JP4229721B2 - 始動時の燃料噴射量の制御機構を備えたガス機関 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼が不安定な始動時における燃料噴射量の制御機構を備えたガス機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来のガス機関２００の空気及び燃料ガスの流通経路を示す系統略図である。ガス機関２００では、空気と主室へ供給する燃料ガス（主室燃料ガス）とがミキサで混合されて予め設定された空気過剰率の混合気を形成し、混合気は過給機（Ｔ／Ｃ）で圧縮され、インタクーラ（Ｉ／Ｃ）で冷却された後、スロットルで供給量が調整されてシリンダ（燃焼室・主室）へ供給されるようになっている。ミキサの構成は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
実開平５−１９５４７号公報
【０００４】
また、燃料ガスは副室へも直接供給可能となっており、副室へ供給する燃料ガスは、ガス機関２００が始動する際には始動用補助管を介してインタクーラとスロットルの間に供給され、機関回転数が定格回転数の４０〜６０％程度となり燃焼が安定すると始動用補助管経由による主室への燃料の供給を遮断し、代わりに副室へ燃料（副室燃料ガス）を供給するようになっている。
【０００５】
ところで、吸気弁と排気弁とが同時に開くオーバラップ期間においては、混合気が仕事をすることなく排気通路から排出されてしまう。一方、高出力化を図るには掃気効率の観点からノッキング限界を悪化させない為にオーバラップ期間は長く設定する必要がある。しかしこのガス機関２００では、過給機（コンプレッサ）より上流側に設けたミキサで燃焼用の混合気を生成して燃焼室（主室）へ混合気を供給するため、従来のガス機関２００では高出力化と燃費の改善が図りにくい。また、燃焼室内の空気過剰率を速やかに変更することができないので、機関回転数が定格回転数に達するまで時間がかかる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明では、燃焼室内の空気過剰率を応答よく変化させることができ、始動時における燃焼を速やかに安定させることができるガス機関を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１の発明では、
燃焼室へ空気を供給する空気供給通路の燃焼室近傍に燃料を供給する燃料供給手段と、
燃焼室への燃料噴射量を調整するコントローラと、
を備え、
燃焼室への空気流量が一定の状態で、
コントローラは、第１機関回転数から第２機関回転数の間は燃料噴射量を減少させ、第２機関回転数から定格回転数までは所定のＰＩＤ制御を行うものであり、
第１機関回転数は、機関回転数が燃焼室内の空気過剰率が過濃となることにより可燃範囲を逸脱する前の所定の回転数であり、
第１機関回転数から第２機関回転数の間は、可燃範囲から逸脱しないように燃料噴射量が減量される期間であり、
所定のＰＩＤ制御は、前記燃焼室内の空気過剰率が可燃範囲を逸脱することにより生じるエンジンストールと、定格回転数を超えるオーバシュートを回避可能に前記燃料供給手段による燃料の噴射量を調整する制御である、ようにした。
請求項２の発明では請求項１の発明において、
クランキング開始時から機関回転数が定格回転数の５０〜１００％の範囲内に達するまでの前記燃料供給手段による１サイクル当りの燃料噴射量を一定に保ち、かつ、前記燃料噴射量を無負荷定格回転数で運転する際に必要な燃料噴射量の１〜４倍に設定した。
請求項３の発明では請求項１の発明において、
ガス機関各部を冷却する潤滑油の温度を検出する潤滑油温度検出手段を設け、前記潤滑油温度検出手段により検出された潤滑油温度が高くなるほど１サイクル当りの燃料噴射量を少なくするように前記燃料供給手段を設定した。
請求項４の発明では、
主室と副室とを設けたガス機関において、
主室へ空気を供給する空気供給通路の主室近傍に燃料を供給する第１燃料供給手段と、
主室を介さずに副室へ直接燃料を供給する第２燃料供給手段と、
主室及び副室への燃料噴射量を調整するコントローラと、
を備え、
主室及び副室への空気流量が一定の状態で、
コントローラは、第１機関回転数から第２機関回転数の間は主室への燃料噴射量を減少させ、第２機関回転数から定格回転数までは副室への燃料噴射量について所定のＰＩＤ制御を行うものであり、
第１機関回転数は、機関回転数が燃焼室内の空気過剰率が過濃となることにより可燃範囲を逸脱する前の所定の回転数であり、
第１機関回転数から第２機関回転数の間は、可燃範囲から逸脱しないように燃料噴射量が減量される期間であり、
所定のＰＩＤ制御は、前記主室内の空気過剰率が可燃範囲を逸脱することにより生じるエンジンストールと、定格回転数を超えるオーバシュートを回避可能に前記第１燃料供給手段による燃料の噴射量を調整する制御である、ようにした。
請求項５の発明では請求項４の発明において、
前記第２機関回転数を前記第１機関回転数の１００〜１２０％の範囲内に設定し、
前記コントローラが、第１機関回転数から第２機関回転数の間において、第１燃料供給手段による燃料噴射量の調整は予め目標値が設定されたＭＡＰ制御により行う、ようにした。
請求項６の発明では請求項１又は請求項４の発明において、
機関回転数が第２機関回転数に達した後において、前記燃料供給手段又は第２燃料供給手段による燃料噴射量をＰＩＤ制御する際の目標機関回転数を記憶した記憶手段を設けた。
請求項７の発明では請求項１又は請求項４の発明において、
前記空気流量が一定とされる状態に代えて、セル始動時における燃焼室又は主室への空気の供給量を調整する調整弁の開度を３０〜５０％の範囲内に設定し、機関回転数が上昇するにつれて前記調整弁の開度が大きくなるように設定し、機関回転数が前記第１機関回転数に達した後は全開となるように設定した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１〜７の発明を実施するガス機関１００の系統略図である。ガス機関１００は副室式であり、燃焼室として主室２と副室５とを備えている。主室２へ空気を供給する空気供給通路３の途中には、上流側から順にターボチャージャ６のコンプレッサ部６ａ，スロットル弁７，インタークーラ９，インジェクタ１０（燃料供給手段又は第１燃料供給手段）が設けてあり、主室２と連通する空気供給通路３の末端部分には吸気弁２６を備えた吸気ポート１１が形成されている。
【０００９】
主室２から排気ガスを排出する排気通路４の途中には、ターボチャージャ６のタービン部６ｂが設けてあり、排気通路４の主室２との接続部分には排気弁２７を備えた排気ポート２８が形成されている。空気供給通路３に設けたコンプレッサ部６ａは、タービン部６ｂにより駆動される。
【００１０】
コンプレッサ部６ａで圧縮された圧縮空気は、アクチュエータ８により開度が調整されるスロットル弁７により流量が調整され、インタークーラ９により冷却される。アクチュエータ８は、信号線３０を介して接続されたコントローラ２２（ＣＰＵ）により制御される。
【００１１】
また、吸気ポート１１にはインジェクタ１０が設けてあり、インジェクタ１０には途中にレギュレータ１３を備えた主室用燃料ガス供給通路１２の一端が接続されている。
【００１２】
