JP6479489B2 - ガスエンジン及びその運転制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、天然ガス等の燃料ガスを燃料として運転されるガスエンジン及びその運転制御方法に係り、特に、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及びその運転制御方法に関する。

ガスエンジンは天然ガス等の燃料ガスを燃料として運転され、一般に燃焼室として主室の他に副室を有している。そして、副室において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に向かって噴出することにより、主室にある混合気を燃焼するようになっている。なお、副室には主室よりも濃い混合気が供給されるようになっており、主室とは別の供給路を介して、燃料ガスが供給されるようになっている。

図５は、燃焼室に副室を備えた従来のガスエンジンについて、副室周りの構成例を示す要部断面図である。
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。

また、図中の符号６ｓは逆止弁挿入孔であり、燃料ガスの供給を制御する逆止弁６が設置されている。逆止弁挿入孔６ｓの内部は、逆止弁６の設置により逆止弁上方室２８と逆止弁下方室２９との２つの空間に画成されている。一方の逆止弁上方室２８には、副室ガス供給路１４が接続されて図示しない燃料ガス供給源と連通し、さらに、逆止弁下方室２９と副室４との間は連絡孔５によって連通されている。上述した逆止弁６は、燃料ガス供給源から副室４に向かう流れのみ許容する。
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。

このようなガスエンジンにおいては、例えば下記の特許文献に開示されているように、副室燃料供給路を並列的に複数形成する構成（特許文献１参照）や、電磁弁の開放時間を延長する絞り部を副室ガス流路に設ける構成（特許文献２参照）により、副室に対する燃料ガス流量を制御する技術が知られている。

特開２００９−２２１９３７号公報 特開２０１３−１１３２５６号公報

特許文献１，２では、副室に対する燃料ガス流量を制御することが開示されているものの、燃料ガス流量の制御だけでは、ガスエンジン内の燃焼状態を適正とし、熱効率を向上させるためには不十分である。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、副室に燃料ガスの供給を制御する逆止弁が設置された構成においても、熱効率をより向上できる、ガスエンジン及びその運転制御方法を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明のガスエンジン及びその運転制御方法は以下の手段を採用する。

本発明の第一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、が設けられ、燃料ガス供給圧力と前記主室側の筒内圧力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副室ガス供給圧制御部と、前記副室内の混合気を着火する点火プラグの点火時期を制御する点火時期制御部と、前記筒内圧力の制限内で熱効率が高くなるように、前記副室内の燃料ガス量と前記点火時期との組み合わせを算出する組合せ演算部と、を備え、前記副室ガス供給圧制御部は、前記組合せ演算部で算出された燃料ガス量を前記副室に供給し、前記点火時期制御部は、前記組合せ演算部で算出された前記点火時期で混合気を着火することを特徴とする。

本構成に係るガスエンジンには、ピストンとシリンダヘッドとの間に画定される主室と、主室と噴孔を介して連通される副室と、副室に燃料ガスを供給する副室ガス供給路と、が設けられる。そして、ガスエンジンは、燃料ガス供給圧力と主室側の筒内圧力との圧力差により開閉期間が決まる逆止弁により副室への燃料ガス供給を制御する。
また、副室ガス供給圧制御部によって、副室ガス供給路から副室に供給する燃料ガス供給圧力が制御される。点火時期制御部によって、副室内の混合気を着火する点火プラグの点火時期が制御される。

ここで、副室に供給する燃料ガス量を減らした場合、点火時期を変化させないと筒内圧力が所望の規定値（例えば筒内圧力の制限上限値）から下がる。そこで、副室に供給する燃料ガス量を減らした場合に点火時期を進めることで、筒内圧力を規定値に上げることができる。一方、副室に供給する燃料ガス量を増した場合に、点火時期を変化させないと筒内圧力が上がる。そこで、副室に供給する燃料ガス量を増した場合に点火時期を遅くすることで、筒内圧力を規定値まで上げることができる。
すなわち、筒内圧力の制限内での、副室に供給する燃料ガス量と点火時期との組み合わせは様々であり、その組み合わせによってガスエンジンの熱効率も変化する。

