JP2022098362A

JP2022098362A - エンジンシステム

Info

Publication number: JP2022098362A
Application number: JP2020211868A
Authority: JP
Inventors: 恭士小杉; Takashi Kosugi
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 2020-12-21
Filing date: 2020-12-21
Publication date: 2022-07-01

Abstract

【課題】簡易な方法でありながら、バイオガス燃料が供給されるエンジンを円滑に駆動できるエンジンシステムを提供すること。【解決手段】エンジンシステム１に、エンジン３と、制御部４とを備える。そして、制御部４に、バイオガス燃料の組成に応じた複数のエンジン駆動条件を予め記憶させ、エンジン３の回転数が予め設定された閾値を超えなかった場合、複数のエンジン駆動条件を順次用いてエンジンの駆動を試みさせる。【選択図】図１

Description

本発明は、エンジンシステムに関する。

従来、天然ガスなどの気体燃料により駆動する気体燃料エンジンが知られている。

そのような気体燃料エンジンの制御方法として、例えば、気体燃料をフィードバック制御によりエンジンに供給し、エンジンの始動時に燃焼不良が生じる場合には、フィードバック制御における各種条件を演算により修正することが提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０００－１７０５８１号公報

しかるに、近年、気体燃料としてバイオガス燃料を利用することが検討されている。バイオガス燃料は、通常、有機性廃棄物のメタン発酵により発生するものであって、バイオガス燃料の組成は、メタン発酵の環境に応じて大きく異なる。

そのため、特許文献１に記載の気体燃料エンジンの制御方法では、バイオガス燃料を用いて、エンジンの始動時に燃焼不良が生じた場合、フィードバック制御における各種条件を演算により修正することは煩雑かつ困難である。

そこで、本発明は、簡易な方法でありながら、バイオガス燃料が供給されるエンジンを円滑に駆動できるエンジンシステムを提供する。

本発明［１］は、メタンを含むバイオガス燃料が供給されるエンジンと、前記エンジンの駆動を制御可能な制御部であって、前記バイオガス燃料の組成に応じた複数のエンジン駆動条件を予め記憶する制御部と、を備え、前記制御部は、前記複数のエンジン駆動条件のうち、一のエンジン駆動条件で、前記エンジンの駆動を試み、前記エンジンの回転数が予め設定された閾値を超えなかった場合、前記複数のエンジン駆動条件のうち、前回のエンジン駆動条件とは異なるエンジン駆動条件で、前記エンジンの駆動を試みる、エンジンシステムを含む。

本発明［２］は、前記複数のエンジン駆動条件は、前記バイオガス燃料におけるメタン含有割合に対応しており、前記制御部は、前記複数のエンジン駆動条件のうち、前記バイオガス燃料におけるメタン含有割合が高い順で、前記エンジンの駆動を試みる、上記［１］に記載のエンジンシステムを含む。

本発明のエンジンシステムによれば、制御部は、バイオガス燃料の組成に応じた複数のエンジン駆動条件を予め記憶している。そして、制御部は、エンジンの回転数が予め設定された閾値を超えなかった場合、複数のエンジン駆動条件を順次用いてエンジンの駆動を試みる。そのため、エンジン駆動条件を演算により算出する必要がなく、バイオガス燃料が供給されるエンジンを円滑に駆動できる。

図１は、本発明のエンジンシステムの一実施形態を示す概略構成図である。図２は、図１に示すエンジンシステムの制御のフローチャートを示す。

＜エンジンシステム＞
図１を用いて、本発明のエンジンシステムの一実施形態を説明する。

図１に示すように、エンジンシステム１は、エンジン３と、供給ライン６と、バルブ７と、ステッピングモータ８と、スロットル９と、エンジン回転センサ５と、制御部４とを備える。

エンジン３として、例えば、公知のレシプロエンジンが挙げられる。エンジン３は、バイオガス燃料が供給されて駆動する。バイオガス燃料は、有機性廃棄物のメタン発酵により発生する。有機性廃棄物として、例えば、生物の排泄物、および、食品廃棄物が挙げられる。

バイオガス燃料は、メタンと、二酸化炭素とを含有する。バイオガス燃料におけるメタンの含有割合は、例えば、５０体積％以上８０体積％以下である。バイオガス燃料における二酸化炭素の含有割合は、例えば、２０体積％以上５０体積％以下である。

