JP2023136490A - エンジン - Google Patents

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Abstract

Figure 2023136490000001
【課題】副室ガス圧力をより早く低減して良好な負荷応答性を確保することができるエンジンを提供する。
【解決手段】
ガスエンジン１は、各気筒１１の燃焼室として、燃料ガスを点火させて火炎を発生させる副室２１と、副室２１で発生した火炎を用いて燃料ガス及び空気の混合気を燃焼させる主室２０とを備えたエンジンであって、副室２１に燃料ガスを供給する副室主管３９と、主室２０にへと供給される空気を流通する給気通路３２と、副室主管３９から給気通路３２へと連通する連絡管４１と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、燃焼室として主室と副室とを備えたエンジンに関する。
従来、エンジンには、燃焼室として、燃料ガスを点火させて火炎を発生させる副室と、副室で発生した火炎を用いて燃料ガス及び空気の混合気を燃焼させる主室とを備えた副室式ガスエンジン等がある。
また、ガスエンジンには、例えば、特許文献１に開示されるように、給気管を流れる空気中に燃料流量制御バルブを介して導入される燃料ガスを混合し、この混合気をスロットルバルブにより流量調整して燃焼室に供給するものがある。このガスエンジンの統合制御方法では、検出されたエンジン状態と目標値となるエンジン状態との偏差に基づき燃料流量制御バルブの燃料ガス流量を設定する工程と、スロットルバルブの目標開度を設定するフィードバック制御を行う工程とを備える。これにより、高精度の空燃比制御を維持しながら負荷応答性の向上を図っている。
特開２００９－５７８７０号公報
特許文献１に開示されるような空燃比制御を副室式ガスエンジンに適用して、副室内の空燃比を制御することがある。例えば、副室へと燃料ガスを供給するチェック弁を設けた構成において、チェック弁よりも上流側の副室主管内のガス圧力を吸気マニホールド内の圧力（即ち、燃焼室内の圧力）に対して高くなるように制御することで、チェック弁から副室内に流入する燃料ガス量がストイキ状態になるように制御する。副室主管の目標ガス圧力は負荷率に依存して決定される適合値であり、副室主管内のガス圧力が目標ガス圧力に追従するように、副室主管よりも上流側の比例弁を用いてＰＩＤ制御する。
ところで、エンジンの負荷投入時は、主室への燃料ガス供給が急激に増大するため、副室内の空燃比もリッチ化する。副室内空燃比が可燃範囲を逸脱しないように、負荷投入時は、副室内のガス圧力（副室ガス圧力）を急速に下げるように制御するため、目標ガス圧力を下げることになり、比例弁を閉状態へと変位させることになる。このとき、従来技術では、比例弁を閉状態へと変位させた状態で副室主管内のガス圧力を低下させるには、副室主管内のガスを、チェック弁を介して副室内に流入させる必要があるので、副室ガス圧力を急速に下げることができない。また、副室ガス圧力がチェック弁のガス流量に律速されて十分に低下するまでに時間を要することで比例弁開度が全閉に至ると、その後、副室ガス圧力を増加させたい状況になったときに、比例弁が開状態になるまで応答遅れが生じる。上記の応答遅れの結果、副室内の空燃比を適切に制御できずに失火してしまい、負荷投入に失敗するおそれがある。
本発明は、副室ガス圧力をより早く低減して良好な負荷応答性を確保することができるエンジンを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明のエンジンは、燃焼室として、燃料ガスを点火させて火炎を発生させる副室と、前記副室で発生した火炎を用いて燃料ガス及び空気の混合気を燃焼させる主室とを備えたエンジンであって、前記副室に燃料ガスを供給する副室主管と、前記主室にへと供給される空気を流通する給気通路と、前記副室主管から前記給気通路へと連通する連絡管と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、副室ガス圧力をより早く低減して良好な負荷応答性を確保することができるエンジンを提供する。
