JP6239402B2 - ガスエンジン及びその運転制御方法 - Google Patents
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Description
図示のガスエンジンは、ピストン(不図示)とシリンダヘッド1との間にメイン燃焼室である主室60が画定され、さらに、シリンダヘッド1の上部には、副室口金2の内部に副室4が形成されている。この副室4は、主室60と噴孔3を介して連通されている。
なお、図中の符号1aは水室、6aは逆止弁挿入孔6sの中心線、9は逆止弁ホルダ、10は点火プラグである。
このように、逆止弁6を用いて副室4へ燃料ガスを供給するガスエンジンは、運転条件によって逆止弁6の開弁タイミングや開弁期間が変化するため、燃料ガスの流量制御を適切に行うことが困難であるという問題を有している。
さらに、燃料ガスのメタン価や成分が地域や季節のような環境によって変化することや、ガスエンジンの機関経年変化により同一出力における副室内圧力が変化してくる可能性もあるため、これらも燃料ガスの流量制御を困難にする要因となる。
本発明は、上記の課題を解決するためになされたもので、その目的とするところは、燃焼室に副室を備えて燃料ガスの供給を逆止弁で制御するガスエンジンにおいて、運転効率の向上や燃焼変動の抑制を実現できるガスエンジン及びその運転制御方法を提供することにある。
本発明の第1態様に係るガスエンジンは、ピストンとシリンダヘッドとの間に画定される主室と、該主室と噴孔を介して連通される副室と、該副室に燃料ガスを供給する副室ガス供給路と、を備え、燃料ガス供給圧力と前記主室側の筒内圧との圧力差により開閉期間が決まる逆止弁により前記副室への燃料ガス供給を制御するガスエンジンであって、前記副室に供給する燃料ガス量を算出する燃料ガス量演算部と、前記副室ガス供給路から前記副室に供給する燃料ガス供給圧力を制御する燃料ガス供給圧力制御部と、前記逆止弁の開弁タイミング及び開弁期間を検出する開弁状態検出部と、を備え、前記燃料ガス供給圧力制御部は、前記開弁タイミング及び前記開弁期間の検出値に基づいて前記燃料ガス供給圧力の調整を行うことを特徴とするものである。
図1は、本実施形態に係るガスエンジンの副室周りを示す要部断面図である。このガスエンジンは、メイン燃焼室である主室60と、副室4と、副室ガス供給路14とを備え、副室4において点火プラグ10により混合気を着火してトーチ火炎を生成し、このトーチ火炎を主室60に向かって噴出することにより、主室60にある混合気を燃焼するようになっている。
なお、副室口金2は、その上部の副室上面を点火プラグ押え13及び押え金具12により押圧されてシリンダヘッド1に固定され、点火プラグ10は、点火プラグ押え13内に取付けシート面を介して固定されている。
また、点火プラグ押え13の側部には、逆止弁上方室28と連通するように、副室ガス供給路14の一端が接続されている。
そして、本実施形態のガスエンジンは、副室4に供給する燃料ガス量を算出する燃料ガス量演算部となる燃料ガス量演算装置30と、副室ガス供給路14から副室4に供給する燃料ガス供給圧力を制御する燃料ガス供給圧力制御部となる燃料ガス供給圧制御装置40及び圧力制御弁41と、逆止弁6の開弁タイミング及び開弁期間を検出する開弁状態検出部となる開弁タイミング・開弁期間検知装置(以下、「検知装置」と呼ぶ)50を備えている。
この燃料ガス量演算装置30では、入力された検出データ等に基づいて、副室4に供給する燃料ガス量を算出する。ここで算出された燃料ガス量は、燃料ガス供給圧制御装置40に入力される。
圧力制御弁41は、開度信号に応じて開度を変化させる動作をする。このため、副室ガス供給路14へ略一定の圧力で供給される燃料ガスは、圧力制御弁41の開度に応じて副室4へ供給する燃料ガス供給圧力が調整される。
燃料ガス供給圧力制御装置40は、検知装置50からの入力データに基づいて、逆止弁6の開弁タイミングが設定より遅く、かつ、開弁期間が設定より短い場合に燃料ガス供給圧力を上げ、開弁タイミングが設定より早く、かつ、開弁期間が設定より長い場合に燃料ガス供給圧力を下げる。
また、上述した燃料ガス供給圧力の制御は、エンジン回転数31及び負荷信号(kW信号)32により逆止弁6の目標開弁タイミングまたは開弁期間をマッピングし、検知装置50により得られた実際の開弁タイミングまたは開弁期間と比較するものであるが、燃料性状33や外気温度34を加えて3Dマッピングとして制御することも可能である。
この場合、最も低い筒内圧がPs1に対して燃料ガス供給圧力も最も低いP1とし、最も高い筒内圧がPs3に対して燃料ガス供給圧力も最も低いP3とすることで、燃料ガス供給圧力と筒内圧との差圧を一定にすることができる。
このため、ガスエンジンの起動時には、起動時間の短縮や燃料ガス消費量の削減を実現するとともに、安定したエンジン立ち上げが可能となる。また、このような制御を行うガスエンジンは、低回転数や低負荷での運転時において、ガスエンジンの熱効率向上及び燃焼変動の抑制が可能となる。