図１に示すように燃料ガス供給通路２５の途中には、上流側から順に燃料遮断用電磁弁３７、ガスコンプレッサ１４が設けてある。燃料遮断用電磁弁３７は、信号線３６でコントローラ２２（ＣＰＵ）と接続されており、コントローラ２２により開閉制御される。燃料ガス供給通路２５は、ガスコンプレッサ１４の下流側で主室用燃料ガス供給通路１２と副室用燃料ガス供給通路１５とに分岐している。ガスコンプレッサ１４により圧送された燃料ガスは、主室用燃料ガス供給通路１２を介してインジェクタ１０から吸気ポート１１内へ噴射可能となっている。インジェクタ１０により噴射される燃料ガス量は、レギュレータ１３による圧力調整と１サイクル当りのインジェクタ１０の開期間（燃料噴射期間）を変更することにより調整される。
【００１３】
ガスコンプレッサ１４から供給される圧縮された燃料ガスは、主室用燃料ガス供給通路１２を介してインジェクタ１０から吸気ポート１１内に噴射されると共に、途中に上流側から順に電磁弁１６とレギュレータ１７とを備えた副室用燃料ガス供給通路１５を介して副室５へも供給可能となっている。
【００１４】
副室用燃料ガス供給通路１５には圧力バランスにより開閉するチェックバルブ１８が設けてある。このチェックバルブ１８が開閉することにより副室５内に燃料ガス（副室燃料ガス）が供給されるようになっている。
【００１５】
図６は、請求項１〜７の発明のガス機関１００の空気及び燃料ガスの流通経路を示す系統略図である。図６に簡略に示すように、ガス機関１００は、複数気筒（図６では６気筒）を備えており、各気筒の主室２近傍の吸気通路にインジェクタ１０が設けてあり、また、シリンダヘッド内に設けた各気筒の副室５にも燃料ガス（副室燃料ガス）を直接供給することができるようになっている。
【００１６】
図１に示すように機関本体１には、フライホイール２０に設けたギヤ（図示せず）の突起を感知して機関回転数を検出する機関回転数検知器２１が設けてある。機関回転数検知器２１，インジェクタ１０及び電磁弁１６は、各々信号線３１〜３３でコントローラ２２と接続されており、これらの機器とコントローラ２２の間では信号線３１〜３３を介して信号が送受信され、インジェクタ１０による燃料の噴射期間（電磁弁の開期間）と噴射開始時期（電磁弁が開き始める時期）は、コントローラ２２で制御するようになっている。
【００１７】
機関本体１の各発熱部を冷却した潤滑油は、潤滑油クーラ２３で冷却される。機関本体１から排出された潤滑油の温度は潤滑油クーラ２３の入口２３ａに設けた温度検知器２４で検出される。この温度検知器２４で検出された温度データは、信号線３４を介してコントローラ２２へ伝達されるようになっている。
【００１８】
副室５には、点火プラグ１９が設けてある。この点火プラグ１９とコントローラ２２とは信号線３５で接続されており、点火プラグ１９にはコントローラ２２から信号が伝達され、火花点火時期を制御するようになっている。
【００１９】
ガス機関１００の始動時においては、主室２内の空気過剰率は限りなく大きく、爆発・燃焼が可能な空気過剰率となるまでは、機関回転数が２００min−１程度になるまでは図示しないセルモータにより始動（駆動）する。
【００２０】
図１に示すガス機関１００では、吸気ポート１１内に燃料ガスを噴射するインジェクタ１０を設けたので、主室２内の空気過剰率を応答性良くリッチ（過濃）にすることができる。つまりガス機関１００では、燃料ガスを含む混合気ではなく空気のみをコンプレッサ部６ａで圧縮し、圧縮空気をインタークーラ９で冷却し、吸気ポート１１内で冷却空気と燃料ガスとを混合させるようにしたので、混合気を生成する場所が主室２に極めて近いので、主室２内の空気過剰率を応答性良く変化させることができる。
【００２１】
また、吸気弁２６と排気弁２７とが同時に開くオーバラップ期間に、混合気が仕事をすることなく排出されてしまうが、ガス機関１００では、このオーバラップ期間においてはインジェクタ１０による燃料ガスの噴射を止め、未燃の混合気がそのまま排出されることがないようにすることができるので、燃費を向上させることができる。
【００２２】
（請求項１〜６の発明の実施例）
次に、ガス機関１００をより適正に始動させるための制御の仕方を説明する。図２は、請求項１〜７の発明によるガス機関１００の始動時（定格回転に達するまで）における機関回転数と燃料ガスの噴射量の関係を示すグラフである。
【００２３】
機関始動（Ａ）（クランキング開始時）からプレパージ（主室用及び副室用燃料ガス供給通路１２、１５、燃料供給ガス通路２５内）が完了するまでは、インジェクタ１０からの燃料噴射は行わない。プレパージが完了し、インジェクタ１０による燃料噴射を開始する時期をガス投入（Ａ１）（図２）と定義する。インジェクタ１０からの燃料の噴射は、燃料ガス供給通路２５の上流に設置された燃料遮断用電磁弁３５を開くことにより開始する。ガス投入（Ａ１）以後のインジェクタ１０（第１燃料供給手段）から噴射される燃料ガスの量を、初爆（Ｂ）が起こるまでは１サイクル当り一定の噴射量Ｑ１に設定する。但しガス投入（Ａ１）直後、燃料遮断用電磁弁３７の下流側の各配管内は、燃料ガスが１００％充満されておらず、そのため空気過剰率（主、副室内）は図２に示すような履歴をたどる。初爆（Ｂ）は、副室５内における混合気の空気過剰率が、点火プラグ１９の放電によりようやく着火して燃焼する値に到達した際に起こる。
【００２４】
インジェクタ１０による燃料の噴射量の調整は、レギュレータ１３による主室用燃料ガス供給通路１２内の圧力を調整すること、及び１サイクル当たりのインジェクタ１０の開期間を調整することにより行うことができる。また本発明（本実施の形態）において、燃料の噴射量とは、1サイクル当りに噴射される燃料量を意味している。
【００２５】
機関始動時（Ａ）においては、電磁弁１６は閉じておき、副室用燃料ガス供給通路１５経由による副室５への燃料ガスの供給は停止させておく。ガス投入（Ａ１）以降は、副室５には主室２を経由して燃料ガスが供給され、副室５内の混合気の空気過剰率はやがて点火プラグ１９により着火可能な空気過剰率となり、初爆（Ｂ）が起こる。
【００２６】
初爆（Ｂ）が起こると、図２のグラフで示すように機関回転数が右肩上がりに上がっていく。機関回転数が予め設定した１次回転数（Ｃ）（第１機関回転数）となるまでインジェクタ１０による燃料ガスの噴射量はコントローラ２２により一定（噴射量Ｑ１）に保たれている。
【００２７】
機関回転数の増加に伴う1サイクル当りの空気流量減少に伴い、副室５内の空気過剰率がリッチ側（過濃側）に偏り過ぎて失火するに至る前の機関回転数を１次回転数（Ｃ）（第1機関回転数）として予め設定しておく。本発明では、実際に空気過剰率を測定しているわけではないが、燃料の噴射量が増加するとリッチとなり、減少するとリーンになるものとして取扱っている。機関回転数が１次回転数（Ｃ）に達したことを機関回転数検知器２１が検出し、この検出信号をコントローラ２２が受けると、コントローラ２２はインジェクタ１０へ信号を送り、インジェクタ１０による主室２への燃料ガスの噴射量を減少させる。機関回転数が回転数（Ｄ）に達すると、コントローラ２２は電磁弁１６に開信号を送り、レギュレータ１７により調圧された燃料ガスが副室用燃料ガス供給通路１５を介して途中のチェックバルブ１８を押圧して開き、副室５内へ直接供給される（第２燃料供給手段）。
【００２８】
