JP6404782B2

JP6404782B2 - エンジン装置

Info

Publication number: JP6404782B2
Application number: JP2015146085A
Authority: JP
Inventors: 良一萩原; 修山岸; 池田　直弥; 直弥池田
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2015-07-23
Filing date: 2015-07-23
Publication date: 2018-10-17
Anticipated expiration: 2035-07-23
Also published as: JP2017025818A

Description

本願発明は、駆動源となるエンジン装置に関するもので、特に、燃料ガスによる燃焼に基づき出力軸を回転させるエンジン装置に関するものである。

従来より、例えばタンカーや輸送船等の船舶や陸上の発電施設においては、その駆動源としてディーゼルエンジンが利用されている。しかしながら、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、環境保全の妨げになる有害物質となる、窒素酸化物、硫黄酸化物及び粒子状物質等が多く含まれている。そのため、近年では、ディーゼルエンジンの代替となるエンジンとして、有害物質の発生量を低減できるガスエンジンなどが普及されつつある。

天然ガスといった燃料ガスを用いて動力を発生させるいわゆるガスエンジンは、空気に燃料ガスを混合した混合ガスをシリンダに供給して燃焼させる（特許文献１参照）。更には、ディーゼルエンジンの特性とガスエンジンの特性それぞれを組み合わせたエンジン装置として、天然ガス等の気体燃料（燃料ガス）を空気と混合させて燃焼室に供給して燃焼させる予混合燃焼方式と、重油等の液体燃料を燃焼室内に噴射して燃焼させる拡散燃焼方式とを併用できるデュアルフューエルエンジンが提供されている（特許文献２及び特許文献３参照）。

自動車用のガソリンエンジンにおいて、運転動作の安定化のために、失火頻度を推定して燃料噴射モードを切り換える制御装置（特許文献４参照）や、失火判定における回転限界の関数に点火角に対する限界値をパラメータとして含めた運転方法（特許文献５参照）が開示されている。

特開２００３−２６２１３９号公報特開２００２−００４８９９号公報特開２００８−２０２５４５号公報特開平０９−３０３１８９号公報特開２００５−０３６８０８号公報

ところで、予混合燃焼方式で駆動させたデュアルフューエルエンジンやガスエンジンでは、出力が大きくなるほど、空燃比に対するノッキング領域及び失火領域が大きくなるという特性を備えるため、適正な空燃比（空気流量/燃料流量）に制御する必要がある。もし、空燃比が適正値からずれると、例えば、空気流量が多すぎる場合（空燃比が大きい場合）は、失火が発生し、エンジンの回転数が不安定になり、最終的には、エンジンが停止する。一方、空気流量が少なすぎる場合（空燃比が小さい場合）は、ノッキングが発生し、エンジンの部品（ピストンやライナ等）を損傷させる。ここで、ノッキングは、シリンダ内で火炎伝播する過程において、燃焼していない個所が、高温高圧になり自着火することで発生する。

ノッキングは、点火時期を遅く（リタード）させることで回避することができる。これは、点火時期を遅角させることで、燃焼の開始時期が適正値から遅くなり、燃焼が緩慢になるからである。しかしながら、点火時期を遅角させることでノッキングを回避させた場合、ガスエンジンやデュアルフューエルエンジンにおいて、予混合燃焼方式による燃焼動作を実行している際、その燃焼効率を低下させてしまうという問題がある。

特に、船舶用や発電機用となる大型のエンジン装置においては、吸気マニホールドの容積が大きいことから、制御量に対して、吸気マニホールドから供給される空気量の応答性に遅れが生じる。そのため、ガスエンジンやデュアルフューエルエンジンによる大型のエンジン装置は、自動車用のガソリンエンジン等とは異なり、ノッキング発生の検出に基づいて制御した場合、必要な空気量に合わせた点火時期に設定することが困難であるばかりか、現状の空気量に応じた点火時期とすることもままならない。従って、ノッキング発生後にノッキングを抑制させることができるものの、ノッキングの発生事態をあらかじめ予測して抑止できないだけでなく、燃焼効率の低下を招いてしまう。

そこで、本願発明は、上記のような現状を検討して改善を施したエンジン装置を提供することを技術的課題とするものである。

本願発明は、シリンダ内へ空気を供給させる吸気マニホールドと、前記吸気マニホールドから供給される空気に燃料ガスを混合させて前記シリンダに吸気するガスインジェクタと、前記燃料ガスを空気に予混合させた予混合燃料を前記シリンダ内で着火させる着火装置とを備え、エンジン装置において、前記シリンダ内の予混合燃料における空気量の不足を判定する制御部を備えており、該制御部は、空気量が不足していると判定した場合に、前記着火装置による点火時期を段階的に遅角制御する一方で、空気量が充足していると判定した場合、前記点火時期を段階的に進角制御するというものである。

上記エンジン装置において、前記制御部は、遅角制御中において、遅角限界値に達した場合に遅角制御を停止する一方、進角制御中において、前記点火時期が通常運転時のものとなった場合、進角制御を停止するものとしても構わない。

上記エンジン装置において、前記制御部は、前記吸気マニホールドで測定された吸気マニホールド圧力を測定圧力として受け、前記吸気マニホールドで目標値となる目標圧力から前記測定圧力を減じた差分が所定差分圧力より大きいとき、空気量が不足しているものと判定するものとしても構わない。また、前記制御部は、前記吸気マニホールドで測定された空気流量を測定流量として受け、前記吸気マニホールドで目標値となる目標流量から前記測定流量を減じた差分が所定差分流量より大きいとき、空気量が不足しているものと判定するものとしても構わない。更に、前記制御部は、前記エンジンの出力変化量が所定量より大きいとき、空気量が不足しているものと判定するというものとしても構わない。

本願発明によると、空気量の不足時において点火時期を段階的に遅角制御するため、ノッキングの発生を検知することなく、ノッキングの発生を低減できるだけでなく、必要以上に点火時期を遅角させることを防止して、燃焼効率の低下を抑制できる。また、吸気マニホールド内の空気量の過不足を予測判定することで点火時期を設定できるため、大型エンジンのように大容積となる吸気マニホールドを具備するものであっても、点火時期を最適に設定することができる。従って、エンジン装置の燃焼効率の低下を抑制できるものでありながら、ノッキング発生を抑止して安定した運転を実行できる。

本発明の実施形態における船舶の全体側面図である。機関室の平面説明図である。機関室の平面説明図である。本発明の実施形態におけるエンジン装置の吸排気路の構成を示す概略図である。同エンジン装置におけるシリンダヘッド内の模式的に表した概略図である。同エンジン装置の制御ブロック図である。同エンジン装置の側面図である。同エンジン装置の平面図である。同エンジン装置の拡大斜視図である。同エンジン装置における空気流量制御の動作を示すフローチャートである。同エンジン装置における空気流量制御の動作を示すタイムチャートである。燃料ガス噴射量制御の動作を示す模式図である。目標吸気マニホールド圧力マップ補正制御の動作を示すフローチャートである。目標吸気マニホールド圧力マップ補正制御の動作を示す模式図である。目標副燃料ガス圧マップ補正制御の動作を示すフローチャートである。エンジン制御装置による点火時期の設定制御の動作を示すフローチャートである。同タイムチャートである。エンジン制御装置による点火時期の設定制御の第１変形例を示すフローチャートである。エンジン制御装置による点火時期の設定制御の第２変形例を示すフローチャートである。別実施形態となるエンジン制御装置による点火時期の設定制御の動作を示すフローチャートである。

以下に、本願発明を具体化した実施形態を、電気推進船に搭載される発電機構に適用した場合の図面に基づいて説明する。

まず始めに、船舶の概要について説明する。図１〜図３に示すように、本実施形態の船舶１は、船体２と、船体２の船尾側に設けられたキャビン３（船橋）と、キャビン３の後方に配置されたファンネル４（煙突）と、船体２の後方下部に設けられた一対のプロペラ５及び舵６とを備えている。この場合、船尾側の船底７に一対のスケグ８が一体形成されている。各スケグ８には、プロペラ５を回転駆動させる推進軸９が軸支される。各スケグ８は、船体２の左右幅方向を分割する船体中心線ＣＬ（図３参照）を基準にして左右対称状に形成されている。すなわち、第１実施形態では、船体２の船尾形状としてツインスケグが採用されている。

