認識された(ノッキングあり)か否かの判定を行う。   When it is determined in S14 that the operation state of the natural gas engine 30 is the high-load operation state in S14, the knocking is recognized by the knocking recognition unit 12 by the fuel amount calculation unit 13 in S15 (knocking is present). Is determined.

ECU10は、S15において、ノッキングありと判定された場合、S16において、燃料量算出部13により、ノック発生進角量に応じて燃料ガス供給量Q1が低減されると共にボイルオフガス供給量Q2が増加される。これにより、燃料ガスGに対するボイルオフガスGの供給比率Rが、当該ノッキングの認識前と比べて増加される。 When it is determined in S15 that knocking has occurred in S15, in S16, the fuel amount calculation unit 13 reduces the fuel gas supply amount Q1 and increases the boil-off gas supply amount Q2 in accordance with the knocking advance amount. You. Accordingly, the supply ratio R of BOG G B relative to the fuel gas G F is increased compared with the previous recognition of the knocking.

ECU10は、S17において、燃料制御部15により、燃料量算出部13で算出された燃料ガス供給量Q1の燃料ガスGを天然ガスエンジン30へ供給するように、第1電磁弁7が制御され、また、燃料量算出部13により算出されたボイルオフガス供給量Q2のボイルオフガスGを天然ガスエンジン30へ供給するように、第2電磁弁8が制御される。その後、ECU10は、図6の処理を終了する。 ECU10, in S17, the fuel control unit 15, the fuel gas G F of the fuel gas supply quantity Q1 calculated in the fuel quantity calculating section 13 to supply the natural gas engine 30, the first solenoid valve 7 is controlled also BOG G B BOG supply amount Q2 calculated by the fuel amount calculating unit 13 to supply the natural gas engine 30, the second solenoid valve 8 is controlled. Thereafter, the ECU 10 ends the processing of FIG.

一方、ECU10は、S13において、タンク圧センサ4で検出されたボイルオフガスGの圧力が所定の圧力閾値以下であり、ボイルオフガスGの残量が少ない(第2タンク残量なし)と判定される場合、S18において、燃料量算出部13により、燃料ガス供給量Q1が増加されると共にボイルオフガス供給量Q2が低減されることで、供給比率Rが低減される。その後、上記S17の処理に移行される。その後、ECU10は、図6の処理を終了する。また、ECU10は、S14において、天然ガスエンジン30の運転状態が低負荷運転状態であると判定される場合、上記S18の処理が行われ、その後、上記S17の処理に移行される。その後、ECU10は、図6の処理を終了する。 Meanwhile, ECU 10, at S13, and the pressure of the boil-off gas G B detected by the tank pressure sensor 4 is below a predetermined pressure threshold, less remaining amount of boil-off gas G B (no second tank remaining amount) judgment In this case, in S18, the fuel amount calculation unit 13 increases the fuel gas supply amount Q1 and reduces the boil-off gas supply amount Q2, thereby reducing the supply ratio R. Thereafter, the process proceeds to the process of S17. Thereafter, the ECU 10 ends the processing of FIG. When the ECU 10 determines in S14 that the operation state of the natural gas engine 30 is the low-load operation state, the ECU 10 performs the processing of S18, and then shifts to the processing of S17. Thereafter, the ECU 10 ends the processing of FIG.

図7は、ECU10の点火時期制御処理を示すフローチャートである。図7の処理は、例えば図6の処理の後に行われる。図7に示されるように、ECU10は、S21において、点火時期算出部14により、MBT点火時期の算出を行う。点火時期算出部14は、エンジン回転数及び吸気負荷率に基づいて、MBT点火時期を算出する。ECU10は、S22において、点火時期算出部14により、基準点火時期の算出を行う。点火時期算出部14は、エンジン回転数及び吸気負荷率に基づいて、基準点火時期を算出する。   FIG. 7 is a flowchart showing the ignition timing control processing of the ECU 10. The processing in FIG. 7 is performed, for example, after the processing in FIG. As shown in FIG. 7, in S21, the ignition timing calculation unit 14 calculates the MBT ignition timing in S21. The ignition timing calculation unit 14 calculates the MBT ignition timing based on the engine speed and the intake load factor. In S22, the ECU 10 causes the ignition timing calculation unit 14 to calculate a reference ignition timing. The ignition timing calculator 14 calculates a reference ignition timing based on the engine speed and the intake load factor.

ECU10は、S23において、点火時期算出部14により、第2タンク残量があるか否かの判定を行う。点火時期算出部14は、図6のS13の判定結果に基づいて、第2タンク残量ありか否かを判定してもよい。   In S23, the ECU 10 uses the ignition timing calculation unit 14 to determine whether or not there is a second tank remaining amount. The ignition timing calculation unit 14 may determine whether or not there is the remaining amount of the second tank based on the determination result of S13 in FIG.