したがって、回転数（Ｄ）以降の副室５内の空気過剰率は、次第にリッチ（過濃）となる。１次回転数（Ｃ）は、定格回転数の５０〜８０％の範囲内に設定するのが好ましい。また、回転数（Ｄ）は、１次回転数（Ｃ）の１００〜１２０％程度の範囲内に設定するのが好ましい。
【００２９】
また、機関回転数が１次回転数に到達するまでの主室２への燃料ガスの供給量（噴射量Ｑ１）は、慣性力が小さい（特に機関始動直後の低回転時）ことに起因して大きな駆動トルクを必要とすることから、ガス機関１００を無負荷で定格回転数で運転させる際に必要な燃料ガス量の１〜４倍程度となるようにコントローラ２２がインジェクタ１０を動作させるようにするのが好ましい。
【００３０】
回転数（Ｄ）以降では、副室５内の空気過剰率が主室２内の空気過剰率とは無関係にリッチとなるので、副室５内の燃焼状態が一時的に悪化してトルク変動が生じ、機関回転数が変動することがある。このときインジェクタ１０（第1燃料供給手段）からの燃料の噴射量をＰＩＤ制御していると、さらに燃料噴射量を増量させてしまい、副室５内の空気過剰率がさらにリッチ側へシフトされて最悪の場合には失火に至ることも有り得る。そこで副室用燃料ガス供給通路１５を介した副室５への燃料供給（第２燃料供給手段）を開始した直後（図２では１次回転数（Ｃ）から２次回転数（Ｅ）の間）は、インジェクタ１０による燃料噴射量が予め設定されたＭＡＰ制御を行うことにより、副室５内の空気過剰率が可燃範囲を逸脱することを回避するのが好ましい。
【００３１】
さらに、温度検知器２４により検出された潤滑油温度が、高くなるほどインジェクタ１０による燃料の供給量が少なくなるようにするのが好ましく、潤滑油温度に対応する主室２への燃料ガスの好ましい供給量のマップをメモリ２９に記憶させ、コントローラ２２はこのマップに従ってインジェクタ１０を制御すると、ガス機関１００の始動性がより良好になる。
【００３２】
図４は、温度検知器２４で検出した潤滑油温度に対応してインジェクタ１０から噴射する燃料の噴射量（１サイクル当り）の割合を示すグラフである。始動時のガス機関１００の温度は季節（特に夏と冬）によって異なり、さらに運転していたガス機関１００を停止し、放熱が進む前に再起動する際の潤滑油温度はかなり高温である。ガス機関１００は高温であるほど潤滑油の粘性抵抗が小さくなって始動性が良好になり、そのため潤滑油温度（ガス機関１００の温度）が低温であるほど燃料の噴射量を増量させ、機関回転数が速やかに定格回転数に達するようにするのが好ましい。
【００３３】
ただし、空気過剰率を著しくリッチ側へ偏らせると可燃範囲を逸脱したり、排気ガスに含まれるＣＯ，ＨＣ等の有害成分が増えるので、例えば図４に示すように潤滑油温度が５０〜１００℃の燃料噴射量を６０とすると、０℃では１００となるように０℃から５０℃の間では潤滑油温度が低くなるほど一定割合で燃料噴射量を増量させるようにする。
【００３４】
副室５内に直接燃料ガスが供給され続けて副室５内の空気過剰率が次第にリッチとなり、失火に至る前の所定の機関回転数を２次回転数（Ｅ）（第２機関回転数）として予めメモリ２９に記憶しておく。機関回転数が１次回転数から２次回転数に達するまでは、ガス機関１００はコントローラ２２によるＭＡＰ制御が行われ、このＭＡＰ制御により主室２内の空気過剰率の調整が行われるようになっている。機関回転数が２次回転数（Ｅ）に達すると、コントローラ２２はＭＡＰ制御から実回転数と目標回転数の偏差によるＰＩＤ制御に切り換え、機関回転数が速やかに定格回転数に達するように燃料噴射量を調整する。ここで、２次回転数（Ｅ）は１次回転数（Ｃ）の１３０％程度に設定するのが好ましい。
【００３５】
図３は、請求項６の発明を実施した際の燃料の噴射期間と機関回転数の関係を示すグラフである。図３において、燃料ガスの噴射期間が短くなるということは、燃料ガスの噴射量が減少することを意味している。空気過剰率が過濃になることによる失火を回避するために、機関回転数が１次回転数（例えば図３に示す８００mｉｎ−１）に達するとインジェクタ１０からの燃料ガスの噴射量を徐々に減少させ、機関回転数（図２の回転数（Ｄ））が９４０mｉｎ−１なると副室用燃料ガス供給通路１５経由で副室５へ直接燃料ガスを供給し、２次回転数（Ｅ）１０００mｉｎ−１以降ではＭＡＰ制御からＰＩＤ制御に切り換える。
【００３６】
ＰＩＤ制御では実回転数と目標回転数の偏差を基にインジェクタ１０の燃料噴射量を設定するが、エンストとオーバシュートとを回避可能な目標回転数を設定するマップを予め用意してメモリ２９（記憶手段）に記憶させ、このマップに従ってコントローラ２２がＰＩＤ制御を行うようにする。このマップにおける目標回転数は回転数（Ｆ）に至るまでは可変であるが、回転数（Ｆ）に到達した後の目標回転数は定格回転数（一定）となる。
【００３７】
低い回転数から定格回転数に至るまでは、空気供給通路３内の空気流量は不安定であり、なおかつスロットル弁７（図１に示す調整弁）の開度を調整する制御を行うと、さらに主室２へ供給する空気の流量が不安定となる。したがって請求項１〜請求項６の発明では、機関回転数が定格回転数に達するまではスロットル弁７の開度は固定（不変）とし、空気流量の変動を最小限に抑えるようにするのが好ましい。
【００３８】
（請求項７の発明の実施例）
図５は、請求項７の発明を実施する際のスロットル開度の範囲を示すグラフである。セル始動時（クランキング開始時、又は機関始動時）においては、スロットル弁７（調整弁）の開度は図５に示すように３０〜５０％の範囲内に設定し、機関回転数が上昇するにつれてコントローラ２２から信号が伝達されたアクチュエータ８によりスロットル弁７の開度を徐々に大きくし、機関回転数が１次回転数に達した後は全開となるようにする。このようにスロットル弁７の開度を調整すると、初爆（Ｂ）が起こるまでの1サイクル当りに供給される空気量を極力少なくすることができ、これにより副室５内の空気過剰率が可燃範囲内に到達する時間を短縮する、すなわち初爆（B）までに要する時間を短縮することができる。さらに、機関回転数が1次回転数（Ｃ）に達した後は開度を全開に設定すると1サイクル当りの空気流量を増加させることができ、より多くの燃料を燃焼させることができるので、安定した燃焼を行いながら定格回転数に達するまでの時間を短縮することができる。
【００３９】
以上、説明した請求項１〜請求項７の発明は、過給機付きガス機関，無過給式ガス機関のいずれにも適用することができる。また、図１では副室式のガス機関１００を示したが、副室５を備えない単室式のガス機関についても請求項１〜３，６，７の発明は実施することができる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の発明では、主室２（燃焼室）近傍の空気供給通路３内にインジェクタ１０（燃料供給手段）を設け、このインジェクタ１０による燃料ガスの噴射量を制御するコントローラ２２（ＰＩＤ制御手段）を設けたので、主室２内（燃焼室内）の空気過剰率を応答性よく変更することができ、主室２内（燃焼室内）の空気過剰率が可燃範囲を逸脱することによるエンジンストールと定格回転数を越えるオーバシュートとを回避することができる。
【００４１】
機関始動後、機関回転数を定格回転数まで上昇させる過程において、失火によるエンジンストールを回避することができ、かつ定格回転数に達する際のオーバシュートを小さくする又はゼロにすることができるので、ガス機関１００を安全に運転することができる。