供給ライン６は、燃料供給ライン６１と、空気供給ライン６２と、インテークマニホールド６３とを有する。

燃料供給ライン６１は、エンジン３にガス燃料を供給するための配管である。燃料供給方向における燃料供給ライン６１の上流端部は、図示しないが、ガス燃料の貯蔵タンクに接続される。燃料供給方向における燃料供給ライン６１の下流端部は、インテークマニホールド６３に接続される。

空気供給ライン６２は、エンジン３に空気を供給するための配管である。空気供給方向における空気供給ライン６２の上流端部は、図示しないが、大気に開放される。空気供給方向における空気供給ライン６２の下流端部は、インテークマニホールド６３に接続される。

インテークマニホールド６３は、燃料供給ライン６１から供給されるガス燃料と空気供給ライン６２から供給される空気との混合気を、エンジン３に供給するための配管である。混合気供給方向におけるインテークマニホールド６３の上流端部には、燃料供給ライン６１および空気供給ライン６２が接続されている。混合気供給方向におけるインテークマニホールド６３の下流端部は、エンジン３に接続される。

バルブ７は、エンジン３に対するガス燃料の供給量を調整する。バルブ７は、燃料供給ライン６１に設けられ、燃料供給ライン６１を開閉可能である。

ステッピングモータ８は、所定の角度ずつ段階的に回転する。ステッピングモータ８は、バルブ７に接続されており、段階的に回転することにより、バルブ７を段階的に開閉する。

スロットル９は、回転数により、エンジン３に対する空気の供給量を調整する。スロットル９は、空気供給ライン６２に設けられる。

エンジン回転センサ５は、エンジン３に接続されており、エンジン３の回転数を検知可能である。エンジン回転センサ５は、公知のエンジン回転センサであって、検知形式は特に制限されない。

制御部４は、エンジン３の駆動を制御可能である。より詳しくは、制御部４は、バルブ７の開閉、スロットル９の回転数、および、エンジン３の点火タイミングを制御可能である。また、制御部４は、エンジン回転センサ５から検知結果を受信可能である。制御部４は、ステッピングモータ８と、スロットル９と、エンジン３と、エンジン回転センサ５とのそれぞれに電気的に接続される。

また、制御部４は、バイオガス燃料の組成に応じた複数のエンジン駆動条件を予め記憶している。本実施形態では、複数のエンジン駆動条件は、バイオガス燃料におけるメタン含有割合に対応している。例えば、複数のエンジン駆動条件は、バイオガス燃料におけるメタン含有割合が８０体積％である第１エンジン駆動条件と、バイオガス燃料におけるメタン含有割合が７０体積％である第２エンジン駆動条件と、バイオガス燃料におけるメタン含有割合が６０体積％である第３エンジン駆動条件と、バイオガス燃料におけるメタン含有割合が５０体積％である第４エンジン駆動条件とを含む。

また、各エンジン駆動条件には、バルブ７の開度に基づくバイオ燃料の供給量と、スロットル９に基づく空気の供給量と、エンジン３の点火タイミングとが含まれる。互いに異なるエンジン駆動条件では、バイオ燃料の供給量、空気の供給量および点火タイミングの少なくともいずれか１つが異なる。

＜エンジンシステムの動作＞
図２を参照して、本実施形態のエンジンシステム１における制御を説明する。

本実施形態におけるエンジンシステム１では、制御部４が、複数のエンジン駆動条件のうち、バイオガス燃料におけるメタン含有割合が高い順で、エンジン３の駆動を試みる。より具体的には、制御部４は、複数のエンジン駆動条件のうち、第１エンジン駆動条件でエンジン３の駆動を試みる（Ｓ１）。つまり、制御部４は、第１エンジン駆動条件に基づいて、スロットル９を回転させるとともに、ステッピングモータ８を所定のステップ回転させてバルブ７を開き、エンジン３を点火させる。

次いで、制御部４は、エンジン回転センサ５からの検知結果を受信し、エンジン３の回転数が予め設定された閾値未満であるか否かを判断する（Ｓ２）。

エンジン３の回転数が閾値を超えた場合（Ｓ２のＮｏ）、制御部４は、第１エンジン駆動条件でのエンジン３の駆動を維持する。

一方、エンジン３の回転数が閾値を超えなかった場合（Ｓ２のＹｅｓ）、制御部４は、複数のエンジン駆動条件のうち、第１エンジン駆動条件とは異なる第２エンジン駆動条件でエンジン３の駆動を試みる（Ｓ３）。そして、制御部４は、エンジン回転センサ５からの検知結果を受信し、エンジン３の回転数が予め設定された閾値未満であるか否かを判断する（Ｓ４）。

