JP4335840B2 - 発電用ディーゼルエンジンの燃料制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、過給機及びエンジンの燃料噴射量を制御可能な燃料噴射装置をそなえ、定格回転数で運転される発電機を駆動する発電用ディーゼルエンジンの燃料制御装置及び制御方法に関する。

ディーゼルエンジン、特に負荷変化の激しい車両用ディーゼルエンジンにおいては、エンジン負荷の急変時等において、燃料量の増加に空気量の増加が追従できずに黒煙が発生するのを回避するため、通常、給気圧力の検出値によって燃料噴射量を規制するブーストコンペンセータをそなえている。
また、大気圧を検出して、該大気圧によって吸気圧力を補正し、目標空燃比に設定する技術として、特許文献１（特開２０００−３８０１７８号公報）の技術が提供されている。

特開２０００−３８０１７８号公報

発電用ディーゼルエンジンは、起動から定格負荷のもとでの定格回転数（以下単に定格回転数という）に到達するまでの時間（以下整定時間という）が法規によって規定されている。
然るに、過給機（排気ターボ過給機）をそなえた発電用ディーゼルエンジンにおいては、エンジンの起動からアイドリング運転を経てエンジン負荷を増加させる際には、エンジン負荷の増加→ガバナーによる燃料噴射量の増加→排気エネルギーの増加→過給機タービン回転数の上昇→過給機コンプレッサ吐出空気量の増加→給気圧力の増加→燃料制御手段による給気圧力に適合した燃料噴射量の調整、の過程を経て、給気圧力に適合した燃料噴射量で運転される。

このため、エンジンの給気圧力を検出して該給気圧力検出値に適合するように燃料噴射量を制御する場合は、給気圧力の検出値相当の空気量に適合する燃料噴射量に整定するまでに前記のような過程を経ることから制御系の時定数が大きくなっており、前記制御過程での制御因子で時定数をさらに大きくするような因子が存在する場合には、図４にＣ線で示すように、エンジンの起動から定格回転数までの整定時間が長くなって前記規定の整定時間Ｔ_０を満足できない事態が発生することがある。

一方、エンジンの負荷変化を検出して該負荷変化の検出値に適合するように燃料噴射量を制御する場合は、図４のＡ線で示すように、前記負荷変化から燃料噴射量変化までの制御系の時定数は小さく応答性が大である。しかしながら、この場合は、過給機コンプレッサ吐出空気量に適合した燃料噴射量制御がなされてないため、急激な負荷変化がある場合等においては、燃料過多になって排煙状態が悪化することがある。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、エンジンの全運転域において空気量に適合した燃料噴射量を保持して、燃料消費率を低く保持し且つ良好な排煙状態を保持するとともに、燃料−空気制御系における適度な応答性を保持してエンジンの起動から定格回転数までの整定時間を常時規定の整定時間にて運転可能とした発電用ディーゼルエンジンの燃料制御装置及び制御方法を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、過給機及びエンジンの燃料噴射量を制御可能な燃料噴射装置をそなえ、定格回転数で運転される発電機を駆動する発電用ディーゼルエンジンの燃料制御装置において、エンジンの給気圧力を検出する給気圧力センサ及びエンジンの負荷を検出する負荷検出器をそなえるとともに、前記過給機の回転数を検出する過給機回転数検出器及びエンジンの排気圧力を検出する排気圧力センサのいずれか一方または双方をそなえ、さらに前記給気圧力センサから入力される給気圧力の検出値及び前記負荷検出器から入力されるエンジン負荷の検出値に基づき、前記燃料噴射量を該給気圧力及びエンジン負荷にそれぞれ対応する目標燃料噴射量に調整するとともに、前記過給機回転数検出器あるいは排気圧力センサから入力される過給機回転数あるいは排気圧力の検出値に基づき、前記燃料噴射量を該過給機回転数及び排気圧力のいずれか一方または双方にそれぞれ対応する目標燃料噴射量に調整する制御装置をそなえ、さらに、該制御装置には、前記給気圧力の検出値に対する目標燃料噴射量を給気圧力の上昇に従い増加するように補償する給気圧力補償部と、前記エンジン負荷の検出値に対する目標燃料噴射量をエンジン負荷の増大に従い増加するように補償する負荷補償部と、前記排気圧力の検出値に対する目標燃料噴射量を排気圧力の上昇に従い増加するように補償する排気圧力補償部および前記過給機回転数の検出値に対する目標燃料噴射量を過給機回転数の上昇に従って増加するように補償するタービン回転数補償部のいずれか一方または双方と、をそなえ、吸入空気量に適合した燃料噴射量を保持するように構成されてなることを特徴とする。