船体２内の船首側及び中央部には船倉１０が設けられており、船体２内の船尾側には機関室１１が設けられている。機関室１１には、プロペラ５の駆動源なる推進機構１２が船体中心線ＣＬを挟んだ左右に振り分けて一対配置されている。各推進機構１２から推進軸９に伝達された回転動力にて、各プロペラ５は回転駆動する。機関室１１には、各推進機構１２等への電力供給を制御する電力制御盤１３と、電力制御盤１３を通じて供給する電力を発生させる複数基（本実施形態では３基）の発電機構１４とが設けられている。機関室１１の内部は、甲板及び内底板にて上下に仕切られている。第１実施形態の推進機構１２、電力制御板１３、及び発電機構１４、機関室１１最下段の内底板上に設置されている。なお、詳細は図示していないが、船倉１０は複数の区画に分割されている。

図２及び図３に示すように、推進機構１２は、プロペラ５の駆動源である推進モータ装置１５（実施形態ではデュアルフューエルエンジン）と、推進モータ装置１５の動力を推進軸９に伝達する減速機２２とを組み合わせたものである。また、発電機構１４は、供給する電力を発電する発電機２３と、発電機２３の駆動源である中速エンジン装置２１とを組み合わせたものである。ここで、「中速」のエンジンとは、毎分５００〜１０００回転程度の回転速度で駆動するものを意味している。ちなみに、「低速」のエンジンは毎分５００回転以下の回転速度で駆動し、「高速」のエンジンは毎分１０００回転以上の回転速度で駆動する。実施形態のエンジン装置２１は中速の範囲内（毎分７００〜７５０回転程度）で定速駆動するように構成されている。

エンジン装置２１の後面側からエンジン出力軸２４の後端側が突出している。エンジン出力軸２４の後端側に発電機２３が動力伝達可能に連結されている。発電機構１４では、エンジン装置２１により発電機２３を回転駆動することで、発電機２３が発電電力を電力制御盤１３に送電する。電力制御盤１３は、各発電機２３から送電された電力の一部を、推進モータ装置１５に供給し、推進モータ装置１５を回転駆動させる。また、電力制御盤１３は、各発電機２３による発電電力を、推進モータ装置１５以外の船体２内の電気系統にも供給する。

推進モータ装置１５は、電力制御盤１３からの電力に基づいて、回転駆動する推進モータ装置１５の動力は、モータ出力軸１６の後端側から減速機２２を介して、推進軸９に伝達される。推進モータ装置１５の動力の一部は、減速機２２によって減速されて、推進軸９に伝達される。減速機２２からの減速動力にてプロペラ５が回転駆動する。なお、プロペラ５には、プロペラ羽根の翼角変更によって船速を調節可能な可変ピッチプロペラが採用されている。

次に、上記船舶１における発電機構１４として用いられるエンジン装置であるガスエンジン装置の構成について、図３〜図９を参照して説明する。ガスエンジン装置２１（以下、単に「エンジン装置２１」と呼ぶ）は、天然ガス等の燃料ガスを空気に混合させて燃焼させる予混合燃焼方式により駆動する。図４は、エンジン装置２１における吸排気系統を示す図であり、図５は、エンジン装置２１におけるシリンダヘッド内の模式的に表した概略図であり、図６は、エンジン装置２１における制御ブロック図である。

図３に示すように、エンジン装置２１は、船舶２に設けられたガス燃料タンク３２と気化装置３４及びガスバルブユニット３５を介して接続しており、燃料ガス供給路を構成している。ガス燃料タンク３２は、気体である燃料ガスを液化させた液化燃料ガスを貯蔵している。気化装置３４は、ガス燃料タンク３２の液化燃料（燃料ガス）を気化させ、ガスバルブユニット３５を介してエンジン装置２１に送る。なお、ガスバルブユニット３５は密閉構造となっており、ガス配管から燃料ガスが漏洩した場合、ユニット内のガス圧を検出することでガス漏れが確認でき、エンジンを緊急停止できる。

エンジン装置２１は、主燃料ガス流路３０及び副燃料ガス流路３１によりガスバルブユニット３５と接続している。主燃料ガス流路３０は、主燃料ガス圧力調整器１１０を具備しており、主燃料ガス圧力調整器１１０で、ガスバルブユニット３５からエンジン装置２１に供給する燃料ガスのガス圧を調整している。主燃料ガス流路３０は、主燃料ガス圧力調整器１１０を具備しており、主燃料ガス圧力調整器１１０で、後述のガスインジェクタ９８（図４参照）より主室Ｍ（図５参照）に供給する燃料ガスのガス圧を調整している。また、副燃料ガス流路３１は、副燃料ガス圧力調整器１１１を具備しており、副燃料ガス圧力調整器１１０で、後述のチェックバルブ８９（図５参照）より副室Ｓ（図５参照）に供給する燃料ガスのガス圧を調整している。

エンジン装置２１は、図４に示すように、後述のシリンダブロック２５に複数の気筒（シリンダ）３６（本実施形態では６気筒）を直列に並べた構成を有している。各気筒３６は、シリンダブロック２５内に構成される吸気マニホールド（吸気流路）６７と吸気ポート３７を介して連通している。各気筒３６は、後述のシリンダヘッド２６上方に配置される排気マニホールド（排気流路）４４と排気ポート３８を介して連通している。各気筒３６における吸気ポート３７に、ガスインジェクタ９８を配置する。

従って、吸気マニホールド６７からの空気が、吸気ポート３７を介して各気筒３６に供給される一方、各気筒３６からの排ガスが、排気ポート３８を介して排気マニホールド４４に吐出される。ガスインジェクタ９８から燃料ガスを吸気ポート３７に供給し、吸気マニホールド６７からの空気に燃料ガスを混合して、各気筒３６に予混合ガスを供給する。また、吸気マニホールド６７には、吸気マニホールド６７内の空気圧力を測定する吸気マニホールド圧力センサ３９を配置している。

なお、本実施形態では、吸気マニホールド６７における空気量を吸気マニホールド圧力によるものとするが、これに限定されるものではない。例えば、吸気マニホールド６７に供給される空気流量をマスフローメータ又はオリフィス流量計によって検知し、検知した空気流量を吸気マニホールド６７の空気量としても良い。

排気マニホールド４４の排気出口側に、過給機４９のタービン４９ａの排気入口を接続しており、吸気マニホールド６７の空気入口側（新気入口側）に、インタークーラ５１の空気吐出口（新気出口）を接続している。インタークーラ５１の空気吸入口（新気入口）に、過給機４９のコンプレッサ４９ｂの空気吐出口（新気出口）を接続している。コンプレッサ４９ｂ及びインタークーラ５１の間に、メインスロットル弁Ｖ１を配置しており、メインスロットル弁Ｖ１の弁開度を調節して、吸気マニホールド６７に供給する空気流量を調整する。

コンプレッサ４９ｂをバイパスさせる給気バイパス流路１７が、コンプレッサ４９ｂの空気吸入口（新気入口）側とインタークーラ５１の空気吸入口側とを連結している。すなわち、給気バイパス流路１７は、コンプレッサ４９ｂの空気吸入口よりも上流側で外気に解放される一方で、インタークーラ５１とメインスロットル弁Ｖ１との接続部分に接続される。この給気バイパス流路１７上に、給気バイパス弁Ｖ２を配置しており、給気バイパス弁Ｖ２の弁開度を調節して、メインスロットル弁Ｖ１下流側から給気バイパス流路１７を介して外気へ流れる空気流量を調整する。

上記のように、エンジン装置２１の吸気系統は、吸気マニホールド６７と、インタークーラ５１と、メインスロットル弁Ｖ１と、コンプレッサ４９ｂと、給気バイパス弁Ｖ２とを具備している。エンジン装置２１の吸気系統では、吸気マニホールド６７から空気の流れの上流側に向かって、インタークーラ５１と、メインスロットル弁Ｖ１と、コンプレッサ４９ｂと、が順に配置されている。給気バイパス弁Ｖ２は、コンプレッサ４９ｂをバイパスするバイパス経路である給気バイパス流路１７上に設けられている。また、エンジン装置２１の排気系統は、排気マニホールド４４と、タービン４９ａとを具備しており、排気マニホールド４４から排気ガス流れの下流側に向かって、タービン４９ａが配置されている。

