JP4452200B2 - Gas engine with EGR system and method of operating the same - Google Patents
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Description
本発明は、燃料ガスと空気とをミキサーで混合し、この混合気をスロットル弁により開閉される給気通路を通してエンジンに供給して着火燃焼せしめるとともに、EGRガス(排気再循環ガス)をEGR弁により開閉されるEGR通路を通してエンジンに供給可能に構成されたEGRシステム付きガスエンジン、及び該ガスエンジンの運転方法に関する。 In the present invention, fuel gas and air are mixed by a mixer, and the mixture is supplied to an engine through an air supply passage that is opened and closed by a throttle valve to be ignited and burned, and EGR gas (exhaust gas recirculation) is supplied to an EGR valve. The present invention relates to a gas engine with an EGR system configured to be able to be supplied to an engine through an EGR passage opened and closed by the above, and a method for operating the gas engine.
燃料ガスと空気とをミキサーで混合し、この混合気を給気通路を通してエンジンに供給して着火燃焼せしめるとともに、EGRガス(排気再循環ガス)をEGR弁により開閉されるEGR通路を通してエンジンに供給するように構成されたEGRシステム付きガスエンジンの1つに、特許文献1(特開平10−131742号公報)にて提案された技術がある。 Fuel gas and air are mixed by a mixer, and this mixture is supplied to the engine through the supply air passage for ignition and combustion, and EGR gas (exhaust gas recirculation) is supplied to the engine through the EGR passage opened and closed by the EGR valve. As one of the gas engines with an EGR system configured as described above, there is a technique proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 10-131742.
かかる技術においては、燃料ガスと空気とをミキサーで混合するとともに、排気通路中の排気ガスから分流されたEGRガスをEGR弁により開閉されるEGR通路を通して、前記ミキサー出口の給気通路に設置されたEGR混合器に送り込み、該EGR混合器において前記ミキサーからの混合気とEGRガスとを混合してエンジンに供給して着火燃焼せしめるガスエンジンにおいて、負荷投入時の限界負荷率に達するまでは前記EGR弁を閉弁してEGRを停止し、前記限界負荷率を超える高負荷時においてEGR弁を開弁してEGRを行なうことにより、ノッキング限界を上昇させるように構成されている。 In such a technique, fuel gas and air are mixed by a mixer, and EGR gas diverted from the exhaust gas in the exhaust passage is installed in an air supply passage at the mixer outlet through an EGR passage opened and closed by an EGR valve. In a gas engine that is fed to an EGR mixer, mixes the air-fuel mixture from the mixer and EGR gas in the EGR mixer and supplies the mixture to the engine for ignition and combustion. The EGR valve is closed to stop the EGR, and when the load is higher than the limit load factor, the EGR valve is opened to perform the EGR, thereby increasing the knocking limit.
燃料ガスと空気とをミキサーで混合し、この混合気をスロットル弁により開閉される給気通路を通してエンジンに供給して着火燃焼せしめるように構成されたガスエンジンにおいては、低負荷運転時や低温で空気密度が小さくエンジンの吸入空気量(重量)が大きい運転時には、エンジン出力が目標出力よりも過大になるため、通常は、スロットル弁の開度を小さくして運転している。
このため、前記のようなスロットル弁の開度を小さくしての運転時には、該スロットル弁の通路が絞られていることによるポンプ損失が大きくなって、エンジンの熱効率が低下するという事態が発生する。
In a gas engine configured to mix fuel gas and air with a mixer and supply the mixture to the engine through an air supply passage opened and closed by a throttle valve to cause ignition and combustion, the gas engine is operated at low load or at low temperatures. When the engine is operated with a low air density and a large intake air amount (weight), the engine output becomes larger than the target output. Therefore, the engine is normally operated with a small throttle valve opening.
For this reason, during operation with the throttle valve opening reduced as described above, the pump loss due to the throttle valve passage being throttled increases, and the engine thermal efficiency decreases. .