【００４２】
請求項２の発明では、クランキング開始時から機関回転数が定格回転数の５０〜１００％の範囲内に達するまでの単位時間当りの空気供給通路３内への燃料ガスの供給量を一定に保ち、かつ、前記燃料供給量を無負荷定格回転数でガス機関１００を運転する際に必要な燃料供給量の１〜４倍となるように前記燃料供給手段を設定（インジェクタ１０からの燃料噴射量をコントローラ２２により調整）するようにしたので、請求項１の発明以上の効果を奏することができる。
【００４３】
請求項３の発明では、ガス機関１００の各部を冷却する潤滑油の温度を検出する温度検知器２４（潤滑油温度検出手段）を設け、温度検知器２４により検出された潤滑油温度が高くなるほど燃料供給量を少なくするように前記燃料供給手段を設定（インジェクタ１０からの燃料噴射量をコントローラ２２により調整）したので、請求項１の発明以上の効果を奏することができる。
【００４４】
請求項４の発明では、副室式のガス機関１００において、ガス機関１００の始動後、失火によるエンジンストールと定格回転数を超えるオーバシュートとを回避しながら機関回転数を速やかに定格回転数に到達させることができるので、安全かつ速やかな始動を行うことができる。
【００４５】
従来のガス機関のように、機関回転数をガス投入（Ａ１）以降からＰＩＤ制御すると、ガス機関の運転環境は気温や潤滑油温度等で異なり、複数のマップを用意して目標回転数を設定する必要があり、適切なマップを選定するだけでもシステムが煩雑となり、また、この煩雑なシステムを用意しないと、実際の機関回転数と目標とする機関回転数との偏差によるＰＩＤ制御が、エンジンストールを回避しながら行うことが困難である。
【００４６】
しかし請求項４の発明では、副室５内の空気過剰率が過濃となることにより可燃範囲を逸脱する前の所定の機関回転数を１次回転数（Ｃ）（第１機関回転数）として設定し、機関回転数が１次回転数（Ｃ）に達するまではＰＩＤ制御を行わず、１次回転数（Ｃ）に達してからＰＩＤ制御を行うようにしたので、始動時のガス機関の挙動を安定させることができる。
【００４７】
機関回転数が１次回転数（Ｃ）に達するまではＰＩＤ制御を行わず、１次回転数（Ｃ）に達してからＰＩＤ制御を行うようにした効果は、請求項１の発明でも同様に奏することができる。
【００４８】
請求項５の発明では、１次回転数の１２０％の機関回転数から定格回転数の間に２次回転数（Ｅ）（第２機関回転数）を設定し、第２燃料供給手段による副室用燃料ガス供給通路１５を介した副室５への燃料供給を開始した直後から、インジェクタ１０による燃料の噴射量を実回転数に対する最適な目標回転数を設定したＭＡＰに基いてＭＡＰ制御するようにしたので、副室５内の空気過剰率が可燃範囲を逸脱することを回避することができ、速やかに機関回転数を定格回転数に到達させることができるので、安全かつ速やかな始動を行うことができる。
【００４９】
請求項６の発明を実施すると、機関回転数が定格回転数に到達する際のオーバシュートを確実に防止することができるので、ガス機関１００の安全性を向上させることができる。
【００５０】
請求項７の発明では、燃焼室２（主室）への空気の供給をスロットル制御することにより、ガス投入（Ａ１）から初爆（Ｂ）に至るまでの時間を短縮することができ、さらに、機関回転数が1次回転数（Ｃ）に達した後は全開になるように設定するので、安定した燃焼を行いながら定格回転数に達するまでの時間を短縮することができる。
【００５１】
本発明（請求項１〜７の発明）においては、従来はその概念すら存在しなかった１次回転数（Ｃ）を見出して設定し、ＰＩＤ制御は機関回転数が１次回転数（Ｃ）を超えてから開始するようにしたので、ガス機関の様々な運転環境において良好な始動性を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項１〜７の発明を実施するガス機関の系統略図である。
【図２】 請求項１〜７の発明によるガス機関の始動時（定格回転に達するまで）における機関回転数と燃料ガスの噴射量の関係を示すグラフである。
【図３】 請求項６の発明を実施した際の、機関始動直後における燃料の噴射期間と機関回転数とを比較する示すグラフである。
【図４】 請求項３の発明を実施した際の、潤滑油温度に対応する燃料噴射量の割合を示すグラフである。
【図５】 請求項７の発明を実施した際の初爆するのに要する時間とスロットル開度の関係を示すグラフである。
【図６】 本発明の実施対象であるＡＹＧ型のガス機関の空気及び燃料ガスの流通経路を示す系統略図である。
【図７】 従来のＮＨＬＧ型のガス機関の空気及び燃料ガスの流通経路を示す系統略図である。
【符号の説明】
１ 機関本体
２ 主室（燃焼室）
３ 空気供給通路
４ 排気通路
５ 副室
６ ターボチャージャ
６ａ コンプレッサ部
６ｂ タービン部
７ スロットル弁
８ アクチュエータ
９ インタクーラ
１０ インジェクタ（燃料供給手段，第1燃料供給手段）
１１ 吸気ポート
１２ 主室用燃料ガス供給通路
１３ レギュレータ
１４ ガスコンプレッサ
１５ 副室用燃料ガス供給通路
１６ 電磁弁
１７ レギュレータ
１８ チェックバルブ
１９ 点火プラブ
２０ フライホイール
２１ 機関回転数検知器
２２ コントローラ
２３ 潤滑油クーラ
２４ 温度検知器（潤滑油温度検出手段）
２５ 燃料ガス供給通路
２６ 吸気弁
２７ 排気弁
２８ 排気ポート
２９ メモリ（記憶手段）
３０〜３６ 信号線
３７ 燃料遮断用電磁弁
１００ ガス機関
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃焼が不安定な始動時における燃料噴射量の制御機構を備えたガス機関に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図７は、従来のガス機関２００の空気及び燃料ガスの流通経路を示す系統略図である。ガス機関２００では、空気と主室へ供給する燃料ガス（主室燃料ガス）とがミキサで混合されて予め設定された空気過剰率の混合気を形成し、混合気は過給機（Ｔ／Ｃ）で圧縮され、インタクーラ（Ｉ／Ｃ）で冷却された後、スロットルで供給量が調整されてシリンダ（燃焼室・主室）へ供給されるようになっている。ミキサの構成は、例えば特許文献１に記載されている。
【０００３】
【特許文献１】
実開平５−１９５４７号公報
【０００４】
また、燃料ガスは副室へも直接供給可能となっており、副室へ供給する燃料ガスは、ガス機関２００が始動する際には始動用補助管を介してインタクーラとスロットルの間に供給され、機関回転数が定格回転数の４０〜６０％程度となり燃焼が安定すると始動用補助管経由による主室への燃料の供給を遮断し、代わりに副室へ燃料（副室燃料ガス）を供給するようになっている。
【０００５】
ところで、吸気弁と排気弁とが同時に開くオーバラップ期間においては、混合気が仕事をすることなく排気通路から排出されてしまう。一方、高出力化を図るには掃気効率の観点からノッキング限界を悪化させない為にオーバラップ期間は長く設定する必要がある。しかしこのガス機関２００では、過給機（コンプレッサ）より上流側に設けたミキサで燃焼用の混合気を生成して燃焼室（主室）へ混合気を供給するため、従来のガス機関２００では高出力化と燃費の改善が図りにくい。また、燃焼室内の空気過剰率を速やかに変更することができないので、機関回転数が定格回転数に達するまで時間がかかる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