ECU10は、S23において、第2タンク残量ありと判定される場合、S24において、点火時期算出部14により、天然ガスエンジン30の運転状態が高負荷運転状態であるか否かの判定を行う。点火時期算出部14は、図6のS14の判定結果に基づいて、高負荷運転状態か否かを判定してもよい。   If it is determined in S23 that there is a second tank remaining amount, the ECU 10 causes the ignition timing calculation unit 14 to determine whether or not the operation state of the natural gas engine 30 is a high load operation state in S24. The ignition timing calculation unit 14 may determine whether or not the vehicle is in the high-load operation state based on the determination result in S14 of FIG.

ECU10は、S24において、天然ガスエンジン30の運転状態が高負荷運転状態であると判定される場合、S25において、点火時期算出部14により、進角余裕があるか否かの判定を行う。点火時期算出部14は、例えば、ノッキング認識部12でノッキングが認識されていない場合、進角する余裕があると判定する。また、点火時期算出部14は、ノッキング認識部12でノッキングが認識された場合であって、図6で燃料量算出部13によって供給比率Rが増加されたとき(ノック限界が進角側に移動したとき)に、進角する余裕があると判定する。また、点火時期算出部14は、下記のS26の処理で進角量ΔSAを増加させた点火時期がMBT点火時期よりも進角側とはならない場合、進角する余裕があると判定する。   When it is determined in S24 that the operation state of the natural gas engine 30 is in the high-load operation state in S24, in S25, the ignition timing calculation unit 14 determines whether there is a lead angle margin. For example, when the knocking recognition unit 12 does not recognize knocking, the ignition timing calculation unit 14 determines that there is room to advance. Further, the ignition timing calculation unit 14 is a case where the knocking is recognized by the knocking recognition unit 12, and when the supply ratio R is increased by the fuel amount calculation unit 13 in FIG. 6 (the knock limit moves to the advance side). ), It is determined that there is room to advance. In addition, the ignition timing calculation unit 14 determines that there is room to advance when the ignition timing in which the advance amount ΔSA has been increased in the process of S26 described below is not on the advance side of the MBT ignition timing.

ECU10は、S25において進角余裕ありと判定された場合、S26において、点火時期算出部14により、進角量ΔSAが増加される。ECU10は、S27において、点火制御部16により、点火時期算出部14で算出された進角量ΔSAに応じた点火時期で天然ガスエンジン30への点火を行うように、点火部6が制御される。その後、ECU10は、図7の処理を終了する。   If it is determined in S25 that there is an advance margin, the ECU 10 increases the advance amount ΔSA by the ignition timing calculation unit 14 in S26. In S27, the ignition unit 6 is controlled by the ignition control unit 16 so as to ignite the natural gas engine 30 at an ignition timing corresponding to the advance amount ΔSA calculated by the ignition timing calculation unit 14 in S27. . Thereafter, the ECU 10 ends the processing of FIG.

一方、ECU10では、S25において進角余裕なしと判定された場合、点火時期算出部14により、S26の進角量ΔSAの増加が行われず、進角量ΔSAの増加が制限される。   On the other hand, if it is determined in S25 that there is no advance margin, the ECU 10 does not increase the advance amount ΔSA in S26 and limits the increase in the advance amount ΔSA in S26.

他方、ECU10は、S23において、第2タンク残量なしと判定される場合、S28において、点火時期算出部14により、進角量ΔSAが低減される。その後、上記S27の処理に移行される。その後、ECU10は、図7の処理を終了する。また、ECU10は、S24において、天然ガスエンジン30の運転状態が低負荷運転状態であると判定される場合、上記S28の処理が行われ、その後、上記S27の処理に移行される。その後、ECU10は、図7の処理を終了する。   On the other hand, when the ECU 10 determines in S23 that there is no second tank remaining amount, the ignition timing calculation unit 14 reduces the advance amount ΔSA in S28. After that, the processing shifts to the processing of S27. Thereafter, the ECU 10 ends the processing of FIG. When the ECU 10 determines in S24 that the operation state of the natural gas engine 30 is the low-load operation state, the ECU 10 performs the process of S28, and then proceeds to the process of S27. Thereafter, the ECU 10 ends the processing of FIG.