然るに、前記特許文献1(特開平10−131742号公報)にあっては、EGRシステムをそなえたガスエンジンにおいて、エンジンの負荷投入時の限界負荷率に達するまではEGRを停止し、前記限界負荷率を超える高負荷時においてEGR弁を開弁してEGRを行なうことによりノッキング限界を上昇させる手段が開示されているにとどまり、EGRを制御してエンジンの低負荷運転時や低温給気運転時における、エンジンのポンプ損失についてはまったく触れられていない。 However, in Patent Document 1 (Japanese Patent Laid-Open No. 10-131742), in a gas engine equipped with an EGR system, EGR is stopped until the limit load factor at the time of engine load is reached, and the limit load is reduced. Only means for increasing the knocking limit by opening the EGR valve and performing EGR at a high load exceeding the rate is disclosed, and the EGR is controlled to operate the engine at a low load or at a low temperature air supply operation. There is no mention of engine pump loss.
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、エンジンの低負荷運転時や低温給気下の運転時におけるスロットル弁の絞りに伴うエンジンのポンプ損失を低減し、該ポンプ損失による熱効率の低下を防止して、結果としてかかる運転時における熱効率を上昇し得るEGRシステム付きガスエンジンを提供することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention reduces engine pump loss caused by throttle valve throttle during low load operation of the engine or operation under low temperature air supply, and prevents a decrease in thermal efficiency due to the pump loss. As a result, an object of the present invention is to provide a gas engine with an EGR system that can increase the thermal efficiency during such operation.
本発明はかかる目的を達成するもので、燃料ガスと空気とをミキサーで混合し、この混合気をスロットル弁により開閉される給気通路を通してエンジンに供給して着火燃焼せしめるとともに、排気通路中の排気ガスから分流されたEGRガス(排気再循環ガス)をEGR弁により開閉されるEGR通路を通してエンジンに供給可能に構成されたEGRシステム付きガスエンジンの運転方法において、給気温度が一定温度を超える運転域のとき、前記エンジンの運転特性により規定された基準スロットル開度によって運転され、給気温度が前記一定温度以下の低温運転域のとき、前記スロットル弁の開度を前記エンジンの運転特性により規定された基準スロットル開度よりも開度増加量ΔSだけ大きい過大開度に設定するとともに、該過大開度の期間中に前記EGR弁を開いて前記開度増加量ΔSに相当する混合気量に対応する流量のEGRガスを前記混合気とともにエンジンに供給し、エンジンに供給される燃料ガスと空気の混合気中の空気量の割合を前記EGRガスによって低下してエンジン出力を目標出力に保持することを特徴とする。 The present invention achieves such an object. Fuel gas and air are mixed by a mixer, and this mixture is supplied to an engine through an air supply passage opened and closed by a throttle valve to be ignited and burned. In an operation method of a gas engine with an EGR system configured to be able to supply EGR gas (exhaust gas recirculation gas) branched from exhaust gas to the engine through an EGR passage opened and closed by an EGR valve, the supply air temperature exceeds a certain temperature when operation range, is operated by the reference throttle opening defined by the operating characteristics of the engine, when the supply air temperature is cold operation range below the predetermined temperature, the opening degree of the throttle valve by the operation characteristics of the engine and sets an excessive degree larger by opening increment ΔS than prescribed reference throttle opening,該過large opening The EGR gas in the flow rate of the EGR valve opening corresponding to the air-fuel mixture amount corresponding to the opening increase amount ΔS is supplied to the engine together with the air-fuel mixture during the mixing of fuel gas and air supplied to the engine The ratio of the air amount in the engine is reduced by the EGR gas to maintain the engine output at the target output .