エンジン装置２１は、図５に示すように、シリンダブロック２５内に気筒３６を設置しており、気筒３６内にピストン７８を摺動可能に収納している。シリンダブロック２５上部にシリンダヘッド２６を配置し、シリンダヘッド２６には、着火装置７９を挿入しており、着火装置７９の外周側に吸気弁８０及び排気弁８１を摺動可能に設置している。そして、着火装置７９内における、着火装置７９下端側に副室Ｓを形成している。また、着火装置７９に、スパークプラグ８２及びチェックバルブ８９を、各先端が副室Ｓの上方に位置するように挿入している。気筒３６内には、シリンダブロック２５下側とピストン７８頂部で囲まれる主室Ｍを形成する。

すなわち、シリンダブロック２５内には、円筒形状の気筒３６が挿入されており、気筒３６内を上下方向にピストン７８が往復動することで、気筒３６下側のエンジン出力軸２４を回転させる。シリンダブロック２５上のシリンダヘッド２６それぞれには、スパークプラグ８２及びチェックバルブ８９を装填している着火装置７９が、気筒３６に先端を向けて挿入されている。この着火装置７９は、気筒３６の上端面の中心位置に先端を配置しており、チェックバルブ８９が副燃料ガス流路３１と接続されている。従って、エンジン装置２１が駆動するとき、着火装置７９の副室Ｓでチェックバルブ８９から噴射される燃料ガスをスパークプラグ８２の火花で引火させ、気筒３６内の主室Ｍの中心位置に着火火炎（燃焼ガス）を発生させる。

吸気ポート３７には、ガスインジェクタ８９を配置しており、吸気ポート３７内の空気流路にガスインジェクタ８９のガス噴射ノズルが挿入されている。また、ガスインジェクタ８９が主燃料ガス流路３０と接続されている。吸気ポート３７内の空気流路では、ガス噴射ノズル１０３から噴射された燃料ガスが、吸気マニホールド６７から流入する空気に混合される。従って、吸気弁８０を開いたとき、吸気マニホールド６７からの空気にガスインジェクタ８９からの燃料ガスを混合した予混合ガスを、主室Ｍに流入させる。

各シリンダヘッド２６において、吸気弁８０を上下動させることで、吸気ポート３７を開閉し、排気弁８１を上下動させることで、排気ポート３８を開閉する。すなわち、吸気弁８０が開くことで、吸気ポート３７を通じて吸気マニホールド６７からの空気を気筒３６内の主燃焼室に吸気させる一方で、排気弁８１が開くことで、排気ポート３８を通じて気筒３６内の主燃焼室での燃焼ガス（排気ガス）を排気マニホールド４４へ排気させる。従って、エンジン装置２１が駆動するとき、着火装置７９による着火火炎（燃焼ガス）が発生することで、吸気弁８０を介して気筒３６内の主室Ｍに供給される予混合ガスが反応し、予混合燃焼を発生させる。

すなわち、エンジン装置２１が駆動しているとき、ガスインジェクタ９８が燃料ガスを吸気ポート３７内に噴射する。そのため、吸気ポート３７内では、ガスインジェクタ９８から噴射された燃料ガスが、吸気マニホールド６７から流入する空気に混合される。そして、この空気に燃料ガス混合させた混合ガスは、吸気ポート３７を通じて吸気弁８０に向かって流れることとなる。このとき、吸気弁８０を開くことで、気筒３６内の主室Ｍに混合ガスを吸気させる。そして、吸気弁８０を閉じるとともにピストン７８をスライドさせて主室Ｍ内の混合ガスを圧縮させた後、着火装置７９により着火火炎を主室Ｍ内に噴出させて、主室Ｍ内で混合ガスを燃焼させる。その後、排気弁８１を開くことで、主室Ｍ内の燃焼ガス（排ガス）をシリンダヘッド２６内の排気ポート３８を通じて排気マニホールド４４に排気する。

主燃料ガス流路３０には、流路内の燃料ガスのガス圧力及びガス温度を測定する主燃料ガス圧センサ１１２及び主燃料ガス温度センサ１１３が設置されている。主燃料ガス圧センサ１１２の測定結果に基づいて、ガスインジェクタ９８から吸気ポート３７に供給される燃料ガスの流量が計測される。また、主燃料ガス温度センサ１１３により、ガスインジェクタ８９から供給する燃料ガスの温度が測定される。副燃料ガス流路３１には、流路内の燃料ガスのガス圧力を測定する副燃料ガス圧センサ１１４が設置されており、副燃料ガス圧センサ１１４の測定結果に基づいて、チェックバルブ８９に供給される燃料ガスの流量が計測される。

エンジン装置２１は、図６に示すように、エンジン装置２１の各部を制御するエンジン制御装置７３を有し、気筒３６毎に、スパークプラグ８２及びガスインジェクタ９８を設けている。エンジン制御装置７３は、スパークプラグ８２及びガスインジェクタ９８に制御信号を与えて、スパークプラグ８２による点火、及びガスインジェクタ９８によるガス燃料供給を制御する。

エンジン制御装置７３は、主燃料ガス圧力調整器１１０及び副燃料ガス圧力調整器１１１を制御して、主燃料ガス流路３０及び副燃料ガス流路３１から供給する燃料ガスのガス圧力（ガス流量）を調整する。エンジン制御装置７３は、メインスロットル弁Ｖ１及び給気バイパス弁Ｖ２それぞれに制御信号を与えて、それぞれ弁開度を調節し、吸気マニホールド６７における空気圧力（吸気マニホールド圧力）を調整する。

エンジン制御装置７３は、ワットトランスデューサやトルクセンサなどの負荷測定器（負荷検出センサ）１９による測定信号を受け、エンジン装置２１にかかる負荷を算出する。エンジン制御装置７３は、クランク軸２４の回転数を測定するパルスセンサなどのエンジン回転センサ２０による測定信号を受け、エンジン装置２１のエンジン回転数を検知する。エンジン制御装置７３は、吸気マニホールド６７における空気圧力を測定する吸気マニホールド圧力センサ（圧力センサ）３９より測定信号を受け、吸気マニホールド圧力を検知する。エンジン制御装置７３は、潤滑油温度センサ５３より測定信号を受け、エンジン装置２１内を循環させる潤滑油の潤滑油温度Ｔｊを検知する。

エンジン制御装置７３は、主燃料ガス圧力（主室ガス圧力）Ｐｍを検知する主燃料ガス圧センサ１１２、燃料ガス温度Ｔｍを検知する燃料ガス温度センサ１１３、及び副室燃料流量としての副燃料ガス圧力（副室ガス圧力）Ｐｓを検知する副燃料ガス圧センサ１１４から測定信号を受ける。エンジン制御装置７３は、主燃料ガス圧センサ１１２及び主燃料ガス温度センサ１１３それぞれからの測定信号に基づいて、主燃料ガス圧力調整器１１０を駆動制御し、各吸気ポート３７のガスインジェクタ９８に供給する主燃料ガス流量を調整する。エンジン制御装置７３は、副燃料ガス圧センサ１１４からの測定信号に基づいて、副燃料ガス圧力調整器１１１を駆動制御し、各着火装置７９のチェックバルブ８９に供給する副燃料ガス流量を調整する。

エンジン制御装置７３は、ガスインジェクタ９８における弁の開期間を調節して、各気筒３６の主室Ｍ内に供給する燃料ガス流量を設定する。そして、エンジン制御装置７３は、スパークプラグ８２の点火動作を制御して、各気筒３６における燃焼を所定タイミングで発生させる。すなわち、ガスインジェクタ９８が、弁開度に応じた流量の燃料ガスを吸気ポート３７に供給して、吸気マニホールド６７からの空気に混合して、予混合燃料を気筒３６に供給させる。そして、各気筒３６の噴射タイミングに合わせて、スパークプラグ８２により、着火装置７９における副室Ｓ内にチェックバルブ８９から供給される副燃料ガスを着火させる。この着火装置７９で発生した燃焼ガスが主室Ｍ内に噴射され、予混合ガスを供給した気筒３６内で発火させる。