このため、筒内圧力の制限内で熱効率が高くなるように、副室内の燃料ガス量と点火時期との組み合わせが組合せ演算部により決定される。
そして、副室ガス供給圧制御部が、組合せ演算部で算出された燃料ガス量を副室に供給する。また、点火時期制御部が、組合せ演算部で算出された点火時期で混合気を着火する。

このように、本構成は、副室に供給する燃料ガス量と副室に設けられた点火プラグの点火時期とを適切に調整するので、副室に燃料ガスの供給を制御する逆止弁が設置された構成においても、熱効率をより向上できる。

上記第一態様では、前記組合せ演算部が、前記副室に供給された燃料ガス量、前記点火時期、及びこれらに対する熱効率を逐次記憶し、該記憶した情報に基づいて熱効率の高くなる前記燃料ガス量と前記点火時期との組み合わせを算出してもよい。

本構成によれば、副室に供給された燃料ガス量、点火プラグの点火時期はフィードバックされ、この組み合わせに対する熱効率と共に記憶される。そして記憶された情報に基づいてより熱効率が高くなる燃料ガス量と点火時期との組み合わせが決定される。これにより、本構成は、熱効率が高くなる燃料ガス量と点火時期の組み合わせをリアルタイムで決定できるので、例えば、組成の違いや気温の違い等による燃料ガスの状態の違いが生じても、ガスエンジンを運転しながら常に熱効率が高くなるように制御可能となる。

上記第一態様では、前記逆止弁の開弁タイミング及び開弁期間に応じて、前記副室に供給する燃料ガス量を算出し、前記組合せ演算部に入力する副室ガス量演算部を備える。

本構成によれば、副室への燃料ガスの供給が逆止弁を用いて行っても、燃料ガス量と点火時期の組み合わせを適切にできる。

上記第一態様では、前記組合せ演算部が、前記副室内の燃料ガス量と前記点火時期との組み合わせを、ノッキングの状態に応じて決定してもよい。

本構成によれば、ノッキングを考慮した適切な副室内の燃料ガス量と点火時期との組み合わせを決定できる。

上記第一態様では、前記組合せ演算部が、前記副室内の燃料ガス量と前記点火時期との組み合わせを、前記主室内の燃焼変動の状態に応じて決定してもよい。

本構成によれば、主室内の燃焼変動を考慮した適切な副室内の燃料ガス量と点火時期との組み合わせを決定できる。

上記第一態様では、前記組合せ演算部が、前記副室内の燃料ガス量と前記点火時期との組み合わせを、ＮＯｘ排出量に応じて決定してもよい。

本構成によれば、ＮＯｘ排出量を考慮した適切な副室内の燃料ガス量と点火時期との組み合わせを決定できる。

本発明の第二態様に係るガスエンジンの運転制御方法は、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、を有し、燃料ガス供給圧力と前記主室側の筒内圧力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、前記筒内圧力の制限内で熱効率が高くなるように、前記副室内の燃料ガス量、及び前記副室内の混合気を着火する点火プラグの点火時期の組み合わせを決定する第１工程と、前記第１工程で決定された前記燃料ガス量を前記副室に供給し、前記第１工程で決定された前記点火時期で前記副室内の混合気を着火する第２工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、副室に燃料ガスの供給を制御する逆止弁が設置された構成においても、熱効率をより向上できる、という優れた効果を有する。

本発明の第１実施形態に係る燃焼室に副室を備えたガスエンジンの副室周りの構成例を示す要部断面図である。 本発明の第２実施形態に係る燃焼室に副室を備えたガスエンジンの副室周りの構成例を示す要部断面図である。 本発明の第３実施形態に係る燃焼室に副室を備えたガスエンジンの副室周りの構成例を示す要部断面図である。 本発明の第４実施形態に係る燃焼室に副室を備えたガスエンジンの副室周りの構成例を示す要部断面図である。 燃焼室に副室を備えたガスエンジンの従来例として、副室周りの構成例を示す要部断面図である。

以下、本発明に係るガスエンジン及びその運転制御方法の一実施形態を図面に基づいて説明する。

〔第１実施形態〕
以下、本発明の第１実施形態について説明する。

図１は、本第１実施形態に係るガスエンジンＡの副室周りを示す要部断面図である。このガスエンジンＡ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、ガスエンジンＡは、一例として、船舶に搭載され、発電機に連結されて発電に用いられる。