かかる発明において好ましくは、エンジンの排気温度を検出する排気温度センサをそなえ、前記制御装置は、前記排気温度センサから入力される排気温度の検出値に基づき、前記燃料噴射量を該排気温度に対応する目標燃料噴射量に調整するように構成する。

また、前記燃料制御装置をそなえた発電用ディーゼルエンジンの制御方法の発明は、過給機及びエンジンの燃料噴射量を制御可能な燃料噴射装置をそなえ、定格回転数で運転される発電機を駆動する発電用ディーゼルエンジンの燃料制御方法において、エンジンの給気圧力とエンジンの負荷（エンジン負荷）と過給機回転数及び排気圧力のいずれか一方または双方とをそれぞれ検出し、前記給気圧力の検出値、エンジン負荷の検出値、過給機回転数及び排気圧力のいずれか一方または双方の検出値の全てに対応し、前記エンジンの給気圧力に対する目標燃料噴射量を給気圧力の上昇に従い増加するように設定し、前記エンジン負荷の検出値に対する目標燃料噴射量をエンジン負荷の増大に従い増加するように設定し、前記排気圧力の検出値に対する目標燃料噴射量を排気圧力の上昇に従い増加するように設定し、前記過給機回転数の検出値に対する目標燃料噴射量を過給機回転数の上昇に従って増加するように設定して、吸入空気量に適合した燃料噴射量を保持するように制御することを特徴とする。

かかる発明によれば、エンジンの給気圧力及びエンジン負荷を検出して制御装置に入力するとともに、過給機回転数及び排気圧力のいずれか一方または双方をそれぞれ検出して制御装置に入力し、該制御装置において燃料噴射量を給気圧力及びエンジン負荷の検出値にそれぞれ対応し、且つ過給機回転数あるいは排気圧力の検出値のそれぞれ対応する（好ましくは、排気温度の検出値も加えて）燃料噴射量に調整するので、発電用ディーゼルエンジンにおいて、エンジン負荷の変化→ガバナーによる燃料噴射量の変化→排気エネルギーの変化→過給機タービン回転数の変化→過給機コンプレッサ吐出空気量の変化→給気圧力の変化→燃料制御手段による給気圧力に適合した燃料噴射量の調整、という制御過程で、従来技術に係る給気圧力及びエンジン負荷の検出による燃料噴射量の制御に加えて、過給機回転数あるいは排気圧力という過給機側の制御因子による燃料噴射量の制御を付加したことにより、前記制御過程における始期の制御因子であるエンジン負荷と終期の制御因子である給気圧力との中間段階での制御因子である前記過給機側の制御因子を付加することとなる。

従ってかかる発明によれば、制御の遅れが大きい給気圧力による燃料噴射量の制御に、制御の遅れが小さい過給機側の制御因子で補完することにより、適度な応答性を保持してエンジン空気量に正確に追従して黒煙の発生が回避された燃料噴射量の制御を行うことができる。
これにより、発電用ディーゼルエンジンの全運転域において、空気量に適合した燃料噴射量を保持して、燃料消費率を低く保持し且つ良好な排煙状態を保持するとともに、燃料−空気制御系における適度な応答性を保持してエンジンの起動から定格回転数までの整定時間を常時規定の整定時間にて運転できる。