次に、ガスエンジン装置２１（エンジン装置２１）の外観構成について、図７〜図９を参照して説明する。以下の説明において、発電機２３との接続側を後側として、エンジン装置２１の構成における前後左右の位置関係を指定するものとする。

エンジン装置２１は、図７及び図８に示すように、ベース台２７上に据置されるシリンダブロック２５にエンジン出力軸２４を備え、複数のヘッドカバー４０が前後一列に配列されたシリンダヘッド２６をシリンダブロック２５上に搭載している。エンジン装置２１は、シリンダヘッド２６の右側面に、主燃料ガス流路３０の一部である主燃料ガス配管４１をヘッドカバー４０列と平行に延設する一方、シリンダブロック２５の左側面に、副燃料ガス流路３１の一部である副燃料ガス配管４２をヘッドカバー４０列と平行に延設している。

主燃料ガス配管４１の上側において、排気マニホールド（排気流路）４４がヘッドカバー４０列と平行に延設されており、この排気マニホールド４４の外周が遮熱カバー４５で覆われている。遮熱カバー４５は、排気マニホールド４４の外周面及び後端を覆うように構成されている。この遮熱カバー４５と排気マニホールド４４との間に形成される空気層が断熱層として機能するため、排気マニホールド４４からの排熱による周囲の影響を低減させる。また、シリンダブロック２５の左側面に、副燃料ガス配管４２を覆うサイドカバー４３を配置している。

図７〜図９に示すように、排気マニホールド４４の前端（排気出口側）は、排気中継管４８を介して、過給機４９と接続されている。従って、排気マニホールド４４を通じて排気される排気ガスが、排気中継管４８を介して、過給機４９のタービン４９ａに流入することで、タービン４９ａが回転して、タービン４９ａと同軸となるコンプレッサ４９ｂを回転させる。過給機４９は、エンジン装置２１の前端上側に配置されており、その右側にタービン４９ａを、その左側にコンプレッサ４９ｂをそれぞれ有する。そして、排気出口管５０が、過給機４９の右側に配置されるとともに、タービン４９ａの排気出口と連結し、タービン４９ａからの排気ガスを排気させる。

過給機４９の下側には、過給機４９のコンプレッサ４９ｂで圧縮空気を冷却させるインタークーラ５１が配置されている。即ち、シリンダブロック２５の前端側に、インタークーラ５１が設置されるとともに、このインタークーラ５１の上部に過給機４９が載置される。過給機４９の左右中層位置には、コンプレッサ４９ｂの空気吐出口が、後方（シリンダブロック２５側）に向かって開口するようにして設けられている。一方、インタークーラ５１上面には、上方に向かって開口した空気吸入口が設けられており、この空気吸入口を通じて、コンプレッサ４９ｂから吐出される圧縮空気が、インタークーラ５１内部に流入する。そして、コンプレッサ４９ｂの空気吐出口とインタークーラ５１の空気吸入口とは、一端が接続されている給気中継管５２により連通される。この給気中継管５２内部には、メインスロットル弁Ｖ１を軸支している。

過給機４９は、左右それぞれに振り分けて配置されたコンプレッサ４９ｂ及びタービン４９ａを同軸で軸支し、排気中継管４９を通じて排気マニホールド４４から導入されるタービン４９ａの回転に基づき、コンプレッサ４９ｂが回転する。また、過給機４９は、新気取り入れ側となるコンプレッサ４９ｂの左側に、導入する外気を除塵する吸気フィルタ６３と、吸気フィルタ６３とコンプレッサ４９ｂとを接続する新気通路管６４とを備える。これにより、タービン４９ａと同期してコンプレッサ４９ｂが回転することにより、吸気フィルタ６３により吸引された外気（空気）は、過給機４９を通じてコンプレッサ４９ｂに導入される。そして、コンプレッサ４９ｂは、左側から吸引した空気を圧縮して、後側に設置されている給気中継管５２に圧縮空気を吐出する。

給気中継管５２は、その上部前方を開口させて、コンプレッサ４９ｂ後方の吐出口と接続している一方で、その下側を開口させて、インタークーラ５１上面の吸気口と接続している。また、インタークーラ５１は、前面の通気路に設けた分岐口において、給気バイパス管６６（給気バイパス流路１７）の一端と接続しており、インタークーラ５１で冷却した圧縮空気の一部を給気バイパス管６６に吐出する。給気バイパス管６６の他端が、新気通路管６４の前面に設けた分岐口に接続して、インタークーラ５１で冷却された圧縮空気の一部が、給気バイパス管６６を通じて新気通路管６４に環流し、給気フィルタ６３からの外気と合流する。また、給気バイパス管６６は、その中途部に、給気バイパス弁Ｖ２を軸支している。

インタークーラ５１は、給気中継管５２を通じてコンプレッサ４９ｂからの圧縮空気を左側後方から流入させると、給水配管６２から給水される冷却水との熱交換作用に基づいて、圧縮空気を冷却させる。インタークーラ５１内部において、左室で冷却された圧縮空気は、前方の通気路を流れて右室に導入された後、右室後方に設けられた吐出口を通じて、吸気マニホールド６７（図４参照）に吐出される。

また、過給機４９のタービン４９ａは、後方の吸込口を排気中継管４８と接続させており、右側の吐出口を排気出口管５０と接続させている。これにより、過給機４９は、排気中継管４８を介して排気マニホールド４４から排気ガスをタービン４９ａ内部に導入させて、タービン４９ａを回転させると同時にコンプレッサ４９ｂを回転させ、排気ガスを排気出口管５０から排気する。排気中継管４８は、その後方を開口させて、排気マニホールド４４の吐出口と接続している一方で、その前方を開口させて、タービン４９ａ後方の吸込口と接続している。

また、エンジン装置２１各部の動作を制御するエンジン制御装置７３が、支持ステー（支持部材）７４を介して、シリンダブロック２５の後端面に固定される。シリンダブロック２５の後端側には、発電機２３と連結して回転させるフライホイール７６が設置されており、フライホイール７６を覆うフライホイールハウジング７６ａの上部に、エンジン制御装置７３が配置されている。このエンジン制御装置７３は、エンジン装置２１各部におけるセンサ（圧力センサや温度センサ）と電気的に接続して、エンジン装置２１各部の温度データや圧力データ等を収集するとともに、エンジン装置２１各部における電磁弁等に信号を与え、エンジン装置２１の各種動作（プラグ点火、ガス圧調整、弁開度調整、ガス噴射、冷却水温度調整など）を制御する。

上述したように、本実施形態のエンジン装置２１は、過給器４９の空気排出口とインタークーラ５１入口との接続箇所にメインスロットル弁Ｖ１を設けている。また、エンジン装置２１は、過給器４９の空気流入口とインタークーラ５１入口とを結ぶ給気バイパス流路６６を備えるとともに、給気バイパス流路６６に給気バイパス弁Ｖ２を配置している。メインスロットル弁Ｖ１と給気バイパス弁Ｖ２とを備えた構造とすることで、吸気マニホールド６７の空気流量を高精度に制御できるため、負荷変動に対しても、応答性よく空気流量を制御できる。給気バイパス流路６６が過給器４９のコンプレッサ４９ｂと吸気マニホールド６７に対する緩衝流路として機能するため、給気バイパス弁Ｖ２の開度を制御することで、負荷の増減にあわせて最適に空気流量を設定する応答速度を速めることができる。

エンジン制御装置７３は、エンジン負荷が増加したときに、給気バイパス弁Ｖ２の開度制御を実行することで、吸気マニホールド６７に供給する空気流量を設定する。負荷が高いときに、バイパス弁制御を実行することで、メインスロットル弁Ｖ１を通過させる空気流量を最適に制御できるため、吸気マニホールド６７に供給する空気流量の不足を防止できる。これにより、負荷の急上昇に対しても応答性よく空気流量を制御できるため、適正な空燃比を提供することが可能となり、エンジン装置２１の運転を安定なものとできる。

エンジン制御装置７３は、エンジン負荷が減少したときに、給気バイパス弁Ｖ２の開度制御を実行することで、吸気マニホールド６７に供給する空気流量を設定する。低負荷時においてメインスロットル弁Ｖ１のみで制御する場合、過給機４９のコンプレッサ４９ｂ出口側で急激に空気流量が減少することとなり、コンプレッサ４９ｂ内の空気が逆行するサージングが生じるが、給気バイパス弁Ｖ２も同時に制御することで、コンプレッサ４９ｂ出入口の空気圧力を安定させることができ、サージングの発生を防止できる。