[第1実施形態の作用及び効果]
以上説明したように、天然ガスエンジンの制御装置100では、ノッキング認識部12でノッキングが認識された場合、燃料量算出部13により、基準点火時期からの進角量(ノック発生進角量)に応じて、燃料ガスGに対するボイルオフガスGの供給比率Rが当該ノッキングの認識前と比べて増加される。よって、耐ノック性の向上によりノッキングの発生を抑制できる蓋然性が高い状況において、ボイルオフガスGの供給比率Rが増加されることとなる。その結果、例えばノッキングを全く発生させないような量のボイルオフガスGを予め供給する場合と比較して、耐ノック性の向上のためのボイルオフガスGを効率的に供給することができる。
[Operation and Effect of First Embodiment]
As described above, in the control device 100 of the natural gas engine, when knocking is recognized by the knocking recognition unit 12, the fuel amount calculation unit 13 calculates the advance amount from the reference ignition timing (knock generation advance amount). in response, supply ratio R of BOG G B relative to the fuel gas G F is increased compared with the previous recognition of the knocking. Therefore, the probability is high availability that can suppress the occurrence of knocking by improving the anti-knocking performance, so that the supply ratio R of the boil-off gas G B is increased. As a result, it is possible to supply, for example, compared with the case of pre-feeding BOG G B amounts so as not to completely knocking, the boil-off gas G B for knock resistance improving efficiently.

天然ガスエンジンの制御装置100では、点火時期算出部14は、ノッキング認識部12でノッキングが認識されていない場合、及び、ノッキング認識部12によるノッキングの認識に応じて燃料量算出部13により供給比率Rが増加された場合、進角量ΔSAを増加させる。これにより、ノッキング認識部12によるノッキングの認識結果を利用して、ノッキングが認識されない場合だけでなく、ノッキングが認識されたとしても耐ノック性を向上させることで、点火時期を進角させることが可能となる。   In the control device 100 of the natural gas engine, the ignition timing calculation unit 14 determines whether the knocking is not recognized by the knocking recognition unit 12 and the supply ratio by the fuel amount calculation unit 13 in accordance with the recognition of knocking by the knocking recognition unit 12. When R is increased, the advance angle amount ΔSA is increased. This makes it possible to advance the ignition timing not only when knocking is not recognized but also by improving knock resistance even if knocking is recognized, using the knocking recognition result by the knocking recognition unit 12. It becomes possible.

天然ガスエンジンの制御装置100では、燃料量算出部13は、天然ガスエンジン30の負荷が所定の負荷閾値以上の高負荷運転状態においてノッキング認識部12でノッキングが認識された場合、供給比率Rを当該ノッキングの認識前と比べて増加させ、天然ガスエンジン30の負荷が上記負荷閾値未満の低負荷運転状態において、供給比率Rを低減させる。これにより、高負荷運転状態と比べてノッキングが発生する可能性が低い低負荷運転状態において、ボイルオフガスGの供給量を低減させることができる。 In the control device 100 of the natural gas engine, the fuel amount calculation unit 13 determines the supply ratio R when the knocking recognition unit 12 recognizes the knocking in the high load operation state where the load of the natural gas engine 30 is equal to or more than the predetermined load threshold. The supply ratio R is reduced in a low-load operation state in which the load on the natural gas engine 30 is less than the load threshold, by increasing the knocking as compared to before the knocking is recognized. Thus, in the low load operating condition is less likely to knock than the high-load operation state occurs, it is possible to reduce the supply amount of boil-off gas G B.

なお、点火時期算出部14は、進角量ΔSAを一定の時間変化量で増加させ、ボイルオフガス供給量Q2の増加勾配(傾き)は、進角量ΔSAの増加に従って大きくなるように設定されている。これにより、進角量ΔSAが徐々に増加するのに従って、進角量ΔSAでのノッキング感度に応じた供給比率RでボイルオフガスGが供給されるため、ボイルオフガス供給量Q2の増加を抑えつつ耐ノック性を向上することができる。よって、ボイルオフガス供給量Q2の増加を抑えつつ、例えば点火時期がMBT点火時期となるまで進角量ΔSAを増加させることができる。その結果、第2タンク22の大型化及び製造コスト増加を抑制でき、第2タンク22の搭載性を向上させることができる。また、天然ガスの産出地の相違により液体燃料Lの性状がばらついたとしても、進角量ΔSAの増加におけるロバスト性を向上させることができる。 The ignition timing calculation unit 14 is configured to increase the advance amount ΔSA by a constant time change amount, and set the increasing gradient (slope) of the boil-off gas supply amount Q2 to increase as the advance amount ΔSA increases. I have. Thus, as the advance amount [Delta] SA increases gradually, because the boil-off gas G B is supplied at a feed ratio R in accordance with the knock sensitivity in advance amount [Delta] SA, while suppressing an increase in the boil-off gas supply amount Q2 Knock resistance can be improved. Therefore, the advance amount ΔSA can be increased, for example, until the ignition timing reaches the MBT ignition timing, while suppressing an increase in the boil-off gas supply amount Q2. As a result, an increase in the size of the second tank 22 and an increase in manufacturing cost can be suppressed, and the mountability of the second tank 22 can be improved. Further, even if the properties of the liquid fuel L vary due to the difference in the natural gas producing area, the robustness in increasing the advance angle ΔSA can be improved.