図示の実施形態において、ピストン（不図示）とシリンダヘッド１との間には、メイン燃焼室である主室６０が画定されている。また、シリンダヘッド１の上部には、水室１ａに囲まれて副室口金２が固定されており、この副室口金２の内部には副室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、図示しない燃料ガス供給源に接続された副室ガス供給路１４を介して燃料ガスの供給を受け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。

点火プラグ押え１３には、副室４の上方となる位置に逆止弁挿入孔６ｓが形成されている。逆止弁挿入孔６ｓの下部には、逆止弁ホルダ９に支持されて燃料ガスの供給を制御する逆止弁６が設置されている。この逆止弁６が設置されることにより、逆止弁挿入孔６ｓの内部には、逆止弁上方室２８及び逆止弁下方室２９の２つの空間が画成されており、逆止弁下方室２９と副室４とは、連絡孔５によって連通されている。
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。

本第１実施形態に係る逆止弁６は、逆止弁上方室２８から逆止弁下方室２９へ向かう方向の流れを許容するものであり、燃料ガス供給圧力と主室６０内の圧力（以下「筒内圧力」という。）との圧力差（差圧）により開閉期間が決まる。すなわち、逆止弁６は、燃料ガス供給圧力と主室６０側の筒内圧力との圧力差によって開閉し、副室４への燃料ガス供給を制御する弁である。

より詳細に説明すると、ばねの付勢を受けている逆止弁６の弁体は、吸入行程など筒内圧力が低く燃料ガス供給圧力との圧力差が大きい場合に開弁して副室４へ燃料ガスを供給し、排気行程など筒内圧力が高く燃料ガス供給圧力との圧力差が小さい場合に閉弁して燃料ガス供給を停止する。すなわち、燃料ガス供給圧力に対して、筒内圧力はガスエンジンＡの行程に応じて変動するので、逆止弁６は、筒内圧力と燃料ガス供給圧力との圧力差が所定値より大きい場合にリフト量が大となる上方へ移動して開弁し、反対に、主室６０内の圧力と燃料ガス供給圧力との圧力差が所定値より小さい場合にリフト量が小となる下方へ移動して閉弁する。

そして、本第１実施形態に係るガスエンジンＡは、副室ガス供給圧制御装置３０、点火時期制御装置３１、及び最適副室ガス量・点火時期演算装置３２を備える。

副室ガス供給圧制御装置３０は、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ために、圧制御弁２７の開度制御信号を出力する。
圧制御弁２７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、圧制御弁２７の開度に応じて副室４へ供給される圧力（燃料ガス供給圧力）が調整され、この圧力調整により、副室４内の燃料ガス量（以下「副室ガス量」という。）が調整される。

点火時期制御装置３１は、副室４内の混合気を着火する点火プラグ１０の点火時期（以下「副室点火タイミング」という。）を制御する。

最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、筒内圧力の制限内で熱効率が高くなるように、副室ガス量及び副室点火タイミングの組み合わせを決定する組合せ演算部である。
このために、最適副室ガス量・点火時期演算装置３２には、副室ガス量演算装置３３から副室４に供給した副室ガス量が入力され、点火時期制御装置３１から副室点火タイミングが入力される。
なお、ガスエンジンＡの破損を防ぐために予め筒内圧力の上限値である制限筒内圧力が設定されている。すなわち、上述の「筒内圧力の制限内で」とは、筒内圧力が制限筒内圧力を超えないようにすることである。

副室ガス量演算装置３３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である。
副室ガス量演算装置３３には、例えばエンジン回転数、負荷信号、燃料性状及び外気温度が必要に応じて入力される。ここに示したエンジン回転数、負荷信号、燃料性状及び外気温度は、ガスエンジンＡの運転状況等の検出データや運転時の入力データである。そして、副室ガス量演算装置３３は、逆止弁６の開弁タイミング及び開弁期間に応じて、入力された検出データ等に基づいて、副室ガス量を算出する。

逆止弁６の開弁タイミング及び開弁期間は、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３４によって検出される。