本発明によれば、給気圧力及びエンジン負荷の検出による燃料噴射量の制御に加えて、過給機回転数あるいは排気圧力という、エンジン負荷と給気圧力との中間段階での制御因子である過給機側の制御因子による燃料噴射量の制御を付加したことにより、制御の遅れが大きい給気圧力による燃料噴射量の制御を、制御の遅れが小さい過給機側の制御因子で補完することにより、適度な応答性を保持してエンジン空気量に正確に追従して黒煙の発生が回避された燃料噴射量の制御を行うことが可能となって、発電用ディーゼルエンジンの全運転域において、空気量に適合した燃料噴射量を保持して、燃料消費率を低く保持し且つ良好な排煙状態を保持するとともに、燃料−空気制御系における適度な応答性を保持してエンジンの起動から定格回転数までの整定時間を常時規定の整定時間にて運転できる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の実施例に係る発電用ディーゼルエンジンの燃料制御装置の全体構成図である。
図において、１００はエンジン、１０１はピストン、１０２はシリンダライナ、１１１はシリンダヘッド、１０３はクランク軸、１０４は燃焼室、１０５は給気ポート、１０６は該給気ポート１０５を開閉する給気弁、１０７は排気ポート、１０８は該排気ポート１０７を開閉する排気弁である。

１１０は前記燃焼室１０４内に燃料を噴射する燃料噴射弁である。２２は燃料噴射装置で、後述する制御装置１０によって燃料噴射量及び燃料噴射タイミングを制御されて、高圧燃料を噴射管１１０ａを通して前記燃料噴射弁１１０に供給する。
１０９は前記エンジン１００のクランク軸１０３に直結駆動される発電機である。１０３ａはクランク軸心である。
２００は過給機（排気ターボ過給機）で、前記排気ポート１０７からの排気ガスによって駆動されるタービン（排気タービン）２０２及び該タービン２０２に直結駆動されるコンプレッサ２０１により構成される。

１はエンジン１００の負荷（つまり発電機１０９の負荷）を検出する負荷検出器、２は給気ポート１０５内の給気圧力を検出する給気圧力センサ、３は排気ポート１０７内の排気圧力を検出する排気圧力センサ、５は排気ポート１０７内の排気温度を検出する排気温度センサ、４は前記過給機２００のタービン回転数を検出するタービン回転数検出器、１０は制御装置である。
前記負荷検出器１からのエンジン負荷の検出値、給気圧力センサ２からの給気圧力の検出値、排気圧力センサ３からの排気圧力の検出値、排気温度センサ５からの排気温度の検出値、タービン回転数検出器４からのタービン回転数の検出値は前記制御装置１０に入力され、該制御装置１０はこれらの検出値に基づき燃料噴射量及び燃料噴射タイミングの制御、演算を行い、その制御信号を前記燃料噴射装置２２に出力する。

次に、かかる発電用ディーゼルエンジンの燃料制御装置の動作を説明する。図２は前記実施例における制御ブロック図である。
図２において、前記負荷検出器１からのエンジン負荷の検出値は前記制御装置１０の負荷補償部１６に入力され、前記給気圧力センサ２からの給気圧力の検出値は給気圧力補償部１７に入力され、排気圧力センサ３からの排気圧力の検出値は排気圧力補償部１８に入力され、タービン回転数検出器４からのタービン回転数の検出値はタービン補償部１９に入力され、排気温度センサ５からの排気温度の検出値は排気温度補償部２０に入力される。

１１は負荷補償量設定部で、エンジン負荷に対応する目標燃料噴射量が、エンジン負荷の増大に従い増加するように設定されている。１２は給気圧力補償量設定部で、給気圧力に対応する目標燃料噴射量が、給気圧力の上昇に従い増加するように設定されている。１３は排気圧力補償量設定部で、排気圧力に対応する目標燃料噴射量が、排気圧力の上昇に従い増加するように設定されている。
１４はタービン回転数補償量設定部で、タービン回転数に対応する目標燃料噴射量が、タービン回転数の増大に従い増加するように設定されている。１５は排気温度補償量設定部で、排気温度に対応する目標燃料噴射量が、排気温度の上昇に従い増加するように設定されている。