[第2実施形態]
次に、天然ガスエンジンの制御装置100の他の形態について、図8〜図10を参照しつつ説明する。第2実施形態の天然ガスエンジンの制御装置100Aは、天然ガスエンジン30に筒内圧力センサ5が設けられている点、及び、一部の機能的構成が異なるECU10Aを備えている点で、第1実施形態と異なっており、その他の構成は、第1実施形態の天然ガスエンジンの制御装置100と同様に構成されている。
[Second embodiment]
Next, another embodiment of the control device 100 for a natural gas engine will be described with reference to FIGS. The control device 100A of the natural gas engine of the second embodiment is different from the natural gas engine 30 in that the in-cylinder pressure sensor 5 is provided in the natural gas engine 30 and the ECU 10A having a partially different functional configuration is provided. The configuration is different from that of the first embodiment, and the other configuration is the same as that of the control device 100 of the natural gas engine of the first embodiment.

図8に示されるように、筒内圧力センサ5は、天然ガスエンジン30の燃焼室の圧力を筒内圧力として検出する検出器である。筒内圧力センサ5は、天然ガスエンジン30の燃焼室付近(例えばシリンダブロック31a又はシリンダヘッド31b)に設けられている。筒内圧力センサ5は、検出した筒内圧力の検出信号をECU10Aに出力する。   As shown in FIG. 8, the in-cylinder pressure sensor 5 is a detector that detects the pressure of the combustion chamber of the natural gas engine 30 as the in-cylinder pressure. The in-cylinder pressure sensor 5 is provided near the combustion chamber of the natural gas engine 30 (for example, the cylinder block 31a or the cylinder head 31b). The in-cylinder pressure sensor 5 outputs a detection signal of the detected in-cylinder pressure to the ECU 10A.

図9に示されるように、ECU10Aは、点火時期算出部14に代えて、点火時期算出部14Aを備えている。点火時期算出部14Aは、マップデータに基づいてMBT点火時期を算出することに代えて、筒内圧力センサ5の検出結果に基づいて、出力トルクが最大となる点火時期を認識する点で、点火時期算出部14と異なっている。   As shown in FIG. 9, the ECU 10A includes an ignition timing calculation unit 14A instead of the ignition timing calculation unit 14. Instead of calculating the MBT ignition timing based on the map data, the ignition timing calculation unit 14A differs from the ignition timing in that the ignition timing at which the output torque becomes maximum is recognized based on the detection result of the in-cylinder pressure sensor 5. This is different from the timing calculation unit 14.

点火時期算出部14Aは、筒内圧力センサ5により検出された筒内圧力に基づいて、出力トルクを検出すると共に出力トルクを記憶する。点火時期算出部14Aは、例えば、点火制御部16により点火部6が制御されて天然ガスエンジン30への点火が行われるたびに、筒内圧力センサ5により検出されている筒内圧力を出力トルクに換算すると共に記憶する。点火時期算出部14Aは、例えば、筒内圧力センサ5により検出された筒内圧力を出力トルクに換算すると共に、当該検出の際の天然ガスエンジン30の負荷条件及び燃料条件と関連付けて記憶する。   The ignition timing calculation unit 14A detects an output torque based on the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 5 and stores the output torque. The ignition timing calculating unit 14A outputs the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 5 to the output torque every time the ignition unit 6 is controlled by the ignition control unit 16 and the natural gas engine 30 is ignited, for example. And store it. The ignition timing calculator 14A converts, for example, the in-cylinder pressure detected by the in-cylinder pressure sensor 5 into an output torque, and stores the output torque in association with the load condition and the fuel condition of the natural gas engine 30 at the time of the detection.

点火時期算出部14Aは、ある負荷条件及び燃料条件で進角量ΔSAを増加していく過程において、当該負荷条件及び燃料条件と関連付けて記憶した複数の出力トルクが増加傾向から減少傾向に転じた場合、出力トルクが増加傾向を示す最大の進角量ΔSAで出力トルクが最大となったと認識する。   In the process of increasing the advance amount ΔSA under a certain load condition and fuel condition, the ignition timing calculation unit 14A has turned from the increasing trend to the decreasing trend in the plurality of output torques stored in association with the load condition and the fuel condition. In this case, it is recognized that the output torque has become the maximum at the maximum amount of advance ΔSA at which the output torque tends to increase.