また、かかるガスエンジンの運転方法に用いる装置の発明は、燃料ガスと空気とをミキサーで混合し、この混合気をスロットル弁により開閉される給気通路を通してエンジンに供給して着火燃焼せしめるとともに、排気通路中の排気ガスから分流されたEGRガス(排気再循環ガス)をEGR弁により開閉されるEGR通路を通してエンジンに供給可能に構成されたEGRシステム付きガスエンジンにおいて、前記エンジンの給気温度を検出する給気温度センサを設け、該給気温度センサの検出値が一定温度を超える運転域のとき、エンジンの運転特性により規定された基準スロットル弁開度によって運転するコントローラを備え、該コントローラは、該給気温度センサの検出値が前記一定温度以下の低温運転域のとき、前記エンジンの運転特性により規定された基準スロットル弁開度よりも開度増加量ΔSだけ大きい過大開度に設定するスロットル弁開度設定手段と、該過大開度の期間中に前記EGR弁を開いて前記開度増加量ΔSに相当する混合気量に対応する流量のEGRガスを給気中に供給可能な開度に設定するEGR弁開度設定手段とをそなえ、前記スロットル弁開度設定手段による過大開度設定期間中において前記EGR弁開度設定手段により設定されたEGR弁開度によってEGRガスを前記混合気とともに前記エンジンに供給せしめて、エンジンに供給される燃料ガスと空気の混合気中の空気量の割合をEGRガスによって低下してエンジン出力を目標出力に保持可能に構成したことを特徴とする。 In addition, the invention of the apparatus used for the operation method of the gas engine mixes fuel gas and air with a mixer, supplies the mixture to the engine through an air supply passage opened and closed by a throttle valve, and ignites and burns it. In a gas engine with an EGR system configured to be able to supply EGR gas (exhaust gas recirculation gas) branched from exhaust gas in an exhaust passage to an engine through an EGR passage opened and closed by an EGR valve, an air supply temperature of the engine is set. An air supply temperature sensor for detecting is provided, and when the detected value of the air supply temperature sensor is in an operating range exceeding a certain temperature, a controller that operates according to a reference throttle valve opening degree defined by an engine operating characteristic is provided. when the detected value of the fed-air temperature sensor is cold operation range below the predetermined temperature, the operation of the engine The opening is opened and the throttle valve opening setting means, said EGR valve during the該過large opening to be set excessive opening larger by opening increment ΔS than the reference throttle valve opening defined by gender It includes the increase ΔS corresponding flow rate of the EGR gas in the mixed gas quantity corresponding to the opening can be fed into the air supply and an EGR valve opening setting means for setting an excessive opening by the throttle valve opening setting means The EGR gas is supplied to the engine together with the mixture by the EGR valve opening set by the EGR valve opening setting means during the degree setting period, and the air in the mixture of fuel gas and air supplied to the engine The engine is characterized in that the engine output can be maintained at the target output by reducing the ratio of the amount by EGR gas .
かかる発明によれば、給気温度が一定温度を超える運転域のときは、エンジンの運転特性により規定される基準スロットル開度によって運転され、給気温度が前記一定温度以下の低温運転域のとき、スロットル弁開度設定手段によってスロットル弁の開度をエンジンの運転特性により規定された基準スロットル開度よりも開度増加量ΔSだけ大きい過大開度に設定するとともに、EGR弁開度設定手段によってEGR弁を開くとともに、前記開度増加量ΔSに相当する混合気量に対応する流量のEGRガスを給気中に供給可能な開度になるように設定して、EGRガスを混合気とともにエンジンに供給せしめるように構成したので、給気温度の低温時においてエンジンが所定出力(目標出力)よりも過大な過大出力となっているとき、スロットル弁を基準開度よりも大きい過大開度に設定して実際の混合気量を規定混合気量よりも増加するとともに、EGR弁を開放してEGRガスを前記混合気と混合し、この混合給気をエンジンに供給することにより、スロットル弁開度を前記過大開度に設定した状態であっても、該給気中の新気(混合気)の割合をEGRガスによって小さくして燃焼を抑制できる。 According to the present invention, when the operating range of the supply air temperature exceeds a predetermined temperature, is operated by the reference throttle opening defined by the operating characteristics of the engine, when the supply air temperature is cold operation range below the certain temperature The throttle valve opening setting means sets the opening of the throttle valve to an excessive opening that is larger by the opening increase amount ΔS than the reference throttle opening defined by the engine operating characteristics, and by the EGR valve opening setting means. While opening the EGR valve and setting the opening so that the EGR gas having a flow rate corresponding to the air-fuel mixture amount corresponding to the opening increase amount ΔS can be supplied during the air supply, the EGR gas is mixed with the engine and the engine. When the engine has an excessive output that is higher than the predetermined output (target output) when the supply air temperature is low, the slot is The valve is set to an excessive opening larger than the reference opening to increase the actual air-fuel mixture amount above the specified air-fuel mixture amount, and the EGR valve is opened to mix the EGR gas with the air-fuel mixture. By supplying the supply air to the engine, even when the throttle valve opening is set to the excessive opening, the ratio of fresh air (air mixture) in the supply air is reduced by EGR gas and combustion is performed. Can be suppressed.