そこで本発明では、燃焼室内の空気過剰率を応答よく変化させることができ、始動時における燃焼を速やかに安定させることができるガス機関を提供することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため請求項１の発明では、
燃焼室へ空気を供給する空気供給通路の燃焼室近傍に燃料を供給する燃料供給手段と、
燃焼室への燃料噴射量を調整するコントローラと、
を備え、
燃焼室への空気流量が一定の状態で、
コントローラは、第１機関回転数から第２機関回転数の間は燃料噴射量を減少させ、第２機関回転数から定格回転数までは所定のＰＩＤ制御を行うものであり、
第１機関回転数は、機関回転数が燃焼室内の空気過剰率が過濃となることにより可燃範囲を逸脱する前の所定の回転数であり、
第１機関回転数から第２機関回転数の間は、可燃範囲から逸脱しないように燃料噴射量が減量される期間であり、
所定のＰＩＤ制御は、前記燃焼室内の空気過剰率が可燃範囲を逸脱することにより生じるエンジンストールと、定格回転数を超えるオーバシュートを回避可能に前記燃料供給手段による燃料の噴射量を調整する制御である、ようにした。
請求項２の発明では請求項１の発明において、
クランキング開始時から機関回転数が定格回転数の５０〜１００％の範囲内に達するまでの前記燃料供給手段による１サイクル当りの燃料噴射量を一定に保ち、かつ、前記燃料噴射量を無負荷定格回転数で運転する際に必要な燃料噴射量の１〜４倍に設定した。
請求項３の発明では請求項１の発明において、
ガス機関各部を冷却する潤滑油の温度を検出する潤滑油温度検出手段を設け、前記潤滑油温度検出手段により検出された潤滑油温度が高くなるほど１サイクル当りの燃料噴射量を少なくするように前記燃料供給手段を設定した。
請求項４の発明では、
主室と副室とを設けたガス機関において、
主室へ空気を供給する空気供給通路の主室近傍に燃料を供給する第１燃料供給手段と、
主室を介さずに副室へ直接燃料を供給する第２燃料供給手段と、
主室及び副室への燃料噴射量を調整するコントローラと、
を備え、
主室及び副室への空気流量が一定の状態で、
コントローラは、第１機関回転数から第２機関回転数の間は主室への燃料噴射量を減少させ、第２機関回転数から定格回転数までは副室への燃料噴射量について所定のＰＩＤ制御を行うものであり、
第１機関回転数は、機関回転数が燃焼室内の空気過剰率が過濃となることにより可燃範囲を逸脱する前の所定の回転数であり、
第１機関回転数から第２機関回転数の間は、可燃範囲から逸脱しないように燃料噴射量が減量される期間であり、
所定のＰＩＤ制御は、前記主室内の空気過剰率が可燃範囲を逸脱することにより生じるエンジンストールと、定格回転数を超えるオーバシュートを回避可能に前記第１燃料供給手段による燃料の噴射量を調整する制御である、ようにした。
請求項５の発明では請求項４の発明において、
前記第２機関回転数を前記第１機関回転数の１００〜１２０％の範囲内に設定し、
前記コントローラが、第１機関回転数から第２機関回転数の間において、第１燃料供給手段による燃料噴射量の調整は予め目標値が設定されたＭＡＰ制御により行う、ようにした。
請求項６の発明では請求項１又は請求項４の発明において、
機関回転数が第２機関回転数に達した後において、前記燃料供給手段又は第２燃料供給手段による燃料噴射量をＰＩＤ制御する際の目標機関回転数を記憶した記憶手段を設けた。
請求項７の発明では請求項１又は請求項４の発明において、
前記空気流量が一定とされる状態に代えて、セル始動時における燃焼室又は主室への空気の供給量を調整する調整弁の開度を３０〜５０％の範囲内に設定し、機関回転数が上昇するにつれて前記調整弁の開度が大きくなるように設定し、機関回転数が前記第１機関回転数に達した後は全開となるように設定した。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１は、請求項１〜７の発明を実施するガス機関１００の系統略図である。ガス機関１００は副室式であり、燃焼室として主室２と副室５とを備えている。主室２へ空気を供給する空気供給通路３の途中には、上流側から順にターボチャージャ６のコンプレッサ部６ａ，スロットル弁７，インタークーラ９，インジェクタ１０（燃料供給手段又は第１燃料供給手段）が設けてあり、主室２と連通する空気供給通路３の末端部分には吸気弁２６を備えた吸気ポート１１が形成されている。
【０００９】
主室２から排気ガスを排出する排気通路４の途中には、ターボチャージャ６のタービン部６ｂが設けてあり、排気通路４の主室２との接続部分には排気弁２７を備えた排気ポート２８が形成されている。空気供給通路３に設けたコンプレッサ部６ａは、タービン部６ｂにより駆動される。
【００１０】
コンプレッサ部６ａで圧縮された圧縮空気は、アクチュエータ８により開度が調整されるスロットル弁７により流量が調整され、インタークーラ９により冷却される。アクチュエータ８は、信号線３０を介して接続されたコントローラ２２（ＣＰＵ）により制御される。
【００１１】
また、吸気ポート１１にはインジェクタ１０が設けてあり、インジェクタ１０には途中にレギュレータ１３を備えた主室用燃料ガス供給通路１２の一端が接続されている。
【００１２】
図１に示すように燃料ガス供給通路２５の途中には、上流側から順に燃料遮断用電磁弁３７、ガスコンプレッサ１４が設けてある。燃料遮断用電磁弁３７は、信号線３６でコントローラ２２（ＣＰＵ）と接続されており、コントローラ２２により開閉制御される。燃料ガス供給通路２５は、ガスコンプレッサ１４の下流側で主室用燃料ガス供給通路１２と副室用燃料ガス供給通路１５とに分岐している。ガスコンプレッサ１４により圧送された燃料ガスは、主室用燃料ガス供給通路１２を介してインジェクタ１０から吸気ポート１１内へ噴射可能となっている。インジェクタ１０により噴射される燃料ガス量は、レギュレータ１３による圧力調整と１サイクル当りのインジェクタ１０の開期間（燃料噴射期間）を変更することにより調整される。
【００１３】
ガスコンプレッサ１４から供給される圧縮された燃料ガスは、主室用燃料ガス供給通路１２を介してインジェクタ１０から吸気ポート１１内に噴射されると共に、途中に上流側から順に電磁弁１６とレギュレータ１７とを備えた副室用燃料ガス供給通路１５を介して副室５へも供給可能となっている。
【００１４】
副室用燃料ガス供給通路１５には圧力バランスにより開閉するチェックバルブ１８が設けてある。このチェックバルブ１８が開閉することにより副室５内に燃料ガス（副室燃料ガス）が供給されるようになっている。
【００１５】
図６は、請求項１〜７の発明のガス機関１００の空気及び燃料ガスの流通経路を示す系統略図である。図６に簡略に示すように、ガス機関１００は、複数気筒（図６では６気筒）を備えており、各気筒の主室２近傍の吸気通路にインジェクタ１０が設けてあり、また、シリンダヘッド内に設けた各気筒の副室５にも燃料ガス（副室燃料ガス）を直接供給することができるようになっている。
【００１６】