つまり、点火時期算出部14Aは、上記進角量ΔSAを増加していく過程において、記憶した複数の出力トルクが増加傾向から減少傾向に転じた場合、進角する余裕がないとして、進角量ΔSAの増加を行わず、出力トルクが最大となった進角量で進角量ΔSAの増加を制限する。一方、点火時期算出部14Aは、上記進角量ΔSAを増加していく過程において、記憶した複数の出力トルクが増加傾向となっている場合、進角する余裕があるとして、進角量ΔSAを増加させる。   That is, in the process of increasing the advance amount ΔSA, the ignition timing calculation unit 14A determines that there is no room for advance when the plurality of stored output torques change from an increasing tendency to a decreasing tendency, and determines that there is no room for advance. The increase of the advance angle ΔSA is limited by the advance amount at which the output torque is maximized without increasing ΔSA. On the other hand, in the process of increasing the advance amount ΔSA, the ignition timing calculation unit 14A determines that there is room to advance when the plurality of stored output torques are increasing, and determines the advance amount ΔSA. increase.

次に、第2実施形態の天然ガスエンジンの制御装置100Aの点火時期制御処理の一例について、図10を参照して説明する。なお、点火時期算出部14A以外の処理は、図6及び図7の処理と同様に行われる。   Next, an example of the ignition timing control process of the control device 100A of the natural gas engine of the second embodiment will be described with reference to FIG. Processing other than the ignition timing calculation unit 14A is performed in the same manner as the processing in FIGS.

図10は、ECU10Aの点火時期制御処理を示すフローチャートである。図10の処理は、例えば図6の処理の後に行われる。図10に示されるように、ECU10Aは、S31において、点火時期算出部14Aにより、出力トルクの検出及び記憶を行う。点火時期算出部14Aは、筒内圧力センサ5の検出結果に基づいて出力トルクを検出し、点火時期算出部14Aは、筒内圧力センサ5により検出された出力トルクを、当該検出の際の天然ガスエンジン30の負荷条件及び燃料条件と関連付けて記憶する。   FIG. 10 is a flowchart showing the ignition timing control processing of the ECU 10A. The processing in FIG. 10 is performed, for example, after the processing in FIG. As shown in FIG. 10, in S31, the ECU 10A detects and stores the output torque by the ignition timing calculation unit 14A. The ignition timing calculation unit 14A detects the output torque based on the detection result of the in-cylinder pressure sensor 5, and the ignition timing calculation unit 14A converts the output torque detected by the in-cylinder pressure sensor 5 into a natural value at the time of the detection. The load condition and the fuel condition of the gas engine 30 are stored in association with each other.

ECU10Aは、S32において、S22と同様にして、点火時期算出部14Aにより、基準点火時期の算出を行う。ECU10Aは、S33において、S23と同様にして、点火時期算出部14Aにより、第2タンク残量があるか否かの判定を行う。ECU10Aは、S34において、S24と同様にして、点火時期算出部14Aにより、天然ガスエンジン30の運転状態が高負荷運転状態であるか否かの判定を行う。   In S32, the ignition timing calculation unit 14A calculates the reference ignition timing in S32 in the same manner as in S22. In S33, the ECU 10A uses the ignition timing calculation unit 14A to determine whether or not there is a second tank remaining amount, as in S23. In S34, similarly to S24, the ECU 10A determines whether the operating state of the natural gas engine 30 is the high load operating state by the ignition timing calculating unit 14A.

ECU10Aは、S34において、天然ガスエンジン30の運転状態が高負荷運転状態であると判定される場合、S35において、点火時期算出部14Aにより、進角余裕があるか否かの判定を行う。点火時期算出部14Aは、記憶した複数の出力トルクが増加傾向となっている場合、進角する余裕があると判定する。点火時期算出部14Aは、S25において点火時期算出部14が進角する余裕があると判定する場合に、進角する余裕があると判定してもよい。   When it is determined in S34 that the operation state of the natural gas engine 30 is in the high-load operation state in S34, the ECU 10A determines in S35 whether or not the ignition timing calculation unit 14A has an advance margin. If a plurality of stored output torques are increasing, the ignition timing calculation unit 14A determines that there is room to advance. If the ignition timing calculation unit 14 determines in S25 that there is room to advance, the ignition timing calculation unit 14A may determine that there is room to advance.