本発明の実施形態に係るガスエンジンを示す模式図である。 本発明の実施形態に係るガスエンジンにおける各気筒を示す模式図である。 本発明の実施形態に係るガスエンジンの動作例を示すグラフである。
本発明のエンジンの実施形態に係るガスエンジン１について図面を参照して説明する。図１に示すように、ガスエンジン１は、エンジン本体２と、吸気機構３と、排気機構４と、制御装置５とを備えて構成されている。
先ず、エンジン本体２について説明する。エンジン本体２は、シリンダブロック１０に複数の気筒１１を備えて構成される。各気筒１１は、図２に示すように、シリンダ１３と、ピストン１４と、シリンダヘッド１５と、点火装置１６とから構成される。なお、本明細書では、各気筒１１への混合気の供給を「吸気」とし、混合気の元となる空気の供給を「給気」として区別している。
シリンダ１３は、例えば、シリンダブロック１０内に筒状に形成され、ピストン１４は、シリンダ１３内に摺動可能に収納される。シリンダヘッド１５は、シリンダ１３の上側に取り付けられ、シリンダ１３及びシリンダヘッド１５によって内側に燃焼室を形成している。
特に、シリンダ１３内には、ピストン１４とシリンダヘッド１５との間に主燃焼室である主室２０を形成していて、シリンダヘッド１５の下部内には、シリンダ１３の主室２０に連通する副燃焼室である副室２１を形成している。シリンダヘッド１５内には、副室２１の上側にチェック弁２２が備えられ、チェック弁２２は、吸気機構３の副室主管３９（図１参照）に接続されていて、副室主管３９及びチェック弁２２を介して燃料ガスが副室２１に導入される。チェック弁２２は、副室２１内のガス圧力（即ち、主室２０内の混合気圧力）と、副室主管３９内のガス圧力との差圧に応じて開閉するように構成されている。
例えば、チェック弁２２は、副室２１のガス圧力（主室２０の混合気圧力）が高く、副室主管３９のガス圧力との差圧が所定のチェック閾値未満となる場合に、閉状態に変位して、副室２１への燃料ガスの供給を遮断する。一方、チェック弁２２は、副室２１のガス圧力（主室２０の混合気圧力）が低く、副室主管３９のガス圧力との差圧が所定のチェック閾値以上となる場合に、開状態に変位して、副室２１へと燃料ガスを供給する。なお、副室比例弁４０（図１参照）によって副室主管３９におけるガス圧力が目標ガス圧力となるように調整することで副室２１と副室主管３９との差圧を調整可能となり、これによりチェック弁２２の開度を調整することで、副室２１への燃料ガスの供給量を調整可能とする。具体的には、チェック弁２２から副室２１内に流入する燃料ガスで副室２１内に生成される混合気の空燃比がストイキ状態になるように制御する。
また、シリンダヘッド１５は、シリンダ１３の主室２０に連通する吸気ポート２３及び排気ポート２４を有し、主室２０に対して吸気ポート２３及び排気ポート２４をそれぞれ開閉する吸気弁２５及び排気弁２６を備えている。吸気ポート２３は、吸気機構３に接続されていて吸気機構３から燃料ガス及び空気の混合気を主室２０へと導入し、排気ポート２４は、排気機構４に接続されていて主室２０で生じた排気ガスを排気機構４へと排出する。吸気弁２５を開くことで、燃料ガス及び空気の混合気を、吸気ポート２３を介して主室２０に吸気可能となり、一方、排気弁２６を開くことで、主室２０で生じた排気ガスを、排気ポート２４を介して排気可能となる。
点火装置１６は、シリンダヘッド１５において副室２１の上側に設けられ、副室２１に露出した点火プラグ２７を備えている。点火装置１６は、制御装置５によって制御されて、副室主管３９及びチェック弁２２を介して副室２１に導入された燃料ガスを、点火プラグ２７で点火させることで、副室２１内に火炎を発生させ、また、副室２１で発生した火炎を主室２０内へと噴出させる。主室２０では、吸気ポート２３を介して吸気された燃料ガス及び空気の混合気を、副室２１で発生した火炎を用いて燃焼させる。