これにより、給気温度の低温時において、スロットル弁開度を前記過大開度に設定してもエンジン出力を所定出力(目標出力)に抑えて運転でき、従って給気温度の低温時において、スロットル弁の通路が絞られていることによるポンプ損失を低減することが可能となり、該ポンプ損失によるエンジンの熱効率の低下を防止でき、結果としてかかる給気温度の低温運転時におけるエンジンの熱効率を上昇することができる。
また、前記給気温度の低温時において、EGRガスを混合気と混合してなる混合給気をエンジンに供給するので、スロットル弁開度を過大開度に設定した状態での混合給気中のEGRガスの比率が大きくなってNOxの低減効果が向上する。
As a result, when the supply air temperature is low, the engine output can be suppressed to a predetermined output (target output) even if the throttle valve opening is set to the excessive opening. Therefore, when the supply air temperature is low, the throttle It is possible to reduce the pump loss due to the throttle of the valve being prevented, and it is possible to prevent a decrease in the thermal efficiency of the engine due to the pump loss, resulting in an increase in the thermal efficiency of the engine during low temperature operation of the supply air temperature. be able to.
Further, when the supply air temperature is low, the mixture supply air, which is a mixture of EGR gas and the mixture gas, is supplied to the engine. The ratio of EGR gas is increased, and the NOx reduction effect is improved.
かかる発明において、具体的には次の(1),(2)のように構成するのが好ましい。
(1)前記EGR通路を前記給気通路の前記スロットル弁の下流部位に接続して、該スロットル弁を通った混合気に前記EGRガスを混合する。
スロットル弁下流にEGRガスを混合した場合、吸気側との圧力差が大きいためEGRガス量を十分確保できる。その結果、スロットル弁を過度な開度に設定でき、ポンプ損失を低減できる。
(2)前記EGR通路を前記ミキサーの上流側の空気通路に接続し、該空気通路中の空気に前記EGRガスを混合して前記ミキサーに導入する。
このように構成すれば、ミキサーの上流側で空気とEGRガスとを混合してから、ミキサーにてEGRガスが混合した空気と燃料ガスとを混合するので、EGRガスと燃料ガス−空気の混合気(新気)との混合時間を確保することが可能となり、給気の希薄化を促進できて、NOxの発生量を低減できる。
In this invention, specifically, it is preferable to configure as the following (1) and (2).
(1) The EGR passage is connected to a portion of the air supply passage downstream of the throttle valve, and the EGR gas is mixed with the air-fuel mixture that has passed through the throttle valve.
When EGR gas is mixed downstream of the throttle valve, a sufficient amount of EGR gas can be secured because of a large pressure difference from the intake side. As a result, the throttle valve can be set to an excessive opening, and pump loss can be reduced.
(2) The EGR passage is connected to an air passage on the upstream side of the mixer, and the EGR gas is mixed with the air in the air passage and introduced into the mixer.
If comprised in this way, after mixing air and EGR gas in the upstream of a mixer, since the air and fuel gas which EGR gas mixed in the mixer are mixed, mixing of EGR gas and fuel gas-air Mixing time with the air (fresh air) can be ensured, the dilution of the supply air can be promoted, and the amount of NOx generated can be reduced.
以上のように本発明によれば、エンジンの給気温度の低温時において、新気とEGRとの混合給気をエンジンに供給することにより、スロットル弁開度を過大開度に設定した状態であっても、給気中の新気の割合をEGRガスによって小さくすることができて、エンジン出力を所定出力(目標出力)に抑えて運転でき、従って前記給気温度の低温時において、スロットル弁の通路が絞られていることによるポンプ損失を低減することが可能となり、該ポンプ損失によるエンジンの熱効率の低下を防止でき、結果としてかかる給気温度の低温運転時におけるエンジンの熱効率を上昇することができる。
また、前記給気温度の低温時において、EGRガスを混合気と混合してなる混合給気をエンジンに供給するので、スロットル弁開度を過大開度に設定した状態での混合給気中のEGRガスの比率が大きくなってNOxの低減効果が向上する。
As described above, according to the present invention, when the supply air temperature of the engine is low, a mixed supply of fresh air and EGR is supplied to the engine, so that the throttle valve opening is set to an excessive opening. Even so, the ratio of fresh air in the supply air can be reduced by the EGR gas, and the engine output can be suppressed to a predetermined output (target output), so that the throttle valve can be operated when the supply air temperature is low. It is possible to reduce the pump loss due to the narrowing of the passage of the engine, prevent a decrease in the engine thermal efficiency due to the pump loss, and as a result, increase the engine thermal efficiency during low temperature operation of the supply air temperature. Can do.