開弁タイミング・開弁期間検知装置３４は、逆止弁６が実際に開閉動作する状況について、例えばギャップセンサ５１を用いて検出（計測）する。すなわち、開閉動作によって逆止弁６の弁体が移動するので、開弁タイミング・開弁期間検知装置３４は、過電流式変異センサ等のギャップセンサ５１により弁体との間隔Ｌを継続的に測定し、測定値の変化から逆止弁６の開弁タイミングや開弁期間を検出する。
なお、ガスエンジンＡが複数の気筒を備えている場合、開弁タイミング・開弁期間検知装置３４は、全ての気筒に設けられてもよいが、複数から選択した代表する一つの気筒（代表気筒）にのみ設けられてもよい。

また、最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、熱効率演算装置３５からガスエンジンＡの熱効率が入力され、筒内圧監視装置３６から筒内圧力が入力される。

熱効率演算装置３５は、出力検知装置３７で検知されたガスエンジンＡの出力値、及び燃料ガス量検知装置３８で検知された燃料ガス量に基づいて、ガスエンジンＡの熱効率を算出する。
出力検知装置３７は、ガスエンジンＡの出力として、例えばガスエンジンＡに連結されている発電機の出力値等を検知する。
燃料ガス量検知装置３８は、主室６０に供給された燃料ガス量と副室４に供給された副室ガス量との合計を検知する。

筒内圧監視装置３６は、筒内圧力を検知する。

ここで、副室４に供給する副室ガス量を減らした場合、副室点火タイミングを変化させないと筒内圧力が所望の規定値（例えば制限筒内圧力）から下がる。そこで、副室ガス量を減らした場合に副室点火タイミングを進めることで、筒内圧力を規定値に上げることができる。一方、副室ガス量を増した場合に、副室点火タイミングを変化させないと筒内圧力が上がる。そこで、副室ガス量を増した場合に副室点火タイミングを遅くすることで、筒内圧力を規定値まで上げることができる。
すなわち、筒内圧力の制限内での副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせは様々であり、その組み合わせによってガスエンジンＡの熱効率も変化する。

このため、最適副室ガス量・点火時期演算装置３２によって、筒内圧力の制限内でガスエンジンＡの熱効率が最も高くなるように、副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせが決定される。
そして、副室ガス供給圧制御装置３０は、最適副室ガス量・点火時期演算装置３２で決定された副室ガス量を副室４に供給するように圧制御弁２７を制御する。また、点火時期制御装置３１は、最適副室ガス量・点火時期演算装置３２で決定された副室点火タイミング点火プラグ１０を点火し、副室４内の混合気を着火する。
従って、本第１実施形態に係るガスエンジンＡは、副室ガス量と副室点火タイミングとを適切に調整することで、熱効率をより向上できる。

また、本第１実施形態に係るガスエンジンＡは、熱効率が最も高くなるように副室ガス量と副室点火タイミングの組み合わせを決定するので、ガスエンジンＡを負荷の大きさに関わらず、すなわち、部分負荷で運転する場合でも熱効率を最も高くできる。

なお、最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、副室ガス量、副室点火タイミング、及びこれらに対する熱効率と筒内圧力を逐次記憶し、該記憶した情報（以下「マッピング情報」という。）に基づいて熱効率が最も高くなる副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせを算出する。

すなわち、最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、副室ガス量演算装置３３から副室ガス量が入力され、点火時期制御装置３１から副室点火タイミングが入力されることで、副室ガス量と副室点火タイミングとがフィードバックされる。そして、フィードバックされた副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせに対する熱効率及びそのときの筒内圧力とが、上述のマッピング情報（例えば３次元マッピング）として逐次記憶される。

このように、最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、フィードバックされた情報に基づいて、ガスエンジンＡの運転中に上述のマッピング情報をリアルタイムで生成する。
そして、最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、マッピング情報に基づいて、筒内圧力が制限筒内圧力内となり、かつより熱効率が高くなる副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせの傾向を判定し、副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせを決定する。

副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせを決定する方法としては、例えば、副室ガス量及び副室点火タイミングの何れか一方を一定とし、他方を段階的に変化させる方法がある。そして、副室ガス量又は副室点火タイミングを変化させる毎に熱効率が算出されることで、マッピング情報は、副室点火タイミングと熱効率との関係を表すようになる。
副室ガス量を一定とした場合、マッピング情報から、例えば副室点火タイミングを遅らせることで熱効率が高まる傾向が得られれば、より副室点火タイミングを遅らせる。しかし、副室点火タイミングをより遅らせることで熱効率が下がり始めたら、そのときにおける、熱効率が最も高い副室点火タイミングと副室ガス量とを最適な組み合わせとして決定する。そして、その後、副室ガス量を所定量増加又は減少させた後、副室点火タイミングを段階的に変化させることで、最も熱効率が高くなる副室点火タイミングを副室ガス量との組み合わせをさらに算出する。