次に、吸気機構３について説明する。吸気機構３は、図１に示すように、吸気マニホールド３０と、燃料ガス通路３１と、給気通路３２とを備えている。吸気マニホールド３０は、燃料ガス及び空気の混合気を複数の気筒１１へと供給するものである。吸気マニホールド３０は、複数の気筒１１のそれぞれに対応するように分岐して複数の気筒１１の各吸気ポート２３に接続されていて、換言すれば、吸気マニホールド３０の各分岐流路（図示せず）が各吸気ポート２３に接続されている。
給気通路３２は、複数の気筒１１へと供給される混合気の元となる空気を吸気マニホールド３０へと流通するものである。給気通路３２は、給気方向の下流端で吸気マニホールド３０に接続されていて、吸気マニホールド３０から各吸気ポート２３に対応して分岐した各分岐流路（図示せず）へと空気を供給する。給気通路３２には、新気を浄化して導入するエアフィルタ３３と、エアフィルタ３３から導入される空気を圧縮して下流側へ送り出す過給機３４と、過給機３４で圧縮された空気を冷却するインタークーラ３５とが給気方向の上流側から順に設けられている。また、給気通路３２には、空気の供給量を調整可能とするスロットル弁（図示せず）が設けられていて、スロットル弁は、制御装置５によって開閉や開度を制御されて空気を各吸気ポート２３へと供給する。
燃料ガス通路３１は、複数の気筒１１へと供給される混合気の元となる燃料ガスを吸気マニホールド３０へと流通するものである。図１では、燃料ガス通路３１が、吸気マニホールド３０に接続されるように図示しているが、燃料ガス通路３１は、吸気マニホールド３０から各吸気ポート２３へ分岐した各分岐流路に設けられる各ガスインジェクタ（図示せず）に接続されていて、燃料ガス通路３１を流通する燃料ガスを各ガスインジェクタによって各吸気ポート２３へと供給する。各ガスインジェクタは、制御装置５によって制御されて燃料ガスを各吸気ポート２３へと噴出する。
燃料ガス通路３１には、ガス圧縮機３６が燃料ガス供給方向の上流側に設けられていて、更に、燃料ガス通路３１は、燃料ガス供給方向においてガス圧縮機３６の下流側で主室通路３７と副室通路３８とに分岐されている。主室通路３７は、複数の気筒１１のそれぞれに対応するように分岐して、燃料ガス供給方向の下流側で各吸気ポート２３の各ガスインジェクタに接続されていて、燃料ガスを各ガスインジェクタへと供給する。
副室通路３８は、燃料ガス供給方向の下流側で副室主管３９に接続されていて、更に、副室主管３９は、複数の気筒１１の各シリンダヘッド１５に備えられたチェック弁２２に接続されている。副室通路３８には、副室比例弁４０が燃料ガス供給方向の上流側に設けられている。
副室比例弁４０は、電磁弁等で構成され、制御装置５によって制御されて、開状態又は閉状態へと変位する。そして、副室通路３８は、副室比例弁４０を開状態にすることで副室主管３９へと燃料ガスを供給する一方、副室比例弁４０を閉状態にすることで副室主管３９への燃料ガスの供給を遮断している。なお、副室比例弁４０の開度を調整することで、副室主管３９への燃料ガスの供給量を調整可能として、副室比例弁４０によって副室主管３９におけるガス圧力が目標ガス圧力となるように調整可能とする。
本実施形態では特に、副室通路３８の副室主管３９には、給気通路３２へと連通する連絡管４１が接続されている。連絡管４１は、副室主管３９における燃料ガスを給気通路３２へと逃がすことで、副室主管３９内のガス圧力を下げるように構成される。連絡管４１は、好ましくは、給気通路３２における給気方向において過給機３４より上流側で給気通路３２に接続される。連絡管４１には、副室主管３９から給気通路３２への燃料ガスの流量を調整可能な逃し弁４２と、給気通路３２への燃料ガスの流量を所定量に抑制するオリフィス４３とが設けられる。
逃し弁４２は、電磁比例弁等で構成され、制御装置５によって制御されて、開状態又は閉状態へと変位する。そして、連絡管４１は、逃し弁４２を開状態にすることで副室主管３９における燃料ガスを給気通路３２へと逃がす一方、逃し弁４２を閉状態にすることで副室主管３９から連絡管４１を介して燃料ガスが逃げないように遮断している。なお、逃し弁４２の開度を調整することで、副室主管３９から連絡管４１を介して逃げる燃料ガスの流量を調整可能とする。