また、本実施形態のエンジン装置２１において、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷が低負荷域となるとき、メインスロットル弁Ｖ１に対して開度制御を実行する。一方、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷が中高負荷域となるとき、メインスロットル弁Ｖ１を所定開度とするとともに、給気バイパス弁Ｖ２に対して開度制御を実行する。負荷変動による影響の大きい中高負荷領域において、応答性の良いバイパスバルブ制御を実行するため、負荷変動に対して空気流量の過不足を抑え、エンジン装置２１を円滑に運転できる。

エンジン制御装置７３は、図１０のフローチャートに示すように、負荷測定器（負荷検出センサ）１９による測定信号を受けると（ＳＴＥＰ１）、給気バイパス弁Ｖ２の開度制御（バイパス弁制御）を実行しているか否かを確認する（ＳＴＥＰ２）。バイパス弁制御を実行していない場合（ＳＴＥＰ２でＮｏ）、エンジン制御装置７３は、ＳＴＥＰ１で受けた測定信号に基づいて、エンジン負荷Ａｃを所定負荷（第１閾値）Ａｃ１と比較する（ＳＴＥＰ３）。一方、バイパス弁制御を実行している場合（ＳＴＥＰ２でＹｅｓ）、エンジン制御装置７３は、ＳＴＥＰ１で受けた測定信号に基づいて、エンジン負荷Ａｃを所定負荷（第２閾値）Ａｃ２（０＜Ａｃ２＜Ａｃ１）と比較する（ＳＴＥＰ４）。

ＳＴＥＰ３において、エンジン負荷Ａｃが所定負荷Ａｃ１以下の場合（Ｎｏ）、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷Ａｃが低負荷域であるものとし、メインスロットル弁Ｖ１の弁開度に対してフィードバック制御（ＰＩＤ制御）を行う（ＳＴＥＰ５）。このとき、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷に応じた吸気マニホールド圧力の目標値（目標圧力）を設定する。そして、エンジン制御装置７３は、圧力センサ３９からの測定信号を受け、吸気マニホールド圧力の測定値（測定圧力）を確認し、目標圧力との差分を求める。これにより、エンジン制御装置７３は、目標圧力と測定圧力の差分値に基づき、メインスロットル弁Ｖ１の弁開度のＰＩＤ制御を実行し、吸気マニホールド６７の空気圧力を目標圧力に近づける。以下、メインスロットル弁Ｖ１の開度制御を「メイン弁制御」と呼ぶ。

一方、ＳＴＥＰ３において、エンジン負荷Ａｃが所定負荷Ａｃ１を超えた場合（Ｙｅｓ）、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷Ａｃが中高負荷域であるものとし、メインスロットル弁Ｖ１の弁開度を所定開度に固定する（ＳＴＥＰ６）。そして、エンジン制御装置７３は、給気バイパス弁Ｖ２の弁開度に対してフィードバック制御（ＰＩＤ制御）を行う（ＳＴＥＰ７）。このとき、エンジン制御装置７３は、メイン弁制御の場合と同様、圧力センサ３９からの測定信号を受け、目標圧力と測定圧力の差分値に基づき、給気バイパス弁Ｖ２の弁開度のＰＩＤ制御を実行し、吸気マニホールド６７の空気圧力を目標圧力に近づける。

すなわち、エンジン負荷Ａｃが上昇している場合において、所定負荷Ａｃ１を超えたときには、エンジン制御装置７３は、吸気マニホールド圧力の圧力制御として、メイン弁制御からバイパス弁制御に切り換える。また、本実施形態では、負荷上昇時に所定負荷Ａｃ１を超えたとき、ＳＴＥＰ４において、エンジン制御装置７３は、メインスロットル弁Ｖ１を全開とし、給気バイパス弁Ｖ２の開度制御により、給気バイパス流路１７の空気流量を制御して、給気マニホールド圧力を調整する。負荷変動による影響の大きい中高負荷領域において、応答性の良いバイパス弁制御を実行するため、負荷変動に対して空気流量の過不足を抑え、最適な空燃比を設定できる。

ＳＴＥＰ４において、エンジン負荷Ａｃが所定負荷Ａｃ２以上の場合（Ｎｏ）、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷Ａｃが中高負荷域であるものとし、給気バイパス弁Ｖ２の弁開度に対するフィードバック制御（バイパス弁制御）を継続させる（ＳＴＥＰ８）。一方、ＳＴＥＰ４において、エンジン負荷Ａｃが所定負荷Ａｃ２を下回った場合（Ｙｅｓ）、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷Ａｃが低負荷域であるものとし、給気バイパス弁Ｖ２の弁開度を所定開度に固定する（ＳＴＥＰ９）。そして、エンジン制御装置７３は、メインスロットル弁Ｖ１の弁開度に対してフィードバック制御（メイン弁制御）を行う（ＳＴＥＰ１０）。

すなわち、エンジン負荷Ｌが下降している場合において、所定負荷Ａｃ１より高い所定負荷Ａｃ２を下回ったときには、エンジン制御装置７３は、吸気マニホールド圧力の圧力制御として、メイン弁制御からバイパス弁制御に切り換える。このように、吸気マニホールド圧力の圧力制御の切換について、負荷上昇時と負荷下降時それぞれの閾値にヒステリシスを与えることで、切換動作を円滑に実行できる。

図１１に示すように、本実施形態のエンジン装置２１において、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷Ａｃが増加するとき、エンジン負荷Ａｃが第１閾値Ａｃ１より低い場合に、メインスロットル弁Ｖ１の開度制御を実行しており、エンジン負荷Ａｃが第１閾値Ａｃ１を超えると、メインスロットル弁の開度制御から給気バイパス弁Ｖ２の開度制御に切り換える。一方、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷Ａｃが減少するとき、エンジン負荷Ａｃが第１閾値Ａｃ１より低い第２閾値Ａｃ２以上である場合は、給気バイパス弁Ｖ２の開度制御を実行しており、エンジン負荷Ａｃが第２閾値Ａｃ２を下回ると、給気バイパス弁Ｖ２の開度制御からメインスロットル弁Ｖ１の開度制御に切り換える。

メインスロットル弁Ｖ１と給気バイパス弁Ｖ２とを備えた構造とすることで、吸気マニホールド６７の空気流量を高精度に制御できるため、負荷変動に対しても、応答性よく空気流量を制御できる。また、負荷変動による影響の大きい高負荷領域において、応答性の良いバイパス弁制御を実行するため、負荷変動に対して空気流量の過不足が少なく、安定して運転できる。更に、制御切換のための閾値にヒステリシスを設けることにより、制御切換を円滑に実行できる。

次に、エンジン制御装置７３による燃料噴射量（主燃料ガス噴射量）制御について、以下に説明する。エンジン制御装置７３は、図１２に示すように、燃料噴射量マップＭ１を記憶しており、この燃料噴射量マップＭ１に基づいて、ガスインジェクタ４２より噴射させる主燃料ガス流量を決定する。なお、燃料噴射量マップＭ１は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ａｃと燃料流量としての指令燃料噴射量Ｑとの相関を表すものであって、エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ａｃに対して指令燃料噴射量Ｑを決定するものである。

エンジン制御装置７３は、負荷測定器（負荷検出センサ）１９で測定されたエンジン負荷Ａｃと、エンジン回転センサ２０で測定されたエンジン回転数Ｎｅとを受けると、燃料噴射量マップＭ１を参照して、指令燃料噴射量Ｑを決定する。そして、エンジン制御装置７３は、決定した指令燃料噴射量Ｑに対して、主室燃料ガス圧力Ｐｍによる第１補正量ΔＱｐ、主燃料ガス温度Ｐｔによる第２補正量ΔＱｔ、又は潤滑油温度Ｔｊによる第３補正量ΔＱｔｊによる補正演算を実行し、補正噴射量Ｑ１を算出する。従って、ガスインジェクタ４２から噴射される主燃料ガス流量が、エンジン制御装置７３により決定された補正噴射量Ｑ１となるように流量制御される。