Further, when the supply air temperature is low, the mixture supply air, which is a mixture of EGR gas and the mixture gas, is supplied to the engine. The ratio of EGR gas is increased, and the NOx reduction effect is improved.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
図1は本発明の第1実施例に係るEGRシステムを備えたガスエンジンの全体構成図である。
図1において、100はエンジン、101は該エンジンのシリンダ(この例では6シリンダ)、112はクランク軸、103は給気マニホールド、114は給気管、104は排気マニホールド、105は排気管である。111はエアクリーナ、113は燃料ガス供給管、110は前記燃料ガス供給管113からの燃料ガスをエアクリーナ111を経た空気と混合して希薄混合気を生成するミキサー、4は前記エンジン100に供給される前記希薄混合気の流量を調整するスロットル弁、41は該スロットル弁4を駆動するスロットル弁駆動装置である。
FIG. 1 is an overall configuration diagram of a gas engine equipped with an EGR system according to a first embodiment of the present invention.
In FIG. 1, 100 is an engine, 101 is a cylinder of the engine (6 cylinders in this example), 112 is a crankshaft, 103 is an air supply manifold, 114 is an air supply pipe, 104 is an exhaust manifold, and 105 is an exhaust pipe. 111 is an air cleaner, 113 is a fuel gas supply pipe, 110 is a mixer that mixes fuel gas from the fuel
102は前記排気管105から分岐されて前記給気管114に接続され該排気管105を流れる排気ガスの一部(EGRガス)を給気管114に還流するEGR管である。該EGR管102は、前記給気管114の前記スロットル弁4の下流部位に接続して(8は給気管114とEGR管との合流部)、該スロットル弁4を通った混合気に前記EGRガスを混合するようになっている。
該EGR管102には前記EGRガスを冷却するEGRクーラ107、及び該EGRガスの流量を調整するEGR弁3が設置されている。31は該EGR弁3を駆動するEGR弁駆動装置である。
The EGR
5は前記エンジン100の回転数(エンジン回転数)を検出するエンジン回転数検出器、6は前記エンジン100の負荷(エンジン負荷)を検出する負荷検出器、1は前記給気管114内における給気の温度を検出する給気温度センサである。
2はコントローラで、前記エンジン回転数検出器5からエンジン回転数の検出値、前記負荷検出器6からエンジン負荷の検出値、前記給気温度センサ1から給気温度の検出値が入力され、これらの検出値に基づき、後述する手段で前記スロットル弁4及びEGR弁3を開閉制御する。
かかる第1実施例において、燃料ガス供給管113を通して供給された燃料ガスは、ガスミキサー110においてエアクリーナ111を経た空気と混合されて希薄混合気となる。該希薄混合気からなる給気は給気管114を通り、前記スロットル弁4で流量制御される。
そして、前記コントローラ2の制御によって前記EGR弁3が開かれると、EGR管102を通ったEGRガスが希薄混合気からなる給気と混合され、EGRガスと希薄混合気との混合ガスからなる給気が、給気マニホールド103を経て各シリンダ101内に供給され、該シリンダ101内において前記EGRガス混入の混合気による低NOx燃焼が行われる。
In the first embodiment, the fuel gas supplied through the fuel
When the
かかる第1実施例においては、前記のように、該EGR管102を前記給気管114の前記スロットル弁4の下流部位に接続して、該スロットル弁4を通った混合気にEGRガスを混合するようになっており、スロットル弁下流にEGRガスを混合した場合、吸気側との圧力差が大きいためEGRガス量を十分確保できる。その結果、スロットル弁を過度な開度に設定でき、ポンプ損失を低減できる。
In the first embodiment, as described above, the
図2は本発明の第2実施例に係るEGRシステムを備えたガスエンジンの全体構成図である。
この第2実施例においては、前記EGR管102を前記ミキサー110の上流側の給気管(空気通路)114に接続し(7はEGR管102の接続部)、該給気管(空気通路)114中の空気に前記EGRガスを混合して前記ミキサー110に導入するように構成している。
その他の構成は図1に示す第1実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
かかる第2実施例によれば、ミキサー110の上流側で空気とEGRガスとを混合してから、該ミキサー110にてEGRガスが混合した空気と燃料ガスとを混合するので、EGRガスと燃料ガス−空気の混合気(新気)との混合時間を確保することが可能となり、給気の希薄化を促進できて、NOxの発生量を低減できる。
FIG. 2 is an overall configuration diagram of a gas engine equipped with an EGR system according to a second embodiment of the present invention.