次に、排気機構４について説明する。排気機構４は、排気マニホールド４５と、排気通路４６とを備えている。排気マニホールド４５は、複数の気筒１１で生じた排気ガスを排出するものである。排気マニホールド４５は、複数の気筒１１のそれぞれに対応するように分岐して複数の気筒１１の各排気ポート２４に接続されていて、換言すれば、排気マニホールド４５の各分岐流路（図示せず）が各排気ポート２４に接続されている。排気通路４６は、複数の気筒１１で生じて排気マニホールド４５から排出された排気ガスを排気するために流通するものである。
次に、制御装置５について説明する。制御装置５は、ガスエンジン１の運転を制御するECU（Engine Control Unit）等のコンピュータであり、CPU、ROM、RAM等を備えて、ガスエンジン１の各部を制御するように構成される。制御装置５は、ガスエンジン１を制御するための各種プログラムを記憶していて、プログラムを読み出して実行することでガスエンジン１を制御するようにしてよい。
また、ガスエンジン１には、ガスエンジン１の回転数（回転速度）を検出する回転数センサ、主室通路３７のガス圧力を検出する主室ガス圧力センサ、副室主管３９のガス圧力を検出する副室ガス圧力センサ等の各種センサが設けられている。制御装置５は、各種センサに接続されていて、回転数センサで検出されたガスエンジン１の回転数、主室ガス圧力センサで検出された主室通路３７内のガス圧力、副室ガス圧力センサで検出された副室主管３９内のガス圧力を取得することで、ガスエンジン１の各部を監視する。
制御装置５は、ガスエンジン１の回転数（回転速度）や、複数の気筒１１の各主室２０における空燃比を制御する機能を有し、例えば、ガスエンジン１の回転数が目標回転数となるように各主室２０の空燃比を制御する。例えば、制御装置５は、ガスエンジン１の回転数や負荷率に基づいて、複数の気筒１１の各吸気ポート２３に対応する各ガスインジェクタからに供給する燃料ガス量を制御し、ガスエンジン１の回転数が目標回転数になるように制御する。制御装置５は、給気通路３２のスロットル弁や各吸気ポート２３に対応する各ガスインジェクタ等を制御することで各主室２０の空燃比をリーン状態になるように制御し、複数の気筒１１の各点火装置１６の点火プラグ２７を制御することで各主室２０の混合気の点火タイミングを制御する。
また、制御装置５は、吸気機構３について、副室主管３９の目標ガス圧力を吸気マニホールド３０の各吸気ポート２３のガス圧力やガスエンジン１の負荷率に基づいて設定し、副室主管３９における燃料ガスの圧力が目標ガス圧力になるように、副室比例弁４０の開閉をPID制御する。制御装置５は、副室主管３９の目標ガス圧力を副室２１内のガス圧力（即ち、主室２０内の混合気圧力）に対して高く設定することで、チェック弁２２から副室２１内に流入する燃料ガスで生成される混合気の空燃比がストイキ状態になるように制御する。
本実施形態では特に、制御装置５は、逃し弁４２を制御する逃し弁制御部５０として動作し、逃し弁制御部５０は、制御装置５が実行するプログラム等で構成されてよい。
制御装置５の逃し弁制御部５０は、予め定められた条件（例えば、ガスエンジン１の運転状態と所定の経過時間とに基づく条件）を満たした場合に、逃し弁４２を開状態に切り替えることで、連絡管４１により副室主管３９と給気通路３２とを連通状態にする。逃し弁制御部５０は、通常は、逃し弁４２を閉状態に維持していて、ガスエンジン１の運転状態と所定の経過時間とに基づく条件を満たした場合に、逃し弁４２を開状態に切り替え、ガスエンジン１の運転状態と所定の閉塞時間とに基づく条件を満たした場合に、再度、逃し弁４２を閉状態に切り替える。また、逃し弁制御部５０は、閉状態の逃し弁４２を徐々に開状態へと変位させ、また、開状態の逃し弁４２を徐々に閉状態へと変位させる一次フィルタを有するとよい。
具体的には、逃し弁制御部５０は、ガスエンジン１が始動されてガスエンジン１の回転数が所定の定格回転数に到達したときから所定の経過時間（例えば、５秒）後に、逃し弁４２の開状態への変位を開始する。即ち、逃し弁４２を開状態に切り替えるための予め定められた条件は、ガスエンジン１の運転状態と所定の経過時間とに基づいて設定される。