ECU10Aは、S35において進角余裕ありと判定された場合、S36において、S26と同様にして、点火時期算出部14により、進角量ΔSAが増加される。ECU10Aは、S37において、S27と同様にして、点火制御部16により、進角量ΔSAに応じて点火部6が制御される。その後、ECU10Aは、図10の処理を終了する。   When it is determined in S35 that there is an advance margin, the ECU 10A increases the advance amount ΔSA by the ignition timing calculation unit 14 in S36 in the same manner as in S26. In S37, in S37, the ignition control unit 16 controls the ignition unit 6 according to the advance amount ΔSA in S37 in the same manner as in S27. Thereafter, the ECU 10A ends the processing of FIG.

一方、ECU10Aでは、S35において、記憶した複数の出力トルクが増加傾向から減少傾向に転じること等で進角余裕なしと判定された場合、点火時期算出部14Aにより、S26の進角量ΔSAの増加が行われず、出力トルクが最大となった進角量で進角量ΔSAの増加が制限される。   On the other hand, in the ECU 10A, if it is determined in S35 that the plurality of stored output torques have changed from the increasing trend to the decreasing trend, and so on, there is no advance margin, the ignition timing calculation unit 14A increases the advance amount ΔSA in S26. Is not performed, and the increase of the advance amount ΔSA is limited by the advance amount at which the output torque is maximized.

他方、ECU10Aは、S33において第2タンク残量なしと判定される場合、あるいはS34において天然ガスエンジン30の運転状態が低負荷運転状態であると判定される場合、S38において、S28と同様にして、点火時期算出部14Aにより、進角量ΔSAが低減される。その後、上記S37の処理に移行される。その後、ECU10Aは、図10の処理を終了する。   On the other hand, when it is determined in S33 that there is no second tank remaining amount, or when it is determined in S34 that the operation state of the natural gas engine 30 is the low load operation state, the ECU 10A proceeds to S38 in the same manner as S28. The ignition timing calculation unit 14A reduces the advance amount ΔSA. After that, the processing shifts to the processing of S37. Thereafter, the ECU 10A ends the processing of FIG.

[第2実施形態の作用及び効果]
天然ガスエンジンの制御装置100Aによれば、天然ガスエンジンの制御装置100と同様の作用効果が奏される。また、天然ガスエンジンの制御装置100Aによれば、筒内圧力センサ5により検出された出力トルクに応じて進角する余裕があるか否かを判定するため、例えばMBT点火時期を予めマップデータとして設定することを省くことができる。
[Operation and Effect of Second Embodiment]
According to the control device 100A for the natural gas engine, the same operation and effect as those of the control device 100 for the natural gas engine are achieved. Further, according to the control device 100A of the natural gas engine, in order to determine whether there is room to advance according to the output torque detected by the in-cylinder pressure sensor 5, for example, the MBT ignition timing is set as map data in advance. Setting can be omitted.

[変形例]
以上、本発明に係る実施形態について説明したが、本発明は、上述した各実施形態に限られるものではない。
[Modification]
As described above, the embodiments according to the present invention have been described, but the present invention is not limited to the above embodiments.

上記実施形態では、ノックセンサとして、例えばエンジン本体31のシリンダブロック31aに取り付けられて、シリンダブロック31aの振動を検出するノックセンサ3を例示したが、これに限定されない。天然ガスエンジン30の異常燃焼(ノッキング)を検出可能なノックセンサであればよく、例えば、燃焼室31cのイオン電流を検知することでノッキングを検出可能なノックセンサ、及び、燃焼室31cの筒内圧を検知することでノッキングを検出可能なノックセンサなどを用いることができる。この場合、ノック発生進角量は、当該ノッキングが認識された気筒での直近の点火についての基準点火時期からの進角量であってもよい。   In the above-described embodiment, as the knock sensor, for example, the knock sensor 3 that is attached to the cylinder block 31a of the engine body 31 and detects the vibration of the cylinder block 31a is exemplified, but is not limited thereto. Any knock sensor capable of detecting abnormal combustion (knocking) of the natural gas engine 30 may be used. For example, a knock sensor capable of detecting knocking by detecting an ion current in the combustion chamber 31c, and a cylinder pressure of the combustion chamber 31c For example, a knock sensor that can detect knocking by detecting the knock can be used. In this case, the knocking advance amount may be the advance amount from the reference ignition timing for the latest ignition in the cylinder in which the knocking is recognized.

上記実施形態では、点火部6として点火コイル及び点火プラグを例示したが、例えば、軽油を着火油として用いるDDF[Diesel Dual Fuel]方式の点火部6であってもよい。また、燃焼室31cは単室として図示されていたが、燃焼用の主室と着火用の副室に分かれていてもよい。   In the above embodiment, the ignition coil and the ignition plug are illustrated as the ignition unit 6, but for example, a DDF (Diesel Dual Fuel) type ignition unit 6 using light oil as ignition oil may be used. Further, although the combustion chamber 31c is illustrated as a single chamber, it may be divided into a main chamber for combustion and a sub-chamber for ignition.