エンジン３の回転数が閾値を超えた場合（Ｓ４のＮｏ）、制御部４は、第２エンジン駆動条件でのエンジン３の駆動を維持する。

一方、エンジン３の回転数が閾値を超えなかった場合（Ｓ４のＹｅｓ）、制御部４は、第３エンジン駆動条件でエンジン３の駆動を試みる（Ｓ５）。そして、制御部４は、エンジン回転センサ５からの検知結果を受信し、エンジン３の回転数が予め設定された閾値未満であるか否かを判断する（Ｓ６）。

エンジン３の回転数が閾値を超えた場合（Ｓ６のＮｏ）、制御部４は、第３エンジン駆動条件でのエンジン３の駆動を維持する。

一方、エンジン３の回転数が閾値を超えなかった場合（Ｓ６のＹｅｓ）、制御部４は、第４エンジン駆動条件でエンジン３の駆動を試みる（Ｓ７）。そして、制御部４は、エンジン回転センサ５からの検知結果を受信し、エンジン３の回転数が予め設定された閾値未満であるか否かを判断する（Ｓ８）。

エンジン３の回転数が閾値を超えた場合（Ｓ８のＮｏ）、制御部４は、第４エンジン駆動条件でのエンジン３の駆動を維持する。

一方、エンジン３の回転数が閾値を超えなかった場合（Ｓ８のＹｅｓ）、制御部４は、適切なエンジン駆動条件がない旨、通知する（Ｓ９）。

＜作用効果＞
エンジンシステム１によれば、制御部４は、バイオガス燃料の組成に応じた複数のエンジン駆動条件を予め記憶している。そして、制御部４は、エンジン３の回転数が予め設定された閾値を超えなかった場合、複数のエンジン駆動条件を順次用いてエンジンの駆動を試みる。そのため、エンジン駆動条件を演算により算出する必要がなく、バイオガス燃料が供給されるエンジン３を円滑に駆動できる。

また、エンジンシステム１では、制御部４が、複数のエンジン駆動条件のうち、バイオガス燃料におけるメタン含有割合が高い順で、エンジン３の駆動を試みる。そのため、エンジン３を安定して最適なエンジン駆動条件で駆動することができる。

＜変形例＞
上記した実施形態では、制御部４が、複数のエンジン駆動条件のうち、バイオガス燃料におけるメタン含有割合が高い順で、エンジン３の駆動を試みるが、エンジン駆動条件の選択順序は、これに限定されない。

また、上記した実施形態では、制御部４が第１エンジン駆動条件でエンジン３の駆動を試みたときに、エンジン３の回転数が閾値を超えると（Ｓ２のＮｏ）、制御部４は、第１エンジン駆動条件でのエンジン３の駆動を維持するが、本発明はこれに限定されない。制御部４が第１エンジン駆動条件でエンジン３の駆動を試みたときに、エンジン３の回転数が閾値を超えた場合（Ｓ２のＮｏ）、エンジン３を停止して、再度、第１エンジン駆動条件でエンジン３の駆動を試みてもよい。これによって、エンジンシステム１の配管内などに残存する空気により、バイオガス燃料が希釈されて、エンジン３が、最適なエンジン駆動条件以外で駆動することを抑制できる。

これら変形例によっても、上記の実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

１エンジンシステム
３エンジン
４制御部

Claims

メタンを含むバイオガス燃料が供給されるエンジンと、
前記エンジンの駆動を制御可能な制御部であって、前記バイオガス燃料の組成に応じた複数のエンジン駆動条件を予め記憶する制御部と、を備え、
前記制御部は、
前記複数のエンジン駆動条件のうち、一のエンジン駆動条件で、前記エンジンの駆動を試み、
前記エンジンの回転数が予め設定された閾値を超えなかった場合、前記複数のエンジン駆動条件のうち、前回のエンジン駆動条件とは異なるエンジン駆動条件で、前記エンジンの駆動を試みる、エンジンシステム。
前記複数のエンジン駆動条件は、前記バイオガス燃料におけるメタン含有割合に対応しており、
前記制御部は、前記複数のエンジン駆動条件のうち、前記バイオガス燃料におけるメタン含有割合が高い順で、前記エンジンの駆動を試みる、請求項１に記載のエンジンシステム。