また、逃し弁制御部５０は、ガスエンジン１が始動されて逃し弁４２を開状態にした後、ガスエンジン１に負荷投入されたとき、ガスエンジン１の負荷率が所定の負荷閾値（例えば、３０％）以上に到達したときから所定の第１閉塞時間（例えば、５秒）経過後、且つガスエンジン１の回転数が所定の回転数閾値（例えば、１４８０ｍｉｎ－１）以上に到達したときから所定の第２閉塞時間（例えば、５秒）経過後に、逃し弁４２の閉状態への変位を開始する。
なお、所定の経過時間や、第１閉塞時間や第２閉塞時間等の所定の閉塞時間は、予め設定された値でよく、あるいは、利用者が任意に設定可能にしてもよく、若しくは、ガスエンジン１の運転状態に応じて変更されてもよい。
次に、ガスエンジン１の動作例について図３を参照して説明する。図３では、ガスエンジン１の回転数を細線の一点鎖線で示し、ガスエンジン１の負荷率を細線の二点鎖線で示す。また、図３では、主室２０の目標混合気圧力を太線の破線で示し、主室２０の混合気圧力を細線の破線で示す。また、図３では、副室主管３９の目標ガス圧力を太線の実線で示し、副室主管３９のガス圧力を細線の実線で示す。また、図３では、副室比例弁４０の開度を太線の一点鎖線で示し、逃し弁４２の開度を太線の二点鎖線で示す。
先ず、ガスエンジン１を時刻ｔ１で始動させると、制御装置５は、ガスエンジン１の回転数を増加させるように各部を制御することとなる。ガスエンジン１の回転数が時刻ｔ２で所定の定格回転数に到達してから、所定の経過時間（例えば、５秒）後の時刻ｔ３に、逃し弁制御部５０は、逃し弁４２の開状態への変位を開始する。
その後、時刻ｔ４に、ガスエンジン１に負荷投入されると、制御装置５は、主室２０の噴射時間を長くして、主室２０へと供給される燃料ガスを増加させることになる。このとき、副室２１内の燃料ガスがリッチ化しないように、制御装置５は、副室２１内のガス圧力を下げるために、副室主管３９の目標ガス圧力を低く設定して、副室比例弁４０を閉状態へと変位させる。ところで、副室主管３９のガス圧力を低下させるには、チェック弁２２を介して副室主管３９内の燃料ガスを副室２１内に流入させる手段が考えられる。その場合、副室主管３９のガス圧力が目標ガス圧力にまで低下するまでの期間では、副室２１内に必要以上の燃料ガスが流れ込むので、副室２１内で燃料ガスの過リッチ状態が継続してしまう。更に、副室主管３９のガス圧力が低下する速度はチェック弁２２の流速（ガス流量）に律速されるので、副室主管３９のガス圧力が十分に低下するまでの間に、副室比例弁４０の開度が下限まで張り付いて全閉状態となるおそれがある。副室比例弁４０が全閉状態になると、その後に副室主管３９のガス圧力を高くしたい場合になっても、副室比例弁４０を全閉状態から開弁するまでに応答遅れが発生するため、副室主管３９のガス圧力を速やかに目標ガス圧力に追従させることが困難である。これに対して、本実施形態では、逃し弁４２が開状態になっていて、連絡管４１が副室主管３９と給気通路３２とを連通状態にしているので、副室主管３９内のガスを、連絡管４１を介して給気通路３２へと逃がすことができ、副室主管３９内のガス圧力を速やかに下げることができるため、副室２１内の燃料ガスが過リッチ状態になる期間は生じず、副室比例弁４０の開度が下限に張り付くことがない。これにより、副室主管３９内のガス圧力を速やかに目標ガス圧力に追従させることができる。
また、逃し弁制御部５０は、ガスエンジン１の負荷率が所定の負荷閾値以上に到達したときから所定の第１閉塞時間経過後、且つガスエンジン１の回転数が所定の回転数閾値以上に到達したときから所定の第２閉塞時間経過後である時刻ｔ５に、逃し弁４２の閉状態への変位を開始する。
なお、上記した実施形態では、逃し弁制御部５０が、逃し弁４２を開放する際のガスエンジン１の運転状態として、ガスエンジン１が始動されてガスエンジン１の回転数が所定の定格回転数に到達したときから所定の経過時間後を例として記載したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、逃し弁制御部５０は、副室主管３９のガス圧力が高く、チェック弁２２及び副室比例弁４０を閉状態から開状態へと速やかに変位できない場合であれば、逃し弁４２を開放するように制御してよい。