図１に示すように機関本体１には、フライホイール２０に設けたギヤ（図示せず）の突起を感知して機関回転数を検出する機関回転数検知器２１が設けてある。機関回転数検知器２１，インジェクタ１０及び電磁弁１６は、各々信号線３１〜３３でコントローラ２２と接続されており、これらの機器とコントローラ２２の間では信号線３１〜３３を介して信号が送受信され、インジェクタ１０による燃料の噴射期間（電磁弁の開期間）と噴射開始時期（電磁弁が開き始める時期）は、コントローラ２２で制御するようになっている。
【００１７】
機関本体１の各発熱部を冷却した潤滑油は、潤滑油クーラ２３で冷却される。機関本体１から排出された潤滑油の温度は潤滑油クーラ２３の入口２３ａに設けた温度検知器２４で検出される。この温度検知器２４で検出された温度データは、信号線３４を介してコントローラ２２へ伝達されるようになっている。
【００１８】
副室５には、点火プラグ１９が設けてある。この点火プラグ１９とコントローラ２２とは信号線３５で接続されており、点火プラグ１９にはコントローラ２２から信号が伝達され、火花点火時期を制御するようになっている。
【００１９】
ガス機関１００の始動時においては、主室２内の空気過剰率は限りなく大きく、爆発・燃焼が可能な空気過剰率となるまでは、機関回転数が２００min−１程度になるまでは図示しないセルモータにより始動（駆動）する。
【００２０】
図１に示すガス機関１００では、吸気ポート１１内に燃料ガスを噴射するインジェクタ１０を設けたので、主室２内の空気過剰率を応答性良くリッチ（過濃）にすることができる。つまりガス機関１００では、燃料ガスを含む混合気ではなく空気のみをコンプレッサ部６ａで圧縮し、圧縮空気をインタークーラ９で冷却し、吸気ポート１１内で冷却空気と燃料ガスとを混合させるようにしたので、混合気を生成する場所が主室２に極めて近いので、主室２内の空気過剰率を応答性良く変化させることができる。
【００２１】
また、吸気弁２６と排気弁２７とが同時に開くオーバラップ期間に、混合気が仕事をすることなく排出されてしまうが、ガス機関１００では、このオーバラップ期間においてはインジェクタ１０による燃料ガスの噴射を止め、未燃の混合気がそのまま排出されることがないようにすることができるので、燃費を向上させることができる。
【００２２】
（請求項１〜６の発明の実施例）
次に、ガス機関１００をより適正に始動させるための制御の仕方を説明する。図２は、請求項１〜７の発明によるガス機関１００の始動時（定格回転に達するまで）における機関回転数と燃料ガスの噴射量の関係を示すグラフである。
【００２３】
機関始動（Ａ）（クランキング開始時）からプレパージ（主室用及び副室用燃料ガス供給通路１２、１５、燃料供給ガス通路２５内）が完了するまでは、インジェクタ１０からの燃料噴射は行わない。プレパージが完了し、インジェクタ１０による燃料噴射を開始する時期をガス投入（Ａ１）（図２）と定義する。インジェクタ１０からの燃料の噴射は、燃料ガス供給通路２５の上流に設置された燃料遮断用電磁弁３５を開くことにより開始する。ガス投入（Ａ１）以後のインジェクタ１０（第１燃料供給手段）から噴射される燃料ガスの量を、初爆（Ｂ）が起こるまでは１サイクル当り一定の噴射量Ｑ１に設定する。但しガス投入（Ａ１）直後、燃料遮断用電磁弁３７の下流側の各配管内は、燃料ガスが１００％充満されておらず、そのため空気過剰率（主、副室内）は図２に示すような履歴をたどる。初爆（Ｂ）は、副室５内における混合気の空気過剰率が、点火プラグ１９の放電によりようやく着火して燃焼する値に到達した際に起こる。
【００２４】
インジェクタ１０による燃料の噴射量の調整は、レギュレータ１３による主室用燃料ガス供給通路１２内の圧力を調整すること、及び１サイクル当たりのインジェクタ１０の開期間を調整することにより行うことができる。また本発明（本実施の形態）において、燃料の噴射量とは、1サイクル当りに噴射される燃料量を意味している。
【００２５】
機関始動時（Ａ）においては、電磁弁１６は閉じておき、副室用燃料ガス供給通路１５経由による副室５への燃料ガスの供給は停止させておく。ガス投入（Ａ１）以降は、副室５には主室２を経由して燃料ガスが供給され、副室５内の混合気の空気過剰率はやがて点火プラグ１９により着火可能な空気過剰率となり、初爆（Ｂ）が起こる。
【００２６】
初爆（Ｂ）が起こると、図２のグラフで示すように機関回転数が右肩上がりに上がっていく。機関回転数が予め設定した１次回転数（Ｃ）（第１機関回転数）となるまでインジェクタ１０による燃料ガスの噴射量はコントローラ２２により一定（噴射量Ｑ１）に保たれている。
【００２７】
機関回転数の増加に伴う1サイクル当りの空気流量減少に伴い、副室５内の空気過剰率がリッチ側（過濃側）に偏り過ぎて失火するに至る前の機関回転数を１次回転数（Ｃ）（第1機関回転数）として予め設定しておく。本発明では、実際に空気過剰率を測定しているわけではないが、燃料の噴射量が増加するとリッチとなり、減少するとリーンになるものとして取扱っている。機関回転数が１次回転数（Ｃ）に達したことを機関回転数検知器２１が検出し、この検出信号をコントローラ２２が受けると、コントローラ２２はインジェクタ１０へ信号を送り、インジェクタ１０による主室２への燃料ガスの噴射量を減少させる。機関回転数が回転数（Ｄ）に達すると、コントローラ２２は電磁弁１６に開信号を送り、レギュレータ１７により調圧された燃料ガスが副室用燃料ガス供給通路１５を介して途中のチェックバルブ１８を押圧して開き、副室５内へ直接供給される（第２燃料供給手段）。
【００２８】
したがって、回転数（Ｄ）以降の副室５内の空気過剰率は、次第にリッチ（過濃）となる。１次回転数（Ｃ）は、定格回転数の５０〜８０％の範囲内に設定するのが好ましい。また、回転数（Ｄ）は、１次回転数（Ｃ）の１００〜１２０％程度の範囲内に設定するのが好ましい。
【００２９】
また、機関回転数が１次回転数に到達するまでの主室２への燃料ガスの供給量（噴射量Ｑ１）は、慣性力が小さい（特に機関始動直後の低回転時）ことに起因して大きな駆動トルクを必要とすることから、ガス機関１００を無負荷で定格回転数で運転させる際に必要な燃料ガス量の１〜４倍程度となるようにコントローラ２２がインジェクタ１０を動作させるようにするのが好ましい。
【００３０】
回転数（Ｄ）以降では、副室５内の空気過剰率が主室２内の空気過剰率とは無関係にリッチとなるので、副室５内の燃焼状態が一時的に悪化してトルク変動が生じ、機関回転数が変動することがある。このときインジェクタ１０（第1燃料供給手段）からの燃料の噴射量をＰＩＤ制御していると、さらに燃料噴射量を増量させてしまい、副室５内の空気過剰率がさらにリッチ側へシフトされて最悪の場合には失火に至ることも有り得る。そこで副室用燃料ガス供給通路１５を介した副室５への燃料供給（第２燃料供給手段）を開始した直後（図２では１次回転数（Ｃ）から２次回転数（Ｅ）の間）は、インジェクタ１０による燃料噴射量が予め設定されたＭＡＰ制御を行うことにより、副室５内の空気過剰率が可燃範囲を逸脱することを回避するのが好ましい。
【００３１】
さらに、温度検知器２４により検出された潤滑油温度が、高くなるほどインジェクタ１０による燃料の供給量が少なくなるようにするのが好ましく、潤滑油温度に対応する主室２への燃料ガスの好ましい供給量のマップをメモリ２９に記憶させ、コントローラ２２はこのマップに従ってインジェクタ１０を制御すると、ガス機関１００の始動性がより良好になる。
【００３２】