In the second embodiment, the
Other configurations are the same as those of the first embodiment shown in FIG. 1, and the same members are denoted by the same reference numerals.
According to the second embodiment, the air and the EGR gas are mixed on the upstream side of the
次に、前記第1実施例及び第2実施例におけるコントローラの制御動作について説明する。図3は前記第1実施例及び第2実施例におけるスロットル弁及びEGR弁の開度制御のブロック図である。
図3において、前記エンジン回転数検出器5からのエンジン回転数の検出値、前記負荷検出器6からのエンジン負荷の検出値、及び前記給気温度センサ1からの給気温度の検出値は、前記コントローラ2のEGR弁開度算出部21及びスロットル弁開度算出部23に入力される。
Next, the control operation of the controller in the first and second embodiments will be described. FIG. 3 is a block diagram of the opening control of the throttle valve and the EGR valve in the first and second embodiments.
In FIG. 3, the detected value of the engine speed from the
24はスロットル弁開度設定部で、図4に示すように、エンジンの一定負荷L1以下の低負荷運転域において、前記スロットル弁4の開度をエンジン100の運転特性により規定された基準開度S0よりもΔSだけ大きい過大開度S1に設定している。
あるいは、スロットル弁開度設定部においては、図5に示すように、前記給気温度が一定温度Ts0以下の低温運転域において、前記スロットル弁4の開度をエンジン100の運転特性により規定された基準開度S0よりも開度増加量ΔSだけ大きい過大開度S1に設定してもよい。
尚、前記スロットル弁4の開度を全運転域において全開とすることも可能である。
22はEGR弁開度設定部で、前記スロットル弁4の開度が前記過大開度S1にあるとき、前記EGR弁3を開くとともに、該EGR弁3の開度を、前記開度増加量ΔSに相当する混合気流量に対応する流量のEGRガスを前記給気中に供給可能な開度になるように設定している。
Alternatively, in the throttle valve opening setting unit, as shown in FIG. 5, the opening of the
It should be noted that the opening degree of the
An EGR valve
前記スロットル弁開度算出部23においては、前記負荷検出器6からのエンジン負荷の検出値が前記スロットル弁開度設定部24に設定された一定負荷L1以下のときは前記スロットル弁4の開度を基準開度S0よりも開度増加量ΔSだけ大きい過大開度S1に増大してスロットル弁駆動装置31に出力する。あるいは、前記給気温度センサ1からの給気温度の検出値が前記一定温度Ts0以下のとき前記スロットル弁4の開度を基準開度S0よりも開度増加量ΔSだけ大きい過大開度S1に増大して前記スロットル弁駆動装置31に出力してもよい。これにより、前記スロットル弁駆動装置31はスロットル弁4の開度を前記過大開度S1にシフトせしめる。
In the throttle valve opening
一方、前記EGR弁開度算出部21においては、前記負荷検出器6からのエンジン負荷の検出値が前記スロットル弁開度設定部24に設定された一定負荷L1以下となり、あるいは
給気温度の検出値が前記一定温度Ts0以下となって、前記スロットル弁4の開度を基準開度S0よりも開度増加量ΔSだけ大きい過大開度S1に増大したとき、EGR弁開度設定部22に設定されたEGR弁3の開度、即ち前記スロットル弁4の開度増加量ΔS相当の混合気流量に対応する流量のEGRガスを給気中に供給可能な開度、に該EGR弁3の開度を設定して、EGR弁駆動装置41に出力する。これにより、前記EGR弁駆動装置41は、EGR弁3の開度を前記EGR弁開度設定部22に設定された開度に保持せしめる。
前記以外の通常運転時には、前記エンジン回転数及びエンジン負荷の検出値に対応するスロットル弁開度及びEGR弁開度で以って運転される。
On the other hand, in the EGR valve opening
During normal operation other than the above, the engine is operated with the throttle valve opening and the EGR valve opening corresponding to the detected values of the engine speed and engine load.