エンジン装置２１は、主燃料ガス圧力Ｐｍが上昇すると、主燃料ガスの密度が上昇し、所定エンジン回転数Ｎｅで同じエンジン負荷Ａｃに対応するための必要な燃料噴射量が減少する。そのため、エンジン制御装置７３は、主燃料ガス圧センサ１１２で測定された主燃料ガス圧力Ｐｍを受けると、上記補正噴射量Ｑ１算出のための補正演算において、主燃料ガス圧力Ｐｍの上昇に比例させた第一補正量ΔＱｐによって指令燃料噴射量Ｑを減少させて、補正噴射量Ｑ１を算出する。すなわち、第一補正量ΔＱｐは、主燃料ガス圧力Ｐｍの上昇に比例して減少する補正量である。

エンジン装置２１は、主燃料ガス温度Ｔｍが上昇すると、主燃料ガスの密度が低下し、所定エンジン回転数Ｎｅで同じエンジン負荷Ａｃに対応するための必要な燃料噴射量が増加する。そのため、エンジン制御装置７３は、主燃料ガス温度センサ１１３で測定された主燃料ガス温度Ｔｍを受けると、上記補正噴射量Ｑ１算出のための補正演算において、主燃料ガス温度Ｐｔの上昇に比例させた第二補正量ΔＱｔによって指令燃料噴射量Ｑを増加させて、補正噴射量Ｑ１を算出する。つまり、第二補正量ΔＱｔは、主室燃料ガス温度Ｐｔの上昇に比例して増加する補正量である。

エンジン装置２１は、潤滑油温度Ｔｊが上昇すると、潤滑油の粘度が低下して、所定エンジン回転数Ｎｅで同じエンジン負荷Ａｃに対応するための必要な燃料噴射量が減少する。そのため、エンジン制御装置７３は、潤滑油温度センサ１１５で測定された潤滑油温度Ｔｊを受けると、上記補正噴射量Ｑ１算出のための補正演算において、潤滑油温度Ｔｊの上昇に比例させた第三補正量ΔＱｔｊによって指令燃料噴射量Ｑを減少させて、補正噴射量Ｑ１を算出する。つまり、第三補正量ΔＱｔｊは、潤滑油温度Ｔｊの上昇に比例して減少する補正量である。

エンジン制御装置７３は、上述のメイン弁制御又はバイパス弁制御を実行する際に、エンジン負荷に応じた吸気マニホールド圧力の目標値（目標圧力）Ｐｉｍを設定する。このとき、エンジン制御装置７３は、記憶している目標吸気マニホールド圧力マップＭ２を参照し、目標圧力Ｐｉｍを決定する。目標吸気マニホールド圧力マップＭ２は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ａｃと目標圧力Ｐｉｍとの相関を表すものであって、エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ａｃに対して目標圧力Ｐｉｍを決定するものである。

また、エンジン制御装置７３は、図１３に示すように、決定した燃料噴射量以上の燃料噴射量が必要とされる場合に、目標吸気マニホールド圧力マップＭ２の記憶内容を書き換える。すなわち、エンジン制御装置７３は、負荷測定器１９で測定されたエンジン負荷Ａｃと、エンジン回転センサ２０で測定されたエンジン回転数Ｎｅとにより、ガスインジェクタ９８からの燃料噴射量が不足しているか否かを判定する（ＳＴＥＰ１０１）。そして、ガスインジェクタ９８からの燃料噴射量が不足していると判定した場合（ＳＴＥＰ１０１でＹｅｓ）、エンジン制御装置７３は、目標吸気マニホールド圧力マップＭ２における目標圧力Ｐｉｍが小さくなるように補正して（書き換えて）記憶する（ＳＴＥＰ１０２）。

ガスインジェクタ９８からの燃料噴射量が設定した燃料噴射量に対して多く必要な場合とは、例えば、設定した燃料噴射量ではエンジン負荷Ａｃに対して目標エンジン回転数Ｎｅｍに到達しない、或いは、所定のエンジン回転数Ｎｅと所定のエンジン負荷Ａｃにおいて、燃料噴射量マップによって算出された燃料噴射量Ｑよりも多くの燃料噴射量が必要とされる等の場合である。

このような場合に、目標吸気マニホールド圧力マップＭ２における目標圧力Ｐｉｍが小さくなるように、目標吸気マニホールド圧力マップＭ２内の記憶要素を書き換える。従って、燃料噴射量不足となった場合でも、所定のエンジン回転数Ｎｅと所定のエンジン負荷Ａｃにおける吸気マニホールド圧力を低下させて、必要な燃焼効果が得られる空燃比とできる。すなわち、エンジン装置２１に組成の異なる燃料ガスが供給されると、組成の異なる燃料ガスの発熱量が低いため、通常よりも燃料噴射量が多く必要となる。このとき、目標圧力Ｐｉｍが小さくなるように補正することによって、適正な空気過剰率を実現し、燃料消費の悪化を防止できる。

また、エンジン制御装置７３は、図１４に示すように、目標吸気マニホールド圧力マップＭ２に基づいて決定した目標圧力Ｐｉｍを、潤滑油温度Ｔｊに基づく補正量ΔＰｔｊにより補正演算を実行し、補正目標圧力Ｐｉｍ１を算出する。従って、エンジン制御装置７８は、圧力センサ３９からの測定圧力と補正目標圧力Ｐｉｍ１との差分により、メインスロットル弁Ｖ１又は給気バイパス弁Ｖ２の弁開度に対してＰＩＤ制御を実行する。

エンジン装置２１は、潤滑油温度Ｔｊが上昇すると、冷態（潤滑油温度Ｔｊが低下している状態）では、空気過剰率がリッチ側にシフトするため、燃焼が不安定となって、調速制御ができなくなってエンジンストールに至るおそれがある。そのため、エンジン制御装置７３は、潤滑油温度センサ１１５で測定された潤滑油温度Ｔｊを受けると、上記補正目標圧力Ｐｉｍ１算出のための補正演算において、潤滑油温度Ｔｊの下降に比例させた補正量ΔＰｔｊによって目標圧力Ｐｉｍを増加させて、補正目標圧力Ｐｉｍ１を算出する。この補正目標圧力Ｐｉｍ１に基づき吸気マニホールド６７の圧力制御を実行することで、冷態時であっても適正な空気過剰率を維持できる。

エンジン制御装置７３は、図１５に示すように、負荷測定器１９で測定されたエンジン負荷Ａｃと、エンジン回転センサ２０で測定されたエンジン回転数Ｎｅとを受けると、目標副燃料ガス圧マップＭ３を参照して、目標副燃料ガス圧Ｐｓｍを決定する。目標副燃料ガス圧マップＭ３は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ａｃと目標副燃料ガス圧Ｐｓｍとの相関を表すものであり、エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ａｃに対して目標副燃料ガス圧Ｐｓｍを決定するものである。

また、エンジン制御装置７３は、図１５に示すように、決定した燃料噴射量以上の燃料噴射量が必要とされる場合に、目標副燃料ガス圧マップＭ３の記憶内容を書き換える。すなわち、エンジン制御装置７３は、図１３のＳＴＥＰ１０１と同様、負荷測定器１９で測定されたエンジン負荷Ａｃと、エンジン回転センサ２０で測定されたエンジン回転数Ｎｅとにより、チェックバルブ８９からの燃料噴射量が不足しているか否かを判定する（ＳＴＥＰ２０１）。そして、チェックバルブ８９からの燃料噴射量が不足していると判定した場合（ＳＴＥＰ２０１でＹｅｓ）、エンジン制御装置７３は、目標副燃料ガス圧マップＭ３における目標副燃料ガス圧Ｐｓｍが大きくなるように補正して（書き換えて）記憶する（ＳＴＥＰ２０２）。

エンジン制御装置７３は、チェックバルブ８９からの燃料噴射量の不足を判定したときに、目標副燃料ガス圧Ｐｓｍを増加させるように補正する。すなわち、エンジン装置７３に組成の異なる燃料ガスが供給されると、組成の異なる燃料ガスの発熱量が低いため、通常よりも燃料噴射量が多く必要となる。このとき、目標副燃料ガス圧Ｐｓｍが大きくなるように補正することによって、適正な空燃比を実現し、燃料消費の悪化を防止することができる。