図４は、温度検知器２４で検出した潤滑油温度に対応してインジェクタ１０から噴射する燃料の噴射量（１サイクル当り）の割合を示すグラフである。始動時のガス機関１００の温度は季節（特に夏と冬）によって異なり、さらに運転していたガス機関１００を停止し、放熱が進む前に再起動する際の潤滑油温度はかなり高温である。ガス機関１００は高温であるほど潤滑油の粘性抵抗が小さくなって始動性が良好になり、そのため潤滑油温度（ガス機関１００の温度）が低温であるほど燃料の噴射量を増量させ、機関回転数が速やかに定格回転数に達するようにするのが好ましい。
【００３３】
ただし、空気過剰率を著しくリッチ側へ偏らせると可燃範囲を逸脱したり、排気ガスに含まれるＣＯ，ＨＣ等の有害成分が増えるので、例えば図４に示すように潤滑油温度が５０〜１００℃の燃料噴射量を６０とすると、０℃では１００となるように０℃から５０℃の間では潤滑油温度が低くなるほど一定割合で燃料噴射量を増量させるようにする。
【００３４】
副室５内に直接燃料ガスが供給され続けて副室５内の空気過剰率が次第にリッチとなり、失火に至る前の所定の機関回転数を２次回転数（Ｅ）（第２機関回転数）として予めメモリ２９に記憶しておく。機関回転数が１次回転数から２次回転数に達するまでは、ガス機関１００はコントローラ２２によるＭＡＰ制御が行われ、このＭＡＰ制御により主室２内の空気過剰率の調整が行われるようになっている。機関回転数が２次回転数（Ｅ）に達すると、コントローラ２２はＭＡＰ制御から実回転数と目標回転数の偏差によるＰＩＤ制御に切り換え、機関回転数が速やかに定格回転数に達するように燃料噴射量を調整する。ここで、２次回転数（Ｅ）は１次回転数（Ｃ）の１３０％程度に設定するのが好ましい。
【００３５】
図３は、請求項６の発明を実施した際の燃料の噴射期間と機関回転数の関係を示すグラフである。図３において、燃料ガスの噴射期間が短くなるということは、燃料ガスの噴射量が減少することを意味している。空気過剰率が過濃になることによる失火を回避するために、機関回転数が１次回転数（例えば図３に示す８００mｉｎ−１）に達するとインジェクタ１０からの燃料ガスの噴射量を徐々に減少させ、機関回転数（図２の回転数（Ｄ））が９４０mｉｎ−１なると副室用燃料ガス供給通路１５経由で副室５へ直接燃料ガスを供給し、２次回転数（Ｅ）１０００mｉｎ−１以降ではＭＡＰ制御からＰＩＤ制御に切り換える。
【００３６】
ＰＩＤ制御では実回転数と目標回転数の偏差を基にインジェクタ１０の燃料噴射量を設定するが、エンストとオーバシュートとを回避可能な目標回転数を設定するマップを予め用意してメモリ２９（記憶手段）に記憶させ、このマップに従ってコントローラ２２がＰＩＤ制御を行うようにする。このマップにおける目標回転数は回転数（Ｆ）に至るまでは可変であるが、回転数（Ｆ）に到達した後の目標回転数は定格回転数（一定）となる。
【００３７】
低い回転数から定格回転数に至るまでは、空気供給通路３内の空気流量は不安定であり、なおかつスロットル弁７（図１に示す調整弁）の開度を調整する制御を行うと、さらに主室２へ供給する空気の流量が不安定となる。したがって請求項１〜請求項６の発明では、機関回転数が定格回転数に達するまではスロットル弁７の開度は固定（不変）とし、空気流量の変動を最小限に抑えるようにするのが好ましい。
【００３８】
（請求項７の発明の実施例）
図５は、請求項７の発明を実施する際のスロットル開度の範囲を示すグラフである。セル始動時（クランキング開始時、又は機関始動時）においては、スロットル弁７（調整弁）の開度は図５に示すように３０〜５０％の範囲内に設定し、機関回転数が上昇するにつれてコントローラ２２から信号が伝達されたアクチュエータ８によりスロットル弁７の開度を徐々に大きくし、機関回転数が１次回転数に達した後は全開となるようにする。このようにスロットル弁７の開度を調整すると、初爆（Ｂ）が起こるまでの1サイクル当りに供給される空気量を極力少なくすることができ、これにより副室５内の空気過剰率が可燃範囲内に到達する時間を短縮する、すなわち初爆（B）までに要する時間を短縮することができる。さらに、機関回転数が1次回転数（Ｃ）に達した後は開度を全開に設定すると1サイクル当りの空気流量を増加させることができ、より多くの燃料を燃焼させることができるので、安定した燃焼を行いながら定格回転数に達するまでの時間を短縮することができる。
【００３９】
以上、説明した請求項１〜請求項７の発明は、過給機付きガス機関，無過給式ガス機関のいずれにも適用することができる。また、図１では副室式のガス機関１００を示したが、副室５を備えない単室式のガス機関についても請求項１〜３，６，７の発明は実施することができる。
【００４０】
【発明の効果】
請求項１の発明では、主室２（燃焼室）近傍の空気供給通路３内にインジェクタ１０（燃料供給手段）を設け、このインジェクタ１０による燃料ガスの噴射量を制御するコントローラ２２（ＰＩＤ制御手段）を設けたので、主室２内（燃焼室内）の空気過剰率を応答性よく変更することができ、主室２内（燃焼室内）の空気過剰率が可燃範囲を逸脱することによるエンジンストールと定格回転数を越えるオーバシュートとを回避することができる。
【００４１】
機関始動後、機関回転数を定格回転数まで上昇させる過程において、失火によるエンジンストールを回避することができ、かつ定格回転数に達する際のオーバシュートを小さくする又はゼロにすることができるので、ガス機関１００を安全に運転することができる。
【００４２】
請求項２の発明では、クランキング開始時から機関回転数が定格回転数の５０〜１００％の範囲内に達するまでの単位時間当りの空気供給通路３内への燃料ガスの供給量を一定に保ち、かつ、前記燃料供給量を無負荷定格回転数でガス機関１００を運転する際に必要な燃料供給量の１〜４倍となるように前記燃料供給手段を設定（インジェクタ１０からの燃料噴射量をコントローラ２２により調整）するようにしたので、請求項１の発明以上の効果を奏することができる。
【００４３】
請求項３の発明では、ガス機関１００の各部を冷却する潤滑油の温度を検出する温度検知器２４（潤滑油温度検出手段）を設け、温度検知器２４により検出された潤滑油温度が高くなるほど燃料供給量を少なくするように前記燃料供給手段を設定（インジェクタ１０からの燃料噴射量をコントローラ２２により調整）したので、請求項１の発明以上の効果を奏することができる。
【００４４】
請求項４の発明では、副室式のガス機関１００において、ガス機関１００の始動後、失火によるエンジンストールと定格回転数を超えるオーバシュートとを回避しながら機関回転数を速やかに定格回転数に到達させることができるので、安全かつ速やかな始動を行うことができる。
【００４５】
従来のガス機関のように、機関回転数をガス投入（Ａ１）以降からＰＩＤ制御すると、ガス機関の運転環境は気温や潤滑油温度等で異なり、複数のマップを用意して目標回転数を設定する必要があり、適切なマップを選定するだけでもシステムが煩雑となり、また、この煩雑なシステムを用意しないと、実際の機関回転数と目標とする機関回転数との偏差によるＰＩＤ制御が、エンジンストールを回避しながら行うことが困難である。
【００４６】
しかし請求項４の発明では、副室５内の空気過剰率が過濃となることにより可燃範囲を逸脱する前の所定の機関回転数を１次回転数（Ｃ）（第１機関回転数）として設定し、機関回転数が１次回転数（Ｃ）に達するまではＰＩＤ制御を行わず、１次回転数（Ｃ）に達してからＰＩＤ制御を行うようにしたので、始動時のガス機関の挙動を安定させることができる。