かかる第1,第2実施例によれば、エンジン100の一定負荷L1以下の低負荷運転時、あるいは給気温度が一定温度Ts0以下の低温時に、コントローラ2のスロットル弁開度算出部(スロットル弁開度設定手段)23によってスロットル弁4の開度をエンジンの運転特性により規定された基準開度S0よりも開度増加量ΔSだけ大きい過大開度S1に設定するとともに、EGR弁開度算出部(EGR弁開度設定手段)によってEGR弁3を開放してEGRガスを混合気とともにエンジン100に供給せしめるように構成したので、図6のように、前記低負荷運転時あるいは給気温度の低温時においてエンジンが所定出力(目標出力)よりも過大な過大出力(スロットル弁4の開度A1相当)となっているとき、スロットル弁4を基準開度A2よりも大きい過大開度A3あるいはA4に設定して実際の混合気量を規定混合気量よりも増加するとともに、EGR弁3を開放しEGRガスを前記混合気と混合してなる混合給気をエンジンに供給することにより、スロットル弁開度を前記過大開度に設定した状態であっても、該給気中の新気の割合をEGRガスによって小さくできる。
According to the first and second embodiments, the throttle valve opening calculation unit (throttle valve) of the
これにより、前記低負荷運転時あるいは給気温度の低温時において、スロットル弁4開度を前記過大開度に設定してもエンジン出力を所定出力(目標出力)に保持して運転でき、従って前記低負荷運転時あるいは給気温度の低温時において、スロットル弁4の通路が絞られていることによるポンプ損失を、図4の過大出力相当損失B1からB3あるいはB4のように低減することが可能となり、該ポンプ損失によるエンジンの熱効率の低下を防止でき、結果としてかかる低負荷あるいは給気温度の低温運転時におけるエンジンの熱効率を図4のC1からC3あるいはC4のように上昇することができる。
また、前記低負荷運転時あるいは給気温度の低温時において、EGRガスを混合気と混合してなる新気とEGRとの混合給気をエンジン100に供給するので、スロットル弁4開度を過大開度に設定した状態での混合給気中のEGRガスの比率が大きくなってNOxの低減効果が向上する。
As a result, during the low load operation or when the supply air temperature is low, the engine output can be maintained at a predetermined output (target output) even if the
Further, during the low-load operation or when the supply air temperature is low, the mixed supply of fresh air and EGR, which is a mixture of EGR gas and air-fuel mixture, is supplied to the
本発明によれば、エンジンの低負荷運転時や低温給気下の運転時におけるスロットル弁の絞りに伴うエンジンのポンプ損失を低減可能となり、該ポンプ損失による熱効率の低下を防止でき、結果としてかかる運転時における熱効率を上昇し得るEGRシステム付きガスエンジンを提供できる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, it becomes possible to reduce the pump loss of the engine accompanying the throttle valve throttle at the time of low load operation of the engine or operation under low temperature air supply, and it is possible to prevent a decrease in thermal efficiency due to the pump loss. A gas engine with an EGR system that can increase the thermal efficiency during operation can be provided.