上記実施形態では、燃料ガスGの供給量を調整する第1電磁弁7及びボイルオフガスGの供給量を調整する第2電磁弁8を例示したが、電磁弁に代えてインジェクタを用いてもよい。 In the above embodiment has illustrated a second solenoid valve 8 for adjusting the supply amount of the first electromagnetic valve 7 and the boil-off gas G B to adjust the supply amount of the fuel gas G F, by use of the injector in place of the solenoid valve Is also good.

上記実施形態において、図4,図5で示した動作例では、進角量ΔSAが増加されながらノッキング認識部12によりノッキングが認識された場合に、燃料量算出部13が供給比率Rを増加させたが、例えば、進角量ΔSAが増加されずに維持されながらノッキング認識部12によりノッキングが認識された場合に、燃料量算出部13が供給比率Rを増加させてもよい。   In the above-described embodiment, in the operation examples shown in FIGS. 4 and 5, when knocking is recognized by the knocking recognition unit 12 while the advance amount ΔSA is increased, the fuel amount calculation unit 13 increases the supply ratio R. However, for example, when knocking is recognized by the knocking recognition unit 12 while the advance amount ΔSA is maintained without being increased, the fuel amount calculation unit 13 may increase the supply ratio R.

上記実施形態では、天然ガスエンジン30の負荷が高負荷運転状態か低負荷運転状態かに応じて、燃料量算出部13及び点火時期算出部14,14Aの処理を変更したが、必ずしも処理を変更しなくてもよい。例えば、燃料量算出部13及び点火時期算出部14,14Aでは、図6のS14,図7のS24,図10のS34の処理が省略されてもよい。   In the above embodiment, the processing of the fuel amount calculation unit 13 and the ignition timing calculation units 14 and 14A is changed according to whether the load of the natural gas engine 30 is in the high load operation state or the low load operation state. You don't have to. For example, in the fuel amount calculation unit 13 and the ignition timing calculation units 14 and 14A, the processing of S14 of FIG. 6, S24 of FIG. 7, and S34 of FIG. 10 may be omitted.

上記実施形態では、天然ガスエンジンの制御装置100は、船舶Vに搭載されていたが、これに限定されるものではなく、その他、車両等を含む移動体に搭載されていてもよい。また、天然ガスエンジンの制御装置100は、必ずしも移動体に搭載されていなくてもよい。   In the above-described embodiment, the control device 100 for the natural gas engine is mounted on the ship V. However, the present invention is not limited to this. The control device 100 may be mounted on a moving object including a vehicle. In addition, the control device 100 of the natural gas engine does not necessarily have to be mounted on the moving body.

上記実施形態では、基準点火時期と等しい点火時期を進角量の基準としていたが、基準点火時期から所定量だけ遅角させた点火時期を進角量の基準としてもよい。また、上記第1実施形態では、MBT点火時期と等しい点火時期を実質的な進角量の上限としていたが、基準点火時期から所定量だけ進角させた点火時期を実質的な進角量の上限として、MBT点火時期の算出を省略してもよい。   In the above embodiment, the ignition timing equal to the reference ignition timing is used as the reference for the advance amount. However, the ignition timing delayed by a predetermined amount from the reference ignition timing may be used as the reference for the advance amount. In the first embodiment, the ignition timing equal to the MBT ignition timing is set as the upper limit of the substantial advance amount. However, the ignition timing advanced by a predetermined amount from the reference ignition timing is set to the substantial advance amount. As an upper limit, the calculation of the MBT ignition timing may be omitted.

上記実施形態では、「点火時期」を、ピストン32の上死点を基準(0°)として遅角側を正値とするクランク角度値(単位:°[degree],ATDC)で表し、「進角量」を、基準となる点火時期から進角させるクランク角度の絶対値(単位:°)表すものとしたが、これに限定されない。「進角量」は、絶対値ではなく、遅角側を正値とするクランク角度値で表されてもよい。「点火時期」は、ピストン32の上死点を基準(0°)として進角側を正値とするクランク角度値であってもよい。   In the above embodiment, the “ignition timing” is represented by a crank angle value (unit: ° [degree], ATDC) having a positive value on the retard side with reference to the top dead center of the piston 32 (0 °). Although the “angle amount” represents the absolute value (unit: °) of the crank angle advanced from the reference ignition timing, it is not limited to this. The “advance angle amount” may be represented by a crank angle value having a positive value on the retard side instead of an absolute value. The “ignition timing” may be a crank angle value having a positive value on the advanced side with respect to the top dead center of the piston 32 (0 °).