【００４７】
機関回転数が１次回転数（Ｃ）に達するまではＰＩＤ制御を行わず、１次回転数（Ｃ）に達してからＰＩＤ制御を行うようにした効果は、請求項１の発明でも同様に奏することができる。
【００４８】
請求項５の発明では、１次回転数の１２０％の機関回転数から定格回転数の間に２次回転数（Ｅ）（第２機関回転数）を設定し、第２燃料供給手段による副室用燃料ガス供給通路１５を介した副室５への燃料供給を開始した直後から、インジェクタ１０による燃料の噴射量を実回転数に対する最適な目標回転数を設定したＭＡＰに基いてＭＡＰ制御するようにしたので、副室５内の空気過剰率が可燃範囲を逸脱することを回避することができ、速やかに機関回転数を定格回転数に到達させることができるので、安全かつ速やかな始動を行うことができる。
【００４９】
請求項６の発明を実施すると、機関回転数が定格回転数に到達する際のオーバシュートを確実に防止することができるので、ガス機関１００の安全性を向上させることができる。
【００５０】
請求項７の発明では、燃焼室２（主室）への空気の供給をスロットル制御することにより、ガス投入（Ａ１）から初爆（Ｂ）に至るまでの時間を短縮することができ、さらに、機関回転数が1次回転数（Ｃ）に達した後は全開になるように設定するので、安定した燃焼を行いながら定格回転数に達するまでの時間を短縮することができる。
【００５１】
本発明（請求項１〜７の発明）においては、従来はその概念すら存在しなかった１次回転数（Ｃ）を見出して設定し、ＰＩＤ制御は機関回転数が１次回転数（Ｃ）を超えてから開始するようにしたので、ガス機関の様々な運転環境において良好な始動性を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 請求項１〜７の発明を実施するガス機関の系統略図である。
【図２】 請求項１〜７の発明によるガス機関の始動時（定格回転に達するまで）における機関回転数と燃料ガスの噴射量の関係を示すグラフである。
【図３】 請求項６の発明を実施した際の、機関始動直後における燃料の噴射期間と機関回転数とを比較する示すグラフである。
【図４】 請求項３の発明を実施した際の、潤滑油温度に対応する燃料噴射量の割合を示すグラフである。
【図５】 請求項７の発明を実施した際の初爆するのに要する時間とスロットル開度の関係を示すグラフである。
【図６】 本発明の実施対象であるＡＹＧ型のガス機関の空気及び燃料ガスの流通経路を示す系統略図である。
【図７】 従来のＮＨＬＧ型のガス機関の空気及び燃料ガスの流通経路を示す系統略図である。
【符号の説明】
１ 機関本体
２ 主室（燃焼室）
３ 空気供給通路
４ 排気通路
５ 副室
６ ターボチャージャ
６ａ コンプレッサ部
６ｂ タービン部
７ スロットル弁
８ アクチュエータ
９ インタクーラ
１０ インジェクタ（燃料供給手段，第1燃料供給手段）
１１ 吸気ポート
１２ 主室用燃料ガス供給通路
１３ レギュレータ
１４ ガスコンプレッサ
１５ 副室用燃料ガス供給通路
１６ 電磁弁
１７ レギュレータ
１８ チェックバルブ
１９ 点火プラブ
２０ フライホイール
２１ 機関回転数検知器
２２ コントローラ
２３ 潤滑油クーラ
２４ 温度検知器（潤滑油温度検出手段）
２５ 燃料ガス供給通路
２６ 吸気弁
２７ 排気弁
２８ 排気ポート
２９ メモリ（記憶手段）
３０〜３６ 信号線
３７ 燃料遮断用電磁弁
１００ ガス機関
Claims (7)
- 燃焼室へ空気を供給する空気供給通路の燃焼室近傍に燃料を供給する燃料供給手段と、
燃焼室への燃料噴射量を調整するコントローラと、
を備え、
燃焼室への空気流量が一定の状態で、
コントローラは、第１機関回転数から第２機関回転数の間は燃料噴射量を減少させ、第２機関回転数から定格回転数までは所定のＰＩＤ制御を行うものであり、
第１機関回転数は、機関回転数が燃焼室内の空気過剰率が過濃となることにより可燃範囲を逸脱する前の所定の回転数であり、
第１機関回転数から第２機関回転数の間は、可燃範囲から逸脱しないように燃料噴射量が減量される期間であり、
所定のＰＩＤ制御は、前記燃焼室内の空気過剰率が可燃範囲を逸脱することにより生じるエンジンストールと、定格回転数を超えるオーバシュートを回避可能に前記燃料供給手段による燃料の噴射量を調整する制御である、
ことを特徴とする始動時の燃料噴射量の制御機構を備えたガス機関。 - クランキング開始時から機関回転数が定格回転数の５０〜１００％の範囲内に達するまでの前記燃料供給手段による１サイクル当りの燃料噴射量を一定に保ち、かつ、前記燃料噴射量を無負荷定格回転数で運転する際に必要な燃料噴射量の１〜４倍に設定した請求項１に記載の始動時の燃料噴射量の制御機構を備えたガス機関。
- ガス機関各部を冷却する潤滑油の温度を検出する潤滑油温度検出手段を設け、前記潤滑油温度検出手段により検出された潤滑油温度が高くなるほど１サイクル当りの燃料噴射量を少なくするように前記燃料供給手段を設定した請求項１に記載の始動時の燃料噴射量の制御機構を備えたガス機関。
- 主室と副室とを設けたガス機関において、
主室へ空気を供給する空気供給通路の主室近傍に燃料を供給する第１燃料供給手段と、
主室を介さずに副室へ直接燃料を供給する第２燃料供給手段と、
主室及び副室への燃料噴射量を調整するコントローラと、
を備え、
主室及び副室への空気流量が一定の状態で、
コントローラは、第１機関回転数から第２機関回転数の間は主室への燃料噴射量を減少させ、第２機関回転数から定格回転数までは副室への燃料噴射量について所定のＰＩＤ制御を行うものであり、
第１機関回転数は、機関回転数が燃焼室内の空気過剰率が過濃となることにより可燃範囲を逸脱する前の所定の回転数であり、
第１機関回転数から第２機関回転数の間は、可燃範囲から逸脱しないように燃料噴射量が減量される期間であり、
所定のＰＩＤ制御は、前記主室内の空気過剰率が可燃範囲を逸脱することにより生じるエンジンストールと、定格回転数を超えるオーバシュートを回避可能に前記第１燃料供給手段による燃料の噴射量を調整する制御である、
ことを特徴とする始動時の燃料噴射量の制御機構を備えたガス機関。 - 前記第２機関回転数を前記第１機関回転数の１００〜１２０％の範囲内に設定し、
前記コントローラが、第１機関回転数から第２機関回転数の間において、第１燃料供給手段による燃料噴射量の調整は予め目標値が設定されたＭＡＰ制御により行う、請求項４に記載の始動時の燃料噴射量の制御機構を備えたガス機関。 - 機関回転数が第２機関回転数に達した後において、前記燃料供給手段又は第２燃料供給手段による燃料噴射量をＰＩＤ制御する際の目標機関回転数を記憶した記憶手段を設けた請求項１又は請求項４に記載の始動時の燃料噴射量の制御機構を備えたガス機関。
- 前記空気流量が一定とされる状態に代えて、セル始動時における前記燃焼室又は主室への空気の噴射量を調整する調整弁の開度を３０〜５０％の範囲内に設定し、機関回転数が上昇するにつれて前記調整弁の開度が大きくなるように設定し、機関回転数が前記第１機関回転数に達した後は全開となるように設定した請求項１又は請求項４に記載の始動時の燃料噴射量の制御機構を備えたガス機関。
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