また、上記した実施形態では、連絡管４１が、給気方向において過給機３４より上流側で給気通路３２に接続される例を説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、連絡管４１は、過給機３４の上流側以外の位置で給気通路３２に接続されてもよく、あるいは、その他の位置（例えば、排気通路４６等）に接続されてもよい。
また、逃し弁制御部５０は、ガスエンジン１の始動後、初段の負荷投入時のみに、逃し弁４２を開放するように制御してもよいが、あるいは、負荷投入が行われる都度、ガスエンジン１の運転状態に応じて、逃し弁４２を開放するように制御してもよい。
上記のように、本発明によれば、ガスエンジン１は、各気筒１１の燃焼室として、燃料ガスを点火させて火炎を発生させる副室２１と、副室２１で発生した火炎を用いて燃料ガス及び空気の混合気を燃焼させる主室２０とを備えたエンジンであって、副室２１に燃料ガスを供給する副室主管３９と、主室２０にへと供給される空気を流通する給気通路３２と、副室主管３９から給気通路３２へと連通する連絡管４１と、を備える。
これにより、本発明のガスエンジン１によれば、副室主管３９のガスを、連絡管４１を介して逃がすことができるので、副室主管３９のガス圧力を下げることができる。そのため、副室２１がチェック弁２２を介して副室主管３９と接続される構成において、連絡管４１によって副室主管３９のガス圧力を下げることで、副室２１のガス圧力を速やかに下げることができる。例えば、ガスエンジン１の負荷投入時には、主室２０への燃料ガスの供給量を増加するので、副室２１内の燃料ガスが過リッチにならないように、副室主管３９のガス圧力を低下させる必要がある。ここで、副室主管３９のガス圧力を低下させる手段として、チェック弁２２を介して副室主管３９内の燃料ガスを副室２１内に流入させる手段を適用した場合には、上記したように、副室主管３９のガス圧力に関して目標ガス圧力への追従性が悪くなる。これに対して、本発明のガスエンジン１では、上記のように、連絡管４１によって副室主管３９のガス圧力を下げることによって、副室２１のガス圧力をより早く低減して良好な負荷応答性を確保することができる。
また、本発明のガスエンジン１は、主室２０へと供給される空気を圧縮する過給機３４を備え、連絡管４１は、主室２０への空気の給気方向において過給機３４より上流側で給気通路３２に接続される。これにより、過給機３４を備えたガスエンジン１において、過給機３４より給気上流側に接続された連絡管４１は、過給機３４によって生じた給気負圧を利用して、副室主管３９から給気通路３２への流通を促進することができ、より効果的に副室主管３９のガス圧力を逃がすことができる。
また、本発明のガスエンジン１において、連絡管４１は、副室主管３９から給気通路３２への燃料ガスの流量を調整可能な逃し弁４２を備える。これにより、ガスエンジン１の始動時は、逃し弁４２によって連絡管４１を閉じておくことで副室主管３９のガス圧力を速やかに上昇して負荷投入への応答性を確保しつつ、ガスエンジン１の負荷投入までに逃し弁４２によって連絡管４１を開いておくことで副室主管３９の目標ガス圧力への追従性を負荷投入時に確保することができる。
また、本発明のガスエンジン１は、予め定められた条件（エンジンの運転状態と所定の経過時間とに基づく条件）を満たした場合に逃し弁４２を開状態に切り替えて、連絡管４１により副室主管３９と給気通路３２とを連通状態とする。これにより、ガスエンジン１は、逃し弁４２の開閉に起因する副室主管３９のガス圧力の変動を抑制することができる。
なお、上記した実施形態では、逃し弁４２を開状態に切り替えるための予め定められた条件を、エンジンの運転状態と所定の経過時間とに基づく条件とし、具体的には、ガスエンジン１が始動されてガスエンジン１の回転数が所定の定格回転数に到達したときから所定の経過時間を経過した場合を例に説明したが、本発明はこの例に限定されない。例えば、エンジンの運転状態は、ガスエンジン１が始動されてガスエンジン１の回転数が所定の定格回転数に到達したときに限定されず、他のタイミングでもよい。また、他の実施形態では、逃し弁４２を開状態に切り替えるための予め定められた条件は、副室主管３９のガス圧力と副室２１のガス圧力との差圧に基づいて設定され、例えば、副室主管３９のガス圧力が副室２１のガス圧力に対して所定の閾値以上高い場合としてもよい。