このように、本第１実施形態に係るガスエンジンＡは、熱効率が高くなる副室ガス量と副室点火タイミングの組み合わせをリアルタイムで決定できるので、例えば、組成の違いや気温の違い等による燃料ガスの状態の違いが生じても、ガスエンジンを運転しながら常に熱効率が高くなるように制御可能となる。

具体的には、最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、ガスエンジンＡの運転環境やガスエンジンＡの経年変化が発生した場合においても制限筒内圧力内で最も熱効率が高くなる副室ガス量と副室点火タイミングの組み合わせを算出し、副室４の燃料ガス供給圧力と副室点火タイミングの制御が可能である。
また、補充される燃料ガスの地域差により、燃料ガスの組成等が変化し、燃料ガスの熱量が変化した場合においても、制限筒内圧力内で最も熱効率が高くなる副室ガス量と副室点火タイミングの組み合わせが算出され、副室ガス量と副室点火タイミングの制御が可能となる。
さらに、最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、例えば季節が異なることによる燃料ガスの温度変動（密度変動）にも対応でき、年間を通じて安定して高い熱効率を得ることができる。

以上説明したように、本第１実施形態に係るガスエンジンＡは、ピストンとシリンダヘッド１との間に画定される主室６０と、主室６０と噴孔３を介して連通される副室４と、副室４に燃料ガスを供給する副室ガス供給路１４と、が設けられ、燃料ガス供給圧力と筒内圧力との圧力差により開閉期間が決まる逆止弁６により副室４への燃料ガス供給を制御する。
さらに、ガスエンジンＡは、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副室ガス供給圧制御装置３０と、副室４内の混合気を着火する点火プラグ１０の副室点火タイミングを制御する点火時期制御装置３１と、筒内圧力の制限内で熱効率が高くなるように、副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせを算出する最適副室ガス量・点火時期演算装置３２と、を備える。そして、副室ガス供給圧制御装置３０は、最適副室ガス量・点火時期演算装置３２で算出された副室ガス量を副室４に供給し、点火時期制御装置３１は、最適副室ガス量・点火時期演算装置３２で算出された副室点火タイミングで混合気を着火する。

このように、本第１実施形態に係るガスエンジンＡは、副室ガス量と副室４に設けられた点火プラグ１０の副室点火タイミングとを適切に調整することで、副室４に燃料ガスの供給を制御する逆止弁６が設置された構成においても、熱効率をより向上させる。

なお、本第１実施形態では、フィードバックされた副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせに基づいて、マッピング情報をリアルタイムで生成する形態について説明した。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、副室ガス量、副室点火タイミング、及びこれらに対する熱効率と筒内圧力との関係を示したマッピング情報を予め記憶し、このマッピング情報に基づいて副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせを決定してもよい。すなわち、この形態では、副室ガス量と副室点火タイミングとが、最適副室ガス量・点火時期演算装置３２へフィードバックされない。

〔第２実施形態〕
以下、本発明の第２実施形態について説明する。

図２は、本第２実施形態に係るガスエンジンＡの副室周りを示す要部断面図である。なお、図２における図１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。

ガスエンジンＡは、副室点火タイミングを進角していくとノッキングが発生する可能性がある。
そこで、本第２実施形態に係る最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせを、ノッキングの状態に応じて決定する。

このため、第２実施形態に係るガスエンジンＡは、ノッキングの状態を検知するノッキング検知装置４０を備え、その検知結果を最適副室ガス量・点火時期演算装置３２に入力する。
ノッキング検知装置４０は、筒内圧力の振動状態（所定の周波数帯の振動）に基づいて、ノッキングの強度や発生頻度を検知する。

そして、本第２実施形態に係る最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、副室ガス量、副室点火タイミング、及びこれらに対する熱効率と筒内圧力とノッキングの状態を逐次記憶してマッピング情報とし、このマッピング情報に基づいて、ノッキングの強度や発生頻度が所定の基準値以下で、熱効率が最も高くなる副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせを算出する。