エンジン制御装置７３は、図１６に示すように、負荷測定器１９で測定されたエンジン負荷（発電機出力又はエンジントルク）Ａｃを受けると、目標点火時期マップＭ４を参照して、スパークプラグ８２の目標点火時期（通常点火時期）を決定する。目標点火時期マップＭ４は、エンジン負荷Ａｃと目標点火時期ＤＴｍとの相関を表すものであり、エンジン負荷Ａｃに対して目標点火時期ＤＴｍを決定するものである。また、エンジン制御装置７３は、気体燃料を空気に予混合させた予混合燃料における空気量が不足していると判定した場合、点火時期を段階的に遅角制御する一方、空気量が充足していると判定した場合、点火時期を段階的に進角制御する。

エンジン制御装置７３による点火時期の設定制御の詳細について、図１６のフローチャートを参照して以下に説明する。エンジン制御装置７３は、負荷測定器１９で測定されたエンジン負荷Ａｃを受けると（ＳＴＥＰ３０１）、目標点火時期マップＭ４を参照して、目標点火時期ＤＴｍを決定して記憶する（ＳＴＥＰ３０２）。エンジン制御装置７３は、目標点火時期ＤＴｍを決定した後、吸気マニホールド圧力センサ３９による吸気マニホールド圧力の実測値Ｐａ（測定圧力）を受ける（ＳＴＥＰ３０３）。その後、エンジン制御装置７３は、図１０のフローチャートに基づく弁制御動作において設定した吸気マニホールド圧力の目標値Ｐａ０（目標圧力）と吸気マニホールド圧力の実測値Ｐａ（測定圧力）との差分（Ｐａ０−Ｐａ）に基づき、空気量の不足の有無を判定する（ＳＴＥＰ３０４）。

エンジン制御装置７３は、目標圧力Ｐａ０と測定圧力Ｐａの差分（Ｐａ０−Ｐａ）が所定圧力差Ｐａｔｈより大きい場合（ＳＴＥＰ３０４でＹｅｓ）、空気量が不足するものと判定し、ＳＴＥＰ３０５以降の遅角制御に移行する。一方、目標圧力Ｐａ０と測定圧力Ｐａの差分（Ｐａ０−Ｐａ）が所定圧力差Ｐａｔｈ以下となる場合（ＳＴＥＰ３０４でＮｏ）、空気量が充足しているものと判定し、ＳＴＥＰ３０７以降の進角制御に移行する。

エンジン制御装置７３は、遅角制御に移行すると、まず、設定した点火時期ＤＴｄが遅角限界値となる点火時期（限界点火時期）ＤＴｌｉｍであるか否かを確認する（ＳＴＥＰ３０５）。そして、点火時期ＤＴｄが限界点火時期ＤＴｌｉｍに至っていない場合に（ＳＴＥＰ３０５でＮｏ）、点火時期ＤＴｄを所定量Δｄｔ（例えば、１°）だけ遅角させる（ＳＴＥＰ３０６）。すなわち、エンジン制御装置７３は、遅角制御中において、遅角限界値に達した場合、遅角制御を停止する。

このエンジン制御装置７３による遅角制御により、図１７に示す如く、目標圧力Ｐａ０と測定圧量Ｐａの差分に基づき空気量に不足があるものと推定される場合に、限界点火時期ＤＴｌｉｍに至るまで段階的に点火時期ＤＴｄを遅角させることができる。従って、出力の変動に基づくノッキングの発生率を低下させることができるように点火時期ＤＴｄを遅角できる一方で、その遅角範囲を最適に制限できるため、点火時期の遅角に基づく熱効率（エンジン出力効率）の低下を最低限に抑制できる。

エンジン制御装置７３は、進角制御に移行すると、まず、設定した点火時期ＤＴｄが目標点火時期ＤＴｍであるか否かを確認する（ＳＴＥＰ３０７）。そして、点火時期ＤＴｄが目標点火時期ＤＴｍに至っていない場合に（ＳＴＥＰ３０５でＮｏ）、点火時期ＤＴｄを所定量Δｄｔだけ進角させる（ＳＴＥＰ３０８）。すなわち、エンジン制御装置７３は、進角制御中において、点火時期ＤＴｄが通常運転時のものとなった場合、進角制御を停止する。

このエンジン制御装置７３による進角制御により、目標圧力Ｐａ０と測定圧量Ｐａの差分に基づき空気量が充足しているものと推定される場合に、通常運転時の目標点火時期ＤＴｍに至るまで段階的に点火時期ＤＴｄを進角させることができる。従って、出力が安定したものとして点火時期ＤＴｄを進角させてその熱効率を向上させると同時に、点火時期ＤＴｄを徐々に変化させていることから、出力が再変動した場合においても、ノッキングの発生率を抑制できる。

なお、上述の点火時期の設定制御では、目標圧力Ｐａ０と測定圧量Ｐａの差分に基づき空気量の過不足を確認するものとしたが、別のパラメータにより空気量の過不足を確認するものとしても構わない。以下では、エンジン制御装置７３による点火時期の設定制御の第１変形例を、図１８のフローチャートを参照して説明する。図１８のフローチャートにおいて、図１６のフローチャートと同一の動作ステップについては、上述の説明を参照するものとして、その詳細な説明は省略する。

本変形例では、エンジン制御装置７３は、目標点火時期マップＭ４を参照して、エンジン負荷Ａｃに基づいて、目標点火時期ＤＴｍを決定した後（ＳＴＥＰ３０１〜ＳＴＥＰ３０２）、吸気マニホールド６７における空気流量（吸気マニホールド流量）の実測値Ｆａ（測定流量）を流量センサ（図示省略）より受ける（ＳＴＥＰ３１３）。その後、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷Ａｃなどから設定した吸気マニホールド流量の目標値Ｆａ０（目標流量）と吸気マニホールド流量の実測値Ｆａ（測定流量）との差分（Ｆａ０−Ｆａ）に基づき、空気量の不足の有無を判定する（ＳＴＥＰ３１４）。

エンジン制御装置７３は、目標流量Ｆａ０と測定流量Ｆａの差分（Ｆａ０−Ｆａ）が所定流量差Ｆａｔｈより大きい場合（ＳＴＥＰ３１４でＹｅｓ）、空気量が不足するものと判定し、ＳＴＥＰ３０５以降の遅角制御に移行する。一方、目標流量Ｆａ０と測定流量Ｆａの差分（Ｆａ０−Ｆａ）が所定流量差Ｆａｔｈ以下となる場合（ＳＴＥＰ３１４でＮｏ）、空気量が充足しているものと判定し、ＳＴＥＰ３０７以降の進角制御に移行する。

次いで、エンジン制御装置７３による点火時期の設定制御の第２変形例を、図１９のフローチャートを参照して説明する。図１９のフローチャートにおいて、図１６のフローチャートと同一の動作ステップについては、上述の説明を参照するものとして、その詳細な説明は省略する。

本変形例では、エンジン制御装置７３は、目標点火時期マップＭ４を参照して、エンジン負荷Ａｃに基づいて、目標点火時期ＤＴｍを決定した後（ＳＴＥＰ３０１〜ＳＴＥＰ３０２）、エンジン負荷Ａｃの変化量（出力変化量）ΔＡｃを算出する（ＳＴＥＰ３２３）。このとき、例えば、前回測定したエンジン負荷Ａｃとの差分により出力変化量ΔＡｃを算出するものとしてもよい。その後、エンジン制御装置７３は、出力変化量ΔＡｃに基づき、空気量の不足の有無を判定する（ＳＴＥＰ３２４）。

エンジン制御装置７３は、出力変化量ΔＡｃが所定変化量ΔＡｃｔｈより大きい場合（ＳＴＥＰ３２４でＹｅｓ）、空気量が不足するものと判定し、ＳＴＥＰ３０５以降の遅角制御に移行する。一方、出力変化量ΔＡｃが所定変化量ΔＡｃｔｈ以下となる場合（ＳＴＥＰ３２４でＮｏ）、空気量が充足しているものと判定し、ＳＴＥＰ３０７以降の進角制御に移行する。

本実施形態において、上述の点火時期の設定制御のように、進角量及び遅角量それぞれをΔｔで一定として段階的に変化させるものとしたが、例えば、空気量の過不足を判定するパラメータ量に基づいて点火時期の遅角量をあらかじめ記憶させるものとしても構わない。以下では、別実施形態（第２実施形態）となるエンジン装置における制御動作を、図２０を参照して説明する。