すなわち、検知装置50から得られた逆止弁6の計測結果に基づいて、副室6へ供給する燃料ガスの圧力を制御することにより、燃料ガスの組成変化や地域差にも対応可能となる。従って、ガスエンジンの仕様をその都度変更しなくても、熱量の異なる燃料ガスや運転時の温度条件変動等にも対応可能となり、1つの種類で多くの地域や運転条件をカバーできるガスエンジンを提供することが可能になる。
このように、検知装置50を代表気筒に設けることにより、検知装置50の数を最小限に抑えて燃料ガスの供給量を適正に調整することができる。
このため、逆止弁6が実際に動作した開弁タイミング及び開弁期間を反映したフィードバック制御により、適切な燃料ガスの流量制御が可能になる。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、その要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
2 副室口金
3 噴孔
4 副室
5 連絡孔
6 逆止弁
6s 逆止弁挿入孔
9 逆止弁ホルダ
10 点火プラグ
14 副室ガス供給路
30 燃料ガス量演算装置(燃料ガス量演算部)
40 燃料ガス供給圧制御装置(燃料ガス供給圧力制御部)
41 圧力制御弁(燃料ガス供給圧力制御部)
50 開弁タイミング・開弁期間検知装置(開弁状態検出部)
51 ギャップセンサ
60 主室
Claims (6)
- ピストンとシリンダヘッドとの間に画定される主室と、該主室と噴孔を介して連通される副室と、該副室に燃料ガスを供給する副室ガス供給路と、を備え、
燃料ガス供給圧力と前記主室側の筒内圧との圧力差により開閉期間が決まる逆止弁により前記副室への燃料ガス供給を制御するガスエンジンであって、
前記副室に供給する燃料ガス量を算出する燃料ガス量演算部と、
前記燃料ガス量となるように前記副室ガス供給路から前記副室に供給する燃料ガス供給圧力を制御する燃料ガス供給圧力制御部と、
前記逆止弁の弁体の移動に基づいて前記逆止弁の開閉動作を検出して、前記逆止弁の開弁タイミング及び開弁期間を検出する開弁状態検出部と、を備え、
前記燃料ガス供給圧力制御部は、前記開弁タイミング及び前記開弁期間の検出値に基づいて前記燃料ガス供給圧力の調整を行うガスエンジン。 - 前記燃料ガス供給圧力の調整は、
前記開弁タイミングが設定より遅く、かつ、前記開弁期間が設定より短い場合に前記燃料ガス供給圧力を上げ、
前記開弁タイミングが設定より早く、かつ、前記開弁期間が設定より長い場合に前記燃料ガス供給圧力を下げることを特徴とする請求項1に記載のガスエンジン。 - 前記燃料ガス供給圧力の調整は、前記筒内圧の変化に応じてなされることを特徴とする請求項1に記載のガスエンジン。
- 前記開弁状態検出部を複数から選択した一つの代表気筒に設け、他の気筒の前記燃料ガス供給圧力制御部は、前記代表気筒に追従した制御を行うことを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のガスエンジン。
- ピストンとシリンダヘッドとの間に画定される主室と、該主室と噴孔を介して連通される副室と、該副室に燃料ガスを供給する副室ガス供給路と、を備え、
燃料ガス供給圧力と前記主室側の筒内圧との圧力差により開閉期間が決まる逆止弁により前記副室への燃料ガス供給を制御するガスエンジンの運転制御方法であって、
前記副室に供給する燃料ガス量を燃料ガス量演算部で算出し、前記燃料ガス量となるように前記副室ガス供給路から前記副室に供給する燃料ガス供給圧力を燃料ガス供給圧力制御部で制御するとともに、
前記逆止弁の弁体の移動に基づいて前記逆止弁の開閉動作を検出して、前記逆止弁の開弁タイミング及び開弁期間を検出した検出値に基づいて前記燃料ガス供給圧力の調整を行うガスエンジンの運転制御方法。 - ピストンとシリンダヘッドとの間に画定される主室と、該主室と噴孔を介して連通される副室と、該副室に燃料ガスを供給する副室ガス供給路と、を備え、
燃料ガス供給圧力と前記主室側の筒内圧との圧力差により開閉期間が決まる逆止弁により前記副室への燃料ガス供給を制御するガスエンジンの運転制御方法であって、
前記副室に供給する燃料ガス量を燃料ガス量演算部で算出し、前記燃料ガス量となるように前記副室ガス供給路から前記副室に供給する燃料ガス供給圧力を燃料ガス供給圧力制御部で制御するとともに、
開弁状態検出部で、前記逆止弁の弁体の移動に基づいて前記逆止弁の開閉動作を事前に検出して、事前に検出した前記逆止弁の開弁タイミング及び開弁期間と前記燃料ガス供給圧力及び前記筒内圧との関係を示すデータベースを作成し、該データベースに基づいて前記燃料ガス供給圧力の調整を行うガスエンジンの運転制御方法。
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