1 給気温度センサ
2 コントローラ
3 EGR弁
4 スロットル弁
5 エンジン回転数検出器
6 負荷検出器
31 EGR弁駆動装置
41 スロットル弁駆動装置
100 エンジン
101 シリンダ
102 EGR管
103 給気マニホールド
104 排気マニホールド
105 排気管
113 燃料ガス供給管
114 給気管
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Supply
Claims (4)
給気温度が一定温度を超える運転域のとき、前記エンジンの運転特性により規定された基準スロットル開度によって運転され、
給気温度が前記一定温度以下の低温運転域のとき、前記スロットル弁の開度を前記エンジンの運転特性により規定された基準スロットル開度よりも開度増加量ΔSだけ大きい過大開度に設定するとともに、該過大開度の期間中に前記EGR弁を開いて前記開度増加量ΔSに相当する混合気量に対応する流量のEGRガスを前記混合気とともにエンジンに供給し、エンジンに供給される燃料ガスと空気の混合気中の空気量の割合を前記EGRガスによって低下してエンジン出力を目標出力に保持することを特徴とするEGRシステム付きガスエンジンの運転方法。 Fuel gas and air are mixed by a mixer, and this mixture is supplied to the engine through an air supply passage that is opened and closed by a throttle valve to be ignited and combusted, and EGR gas (exhaust gas recirculation) separated from the exhaust gas in the exhaust passage. In the operation method of the gas engine with an EGR system configured to be able to supply the circulating gas) to the engine through the EGR passage opened and closed by the EGR valve,
When the supply air temperature is in the operating range exceeding a certain temperature, the engine is operated with the reference throttle opening degree defined by the operating characteristics of the engine,
When the supply air temperature is cold operation range below the predetermined temperature, it sets the degree of opening of the throttle valve to a large excessive degree by degree increment ΔS than the reference throttle opening defined by the operating characteristics of the engine At the same time, during the period of the excessive opening, the EGR valve is opened to supply the EGR gas having a flow rate corresponding to the air-fuel mixture amount corresponding to the opening increase amount ΔS together with the air-fuel mixture to the engine. A method for operating a gas engine with an EGR system , wherein the ratio of the amount of air in a mixture of fuel gas and air is reduced by the EGR gas to maintain the engine output at a target output .
前記エンジンの給気温度を検出する給気温度センサを設け、該給気温度センサの検出値が一定温度を超える運転域のとき、エンジンの運転特性により規定された基準スロットル弁開度によって運転するコントローラを備え、
該コントローラは、該給気温度センサの検出値が前記一定温度以下の低温運転域のとき、前記エンジンの運転特性により規定された基準スロットル弁開度よりも開度増加量ΔSだけ大きい過大開度に設定するスロットル弁開度設定手段と、該過大開度の期間中に前記EGR弁を開いて前記開度増加量ΔSに相当する混合気量に対応する流量のEGRガスを給気中に供給可能な開度に設定するEGR弁開度設定手段とをそなえ、前記スロットル弁開度設定手段による過大開度設定期間中において前記EGR弁開度設定手段により設定されたEGR弁開度によってEGRガスを前記混合気とともに前記エンジンに供給せしめて、エンジンに供給される燃料ガスと空気の混合気中の空気量の割合をEGRガスによって低下してエンジン出力を目標出力に保持可能に構成したことを特徴とするEGRシステム付きガスエンジン。 Fuel gas and air are mixed by a mixer, and this mixture is supplied to the engine through an air supply passage that is opened and closed by a throttle valve to be ignited and combusted. EGR gas (exhaust gas In the gas engine with the EGR system configured to be able to supply the circulating gas) to the engine through the EGR passage opened and closed by the EGR valve,
An air supply temperature sensor for detecting the air supply temperature of the engine is provided, and when the detected value of the air supply temperature sensor is in an operating range exceeding a certain temperature, the engine is operated at a reference throttle valve opening degree defined by the engine operating characteristics. With a controller,
The controller, when the detected value of the fed-air temperature sensor is cold operation range below the predetermined temperature, a large excess opening by opening increment ΔS than the reference throttle valve opening defined by the operating characteristics of the engine A throttle valve opening setting means for setting the valve to open, and during the period of the excessive opening, the EGR valve is opened to supply EGR gas at a flow rate corresponding to the air-fuel mixture amount corresponding to the opening increase amount ΔS during supply. equipped with an EGR valve opening degree setting means for setting a possible opening, EGR by the EGR valve opening degree set by the EGR valve opening setting means during excessive travel set period by the throttle valve opening setting means Gas is supplied to the engine together with the mixture, and the ratio of the amount of air in the mixture of fuel gas and air supplied to the engine is reduced by the EGR gas and the engine output is set to the target output. A gas engine with an EGR system, characterized in that it can be held in
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