前記負荷補償部１６においては、前記エンジン負荷の検出値に対応する目標燃料噴射量を前記負荷補償量設定部１１から抽出して燃料噴射量算出部２１に入力する。前記給気圧力補償部１７においては、前記給気圧力の検出値に対応する目標燃料噴射量を前記給気圧力補償量設定部１２から抽出して燃料噴射量算出部２１に入力する。
前記排気圧力補償部１８においては、前記排気圧力の検出値に対応する目標燃料噴射量を前記排気圧力補償量設定部１３から抽出して燃料噴射量算出部２１に入力する。前記タービン回転数補償部１９においては、前記タービン回転数の検出値に対応する目標燃料噴射量を前記タービン回転数補償量設定部１４から抽出して燃料噴射量算出部２１に入力する。前記排気温度補償部２０においては、前記排気温度の検出値に対応する目標燃料噴射量を前記排気温度補償量設定部１５から抽出して燃料噴射量算出部２１に入力する。

燃料噴射量算出部２１では、エンジンの起動から定格回転数への回転数及び負荷上昇時において、前記エンジン負荷の検出値に対応する目標燃料噴射量、前記給気圧力の検出値に対応する目標燃料噴射量、前記排気圧力の検出値に対応する目標燃料噴射量、前記タービン回転数の検出値に対応する目標燃料噴射量、及び排気温度の検出値に対応する目標燃料噴射量に基づき、エンジン負荷、給気圧力、排気圧力、タービン回転数及び排気温度の全てに対応し、且つ図３に示すような、前記エンジンの起動からクランキング、アイドリングを経て定格回転数まで設定された基準時間Ｔ_０（通常１０〜４０秒）内に到達可能な燃料噴射量モードを算出して、前記燃料噴射装置２２に出力する。
尚、前記タービン回転数あるいは排気圧力のいずれか一方を検出して、前記制御装置１０による前記のような燃料噴射量制御を行ってもよく、また排気温度の検出を省略してもよい。

かかる実施例によれば、エンジン負荷、給気圧力、過給機回転数及び排気圧力のいずれか一方または双方、好ましくは排気温度をそれぞれ検出して制御装置１０に入力し、該制御装置１０において、燃料噴射量を、エンジン負荷、給気圧力、過給機回転数及び排気圧力のいずれか一方または双方、好ましくは排気温度のそれぞれ対応する燃料噴射量に調整するので、発電用ディーゼルエンジンにおいて、エンジン負荷の変化→ガバナーによる燃料噴射量の変化→排気エネルギーの変化→過給機タービン回転数の変化→過給機コンプレッサ吐出空気量の変化→給気圧力の変化→制御装置１０による給気圧力に適合した燃料噴射量の調整、という制御過程で、従来技術と同様な給気圧力及びエンジン負荷の検出による燃料噴射量の制御に加えて、過給機回転数あるいは排気圧力という過給機側の制御因子による燃料噴射量の制御を付加したことにより、前記制御過程における始期の制御因子であるエンジン負荷と終期の制御因子である給気圧力との中間段階での制御因子である前記過給機側の制御因子を付加して燃料噴射量の制御を行うことが可能となる。

従ってかかる実施例によれば、図４のＣ線に示すように、制御の遅れが大きい給気圧力による燃料噴射量の制御に、図４のＢ線に示すような制御の遅れが小さい過給機側の制御因子で補完することにより、適度な応答性を保持してエンジン空気量に正確に追従し、黒煙の発生が回避された燃料噴射量の制御を行うことができる。
これにより、発電用ディーゼルエンジンの全運転域において、空気量に適合した燃料噴射量を保持して、燃料消費率を低く保持し且つ良好な排煙状態を保持するとともに、燃料−空気制御系における適度な応答性を保持してエンジン１００の起動から定格回転数までの整定時間を常時規定の整定時間にて運転できる。

本発明によれば、エンジンの全運転域において空気量に適合した燃料噴射量を保持して、燃料消費率を低く保持し且つ良好な排煙状態を保持できるとともに、燃料−空気制御系における適度な応答性を保持してエンジンの起動から定格回転数までの整定時間を常時規定の整定時間にて運転可能とした発電用ディーゼルエンジンの燃料制御装置を提供できる。