これにより、本第２実施形態に係る最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、ノッキングを考慮した適切な副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせを決定できる。
また、本第２実施形態に係るガスエンジンＡは、例えば、強度が大きく、頻度が多いノッキングが発生した場合に、副室点火タイミングをリタードしての回避だけでなく、副室ガス量を減らすことで、ノッキングの発生を回避することも可能となる。従って、本第２実施形態に係るガスエンジンＡは、状況に応じたノッキングの回避方法を選択できるため、熱効率の低下を抑制しつつ、ノッキングを回避することが可能となる。

〔第３実施形態〕
以下、本発明の第３実施形態について説明する。

図３は、本第３実施形態に係るガスエンジンＡの副室周りを示す要部断面図である。なお、図３における図１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。

副室式であるガスエンジンＡは、点火プラグ１０を用いた点火方式であるため燃焼変動が発生する。
そこで、本第３実施形態に係る最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせを、主室６０内の燃焼変動の状態に応じて決定する。

このため、第３実施形態に係るガスエンジンＡは、主室６０内の燃焼変動の状態を検知する燃焼変動量検知装置４１を備え、その検知結果を最適副室ガス量・点火時期演算装置３２に入力する。
燃焼変動量検知装置４１は、例えば、各サイクルにおける筒内圧力の最高値のばらつきに基づいて、燃焼変動量を検知する。具体例としては、筒内圧力の圧力変動を周波数解析し、筒内圧力の最高値のばらつきの統計値を求め、その分散の大きさで燃料変動量が判定される。

そして、本第３実施形態に係る最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、副室ガス量、副室点火タイミング、及びこれらに対する熱効率と筒内圧力と燃焼変動量を逐次記憶してマッピング情報とし、このマッピング情報に基づいて、燃焼変動量が所定の基準値以下で、熱効率が最も高くなる副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせを算出する。

これにより、本第２実施形態に係る最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、燃焼変動量を考慮した適切な副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせを決定できる。
また、ノッキングは発生しているか否かの判定が難しい。特にガスエンジンでは、噴孔３からトーチ火炎が生じるため、このトーチ火炎による圧力波とノッキングとの区別が難しい場合がある。このため、本第２実施形態に係るガスエンジンＡは、ノッキング検知装置４０と共に燃料変動量検知装置４１を備えることで、ノッキングの疑いがある副室ガス量と副室点火タイミングの組み合わせにおける燃焼変動量を評価し、トーチ火炎による圧力波とノッキングとの区別が可能となるので、より精度の高いノッキングの発生検知が可能となる。

〔第４実施形態〕
以下、本発明の第４実施形態について説明する。

図４は、本第４実施形態に係るガスエンジンＡの副室周りを示す要部断面図である。なお、図４における図１と同一の構成部分については図１と同一の符号を付して、その説明を省略する。

ガスエンジンＡは、環境規制等により排気ガス中のＮＯｘ量等の抑制が求められている。
そこで、本第４実施形態に係る最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせを、ＮＯｘ排出量に応じて決定する。なお、副室ガス量を減らし、かつ副室点火タイミングを遅くすることで、ＮＯｘ排出量は、減少する傾向がある。

このため、第４実施形態に係るガスエンジンＡは、ＮＯｘ排出量を検知するＮＯｘ排出量検知装置４２を備え、その検知結果を最適副室ガス量・点火時期演算装置３２に入力する。
ＮＯｘ排出量検知装置４２は、例えば厚膜ジルコニアを用いたＮＯｘセンサである。なお、ＮＯｘ排出量検知装置４２は、ＮＯｘ排出量と関連性のある排ガスのパラメータを検知し、このパラメータの変動に基づいてＮＯｘ排出量を予測してもよい。

そして、本第４実施形態に係る最適副室ガス量・点火時期演算装置３２は、副室ガス量、副室点火タイミング、及びこれらに対する熱効率と筒内圧力とＮＯｘ排出量を逐次記憶してマッピング情報とし、このマッピング情報に基づいて、ＮＯｘ排出量が所定の基準値以下で、熱効率が最も高くなる副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせを算出する。

これにより、本第４実施形態に係るガスエンジンＡは、ＮＯｘ排出量を考慮した適切な副室ガス量と副室点火タイミングとの