3…ノックセンサ、12…ノッキング認識部、13…燃料量算出部、14,14A…点火時期算出部、21…第1タンク、22…第2タンク、30…天然ガスエンジン(エンジン)、100,100A…天然ガスエンジンの制御装置、G…ボイルオフガス、G…燃料ガス、L…液体燃料(液化天然ガス)、R…供給比率、ΔSA…進角量。 3 knock sensor, 12 knock recognition unit, 13 fuel amount calculation unit, 14 and 14A ignition timing calculation unit, 21 first tank, 22 second tank, 30 natural gas engine (engine), 100, 100A ... controller of natural gas engines, G B ... BOG, G F ... fuel gas, L ... liquid fuel (liquefied natural gas), R ... supply ratio, [Delta] SA ... advance amount.

Claims (3)

天然ガスを燃料とするエンジンの点火時期及び燃料供給を制御する天然ガスエンジンの制御装置であって、
液化天然ガスを貯蔵する第1タンクと、
前記第1タンクの前記液化天然ガスが自然気化して発生したボイルオフガスを貯蔵する第2タンクと、
前記エンジンに設けられたノックセンサの検出結果に基づいて、前記エンジンのノッキングを認識するノッキング認識部と、
前記エンジンの回転数及び前記エンジンの負荷に基づいて、前記点火時期の進角量の基準となる基準点火時期を算出する点火時期算出部と、
前記エンジンの回転数、前記エンジンの負荷、及び前記ノッキング認識部の認識結果に基づいて、前記第1タンクの前記液化天然ガスを気化させて生成した燃料ガスの前記エンジンへの供給量、及び、前記第2タンクの前記ボイルオフガスの前記エンジンへの供給量を算出する燃料量算出部と、を備え、
前記燃料量算出部は、前記ノッキング認識部でノッキングが認識された場合、前記基準点火時期からの前記進角量に応じて、前記燃料ガスに対する前記ボイルオフガスの供給比率を当該ノッキングの認識前と比べて増加させる、天然ガスエンジンの制御装置。
A control device for a natural gas engine that controls ignition timing and fuel supply of an engine using natural gas as a fuel,
A first tank for storing liquefied natural gas,
A second tank for storing boil-off gas generated by natural vaporization of the liquefied natural gas in the first tank;
A knocking recognition unit that recognizes knocking of the engine based on a detection result of a knock sensor provided in the engine;
An ignition timing calculation unit that calculates a reference ignition timing that is a reference for the advance amount of the ignition timing based on the engine speed and the load of the engine;
A rotation amount of the engine, a load on the engine, and a supply amount of the fuel gas generated by vaporizing the liquefied natural gas in the first tank to the engine based on a recognition result of the knocking recognition unit; and A fuel amount calculation unit that calculates a supply amount of the boil-off gas of the second tank to the engine.
When knocking is recognized by the knocking recognition unit, the fuel amount calculation unit sets a supply ratio of the boil-off gas to the fuel gas according to the advance amount from the reference ignition timing before the knocking is recognized. A control device for a natural gas engine that increases compared to that of a natural gas engine.
前記点火時期算出部は、前記ノッキング認識部でノッキングが認識されていない場合、及び、前記ノッキング認識部によるノッキングの認識に応じて前記燃料量算出部により前記供給比率が増加された場合、前記進角量を増加させる、請求項1記載の天然ガスエンジンの制御装置。   The ignition timing calculation unit is configured to determine whether or not the knocking is recognized by the knocking recognition unit, and when the supply ratio is increased by the fuel amount calculation unit in response to the recognition of knocking by the knocking recognition unit. The control device for a natural gas engine according to claim 1, wherein the angle amount is increased. 前記燃料量算出部は、
前記エンジンの負荷が所定の負荷閾値以上の高負荷運転状態において前記ノッキング認識部でノッキングが認識された場合、当該ノッキングの認識前と比べて前記供給比率を増加させ、
前記エンジンの負荷が前記負荷閾値未満の低負荷運転状態において、前記供給比率を低減させる、請求項1又は2記載の天然ガスエンジンの制御装置。
The fuel amount calculation unit,
When knocking is recognized by the knocking recognition unit in a high load operation state in which the load of the engine is equal to or more than a predetermined load threshold, the supply ratio is increased compared to before the recognition of the knocking,
3. The natural gas engine control device according to claim 1, wherein the supply ratio is reduced in a low-load operation state in which the load of the engine is less than the load threshold. 4.
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