なお、本発明は、請求の範囲及び明細書全体から読み取ることのできる発明の要旨又は思想に反しない範囲で適宜変更可能であり、そのような変更を伴うガスエンジンもまた本発明の技術思想に含まれる。
１ ガスエンジン（エンジン）
５ 制御装置
１１ 気筒
１６ 点火装置
２０ 主室
２１ 副室
２２ チェック弁
２７ 点火プラグ
３０ 吸気マニホールド
３１ 燃料ガス通路
３２ 給気通路
３４ 過給機
３９ 副室主管
４０ 副室比例弁
４１ 連絡管
４２ 逃し弁
５０ 逃し弁制御部

Claims (5)

  1. 燃焼室として、燃料ガスを点火させて火炎を発生させる副室と、前記副室で発生した火炎を用いて燃料ガス及び空気の混合気を燃焼させる主室とを備えたエンジンであって、
    前記副室に燃料ガスを供給する副室主管と、
    前記主室にへと供給される空気を流通する給気通路と、
    前記副室主管から前記給気通路へと連通する連絡管と、
    を備えることを特徴とするエンジン。
  2. 前記主室へと供給される空気を圧縮する過給機を備え、
    前記連絡管は、前記主室への空気の給気方向において前記過給機より上流側で前記給気通路に接続されることを特徴とする請求項１に記載のエンジン。
  3. 前記連絡管は、前記副室主管から前記給気通路への燃料ガスの流量を調整可能な逃し弁を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン。
  4. 前記逃し弁は、予め定められた条件を満たした場合に開状態に切り替えられて、前記連絡管により前記副室主管と前記給気通路とを連通状態とすることを特徴とする請求項３に記載のエンジン。
  5. 前記予め定められた条件は、当該エンジンの回転数が所定の定格回転数に到達したときから所定の経過時間を経過した場合、又は、前記副室主管のガス圧力が前記副室のガス圧力に対して所定の閾値以上高い場合であることを特徴とする請求項４に記載のエンジン。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB2375834B (en) * 2001-02-22 2005-06-15 Cummins Engine Co Inc Regulating speed of an internal combustion engine
JP4476317B2 (ja) 2007-08-30 2010-06-09 三菱重工業株式会社 ガスエンジンの統合制御方法及び装置
JP4977752B2 (ja) * 2009-12-24 2012-07-18 川崎重工業株式会社 ガスエンジンの制御装置及び制御方法
DE102010053498A1 (de) * 2010-12-04 2012-06-06 Daimler Ag Verbrennungskraftmaschinenanordnung für einen Kraftwagen sowie Verfahren zum Betreiben einer solchen Verbrennungskraftmaschinenanordnung
DE102014208767A1 (de) * 2014-05-09 2015-11-12 Robert Bosch Gmbh Vorrichtung und Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine mit einem gasförmigen Kraftstoff
US10227934B2 (en) * 2015-09-29 2019-03-12 Cummins Inc. Dual-fuel engine combustion mode transition controls

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