第２実施形態におけるエンジン装置では、図２０に示すように、エンジン制御装置７３が、目標点火時期マップＭ４を参照して目標点火時期ＤＴｍを設定するとともに、遅角設定マップＭ５を参照して、遅角量ΔＤＴｄを設定することで、点火時期ＤＴｍ＋ΔＤＴｄにスパークプラグ８２を点火させる。目標点火時期マップＭ４は、負荷測定器１９で測定されたエンジン負荷（発電機出力又はエンジントルク）Ａｃと目標点火時期ＤＴｍとの相関を表すものであり、エンジン負荷Ａｃに対して目標点火時期ＤＴｍを決定するものである。遅角設定マップＭ５は、空気量の不足状態を予測されるパラメータと遅角量ΔＤＴｄとの相関を表すものであり、予測される空気量の不足状態に対して遅角量ΔＤＴｄを決定するものである。

本実施形態におけるエンジン制御装置７３による点火時期の設定制御の詳細について、図２０のフローチャートを参照して以下に説明する。本実施形態では、吸気マニホールド圧力の目標値Ｐａ０（目標圧力）と吸気マニホールド圧力の実測値Ｐａ（測定圧力）との差分（Ｐａ０−Ｐａ）により、空気量の不足状態を予測する例を挙げて説明する。

エンジン制御装置７３は、図２０に示すように、負荷測定器１９で測定されたエンジン負荷（発電機出力又はエンジントルク）Ａｃを受けると（ＳＴＥＰ４０１）、目標点火時期マップＭ４を参照して、スパークプラグ８２の目標点火時期（通常点火時期）ＤＴｍを決定して記憶する（ＳＴＥＰ４０２）。エンジン制御装置７３は、目標点火時期ＤＴｍを決定した後、吸気マニホールド圧力センサ３９による吸気マニホールド圧力の実測値Ｐａ（測定圧力）を受ける（ＳＴＥＰ４０３）。

次いで、エンジン制御装置７３は、遅角設定マップＭ５を参照して、図１０のフローチャートに基づく弁制御動作において設定した吸気マニホールド圧力の目標値Ｐａ０（目標圧力）と吸気マニホールド圧力の実測値Ｐａ（測定圧力）との差分（Ｐａ０−Ｐａ）に基づき、遅角量ΔＤＴｄを決定する（ＳＴＥＰ４０４）。そして、エンジン制御装置７３は、ＳＴＥＰ４０１で記憶した目標点火時期ＤＴｍとＳＴＥＰ４０４で決定した遅角量ΔＤＴｄより、点火時期ＤＴｍ＋ΔＤＴｄを設定する（ＳＴＥＰ４０５）。

このエンジン制御装置７３による点火時期の設定制御において、遅角設定マップＭ５を参照して遅角量を決定するため、目標圧力Ｐａ０と測定圧量Ｐａの差分に基づいて推定される空気の不足量に合わせて段階的に点火時期を遅角させることができる。従って、出力の変動に基づくノッキングの発生率を低下させる一方で、熱効率（エンジン出力効率）の低下を最低限に抑制できる。

なお、本実施形態において、遅角設定マップＭ５における、空気量の不足状態を予測されるパラメータを、吸気マニホールド圧力の目標値Ｐａ０（目標圧力）と吸気マニホールド圧力の実測値Ｐａ（測定圧力）との差分（Ｐａ０−Ｐａ）としたが、これに限られるものではない。即ち、遅角設定マップＭ５における、空気量の不足状態を予測されるパラメータを、上述の第１変形例と同様、吸気マニホールド流量の目標値Ｆａ０（目標流量）と吸気マニホールド流量の実測値Ｆａ（測定流量）との差分（Ｆａ０−Ｆａ）としても構わないし、上述の第２変形例と同様、エンジン負荷Ａｃの変化量（出力変化量）ΔＡｃとしても構わない。

更に、遅角設定マップＭ５を上記の２次元マップではなく、空気量の不足状態を予測されるパラメータ及びエンジン負荷（発電機出力又はエンジントルク）Ａｃと遅角量ΔＤＴｄとの相関を表す３次元マップとしても構わない。即ち、図２０のフローチャートの例において、ＳＴＥＰ４０４で、目標圧力Ｐａ０と測定圧力Ｐａとによる差分（Ｐａ０−Ｐａ）とエンジン負荷Ａｃとにより、遅角量ΔＤｔｄを決定する。このように３次元の遅角設定マップＭ５を参照するものとすることで、より高精度に遅角制御を実行できるため、ノッキングの発生を未然に防止しながらも、熱効率（エンジン出力効率）の低下を抑制できる。

その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。また、本実施形態のエンジン装置は、船体内の電気系統に電力を供給するための発電装置や陸上の発電施設における駆動源として構成するなど、上述の推進兼発電機構以外の構成においても適用可能である。更に、本願発明のエンジン装置として、ガスエンジンを例に挙げて説明したが、気体燃料を燃焼させるガスモードでデュアルフューエルエンジンを駆動させた場合において、上述の各制御動作を適用できる。また、副室で火花点火させる構成としたが、着火方式をマイクロパイロット噴射方式によるものとしても構わない。

１船舶
２船体
４ファンネル
５プロペラ
９推進軸
１１機関室
１２推進兼発電機構
１７給気バイパス流路
１９負荷測定器
２０エンジン回転センサ
２１エンジン装置（ガスエンジン装置）
２２減速機
２３発電機
２４出力軸（クランク軸）
２５シリンダブロック
２６シリンダヘッド
３０主燃料ガス流路
３１副燃料ガス流路
３６気筒
３７吸気ポート
３８排気ポート
３９圧力センサ
４０ヘッドカバー
４１主燃料ガス配管
４２副燃料ガス配管
４３サイドカバー
４４排気マニホールド
４５遮熱カバー
４８排気中継管
４９過給機
４９ａタービン
４９ｂコンプレッサ
５１インタークーラ
６３吸気フィルタ
６４新気通路管
６６給気バイパス管
６７吸気マニホールド
７３エンジン制御装置
７９着火装置
８０吸気弁
８１排気弁
８２スパークプラグ
８９チェックバルブ
９８ガスインジェクタ
１１０主燃料ガス圧力調整器
１１１副燃料ガス圧力調整器
１１２主燃料ガス圧センサ
１１３主燃料ガス温度センサ
１１４副燃料ガス圧センサ
１１５潤滑油温度センサ
Ｖ１吸気スロットル弁
Ｖ２給気バイパス弁
Ｖ３排気バイパス弁

Claims

シリンダ内へ空気を供給させる吸気マニホールドと、前記吸気マニホールドから供給される空気に燃料ガスを混合させて前記シリンダに吸気するガスインジェクタと、前記燃料ガスを空気に予混合させた予混合燃料を前記シリンダ内で着火させる着火装置とを備え、エンジン装置において、
前記シリンダ内の予混合燃料における空気量の不足を判定する制御部を備えており、
該制御部は、空気量が不足していると判定した場合に、前記着火装置による点火時期を段階的に遅角制御する一方で、空気量が充足していると判定した場合、前記点火時期を段階的に進角制御することを特徴とするエンジン装置。
前記制御部は、遅角制御中において、遅角限界値に達した場合に遅角制御を停止する一方、進角制御中において、前記点火時期が通常運転時のものとなった場合、進角制御を停止することを特徴とする請求項１に記載のエンジン装置。
前記制御部は、前記吸気マニホールドで測定された吸気マニホールド圧力を測定圧力として受け、前記吸気マニホールドで目標値となる目標圧力から前記測定圧力を減じた差分が所定差分圧力より大きいとき、空気量が不足しているものと判定することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン装置。
前記制御部は、前記吸気マニホールドで測定された空気流量を測定流量として受け、前記吸気マニホールドで目標値となる目標流量から前記測定流量を減じた差分が所定差分流量より大きいとき、空気量が不足しているものと判定することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン装置。
前記制御部は、前記エンジンの出力変化量が所定量より大きいとき、空気量が不足しているものと判定することを特徴とする請求項１又は２に記載のエンジン装置。