本発明の実施例に係る発電用ディーゼルエンジンの燃料制御装置の全体構成図である。 前記実施例における制御ブロック図である。 発電用ディーゼルエンジンの運転特性線図である。 発電用ディーゼルエンジンの運転特性線図である。

１ 負荷検出器
２ 給気圧力センサ
３ 排気圧力センサ
４ タービン回転数検出器
５ 排気温度センサ
１０ 制御装置
２２ 燃料噴射装置
１００ エンジン
１０３ クランク軸
１０４ 燃焼室
１０５ 給気ポート
１０６ 給気弁
１０７ 排気ポート
１０８ 排気弁
１０９ 発電機
１１０ 燃料噴射弁
２００ 過給機（排気ターボ過給機）
２０１ コンプレッサ
２０２ タービン（排気タービン）

Claims (3)

1. 過給機及びエンジンの燃料噴射量を制御可能な燃料噴射装置をそなえ、定格回転数で運転される発電機を駆動する発電用ディーゼルエンジンの燃料制御装置において、
   エンジンの給気圧力を検出する給気圧力センサ及びエンジンの負荷を検出する負荷検出器をそなえるとともに、前記過給機の回転数を検出する過給機回転数検出器及びエンジンの排気圧力を検出する排気圧力センサのいずれか一方または双方をそなえ、さらに前記給気圧力センサから入力される給気圧力の検出値及び前記負荷検出器から入力されるエンジン負荷の検出値に基づき、前記燃料噴射量を該給気圧力及びエンジン負荷にそれぞれ対応する目標燃料噴射量に調整するとともに、前記過給機回転数検出器あるいは排気圧力センサから入力される過給機回転数あるいは排気圧力の検出値に基づき、前記燃料噴射量を該過給機回転数及び排気圧力のいずれか一方または双方にそれぞれ対応する目標燃料噴射量に調整する制御装置をそなえ、
   さらに、該制御装置には、前記給気圧力の検出値に対する目標燃料噴射量を給気圧力の上昇に従い増加するように補償する給気圧力補償部と、前記エンジン負荷の検出値に対する目標燃料噴射量をエンジン負荷の増大に従い増加するように補償する負荷補償部と、前記排気圧力の検出値に対する目標燃料噴射量を排気圧力の上昇に従い増加するように補償する排気圧力補償部および前記過給機回転数の検出値に対する目標燃料噴射量を過給機回転数の上昇に従って増加するように補償するタービン回転数補償部のいずれか一方または双方と、をそなえ、吸入空気量に適合した燃料噴射量を保持するように構成されてなることを特徴とする発電用ディーゼルエンジンの燃料制御装置。
2. エンジンの排気温度を検出する排気温度センサをそなえ、前記制御装置は、前記排気温度センサから入力される排気温度の検出値に基づき、前記燃料噴射量を該排気温度に対応する目標燃料噴射量に調整するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の発電用ディーゼルエンジンの燃料制御装置。
3. 過給機及びエンジンの燃料噴射量を制御可能な燃料噴射装置をそなえ、定格回転数で運転される発電機を駆動する発電用ディーゼルエンジンの燃料制御方法において、
   エンジンの給気圧力とエンジンの負荷（エンジン負荷）と過給機回転数及び排気圧力のいずれか一方または双方とをそれぞれ検出し、前記給気圧力の検出値、エンジン負荷の検出値、過給機回転数及び排気圧力のいずれか一方または双方の検出値の全てに対応し、前記エンジンの給気圧力に対する目標燃料噴射量を給気圧力の上昇に従い増加するように設定し、前記エンジン負荷の検出値に対する目標燃料噴射量をエンジン負荷の増大に従い増加するように設定し、前記排気圧力の検出値に対する目標燃料噴射量を排気圧力の上昇に従い増加するように設定し、前記過給機回転数の検出値に対する目標燃料噴射量を過給機回転数の上昇に従って増加するように設定して、吸入空気量に適合した燃料噴射量を保持するように制御することを特徴とする発電用ディーゼルエンジンの燃料制御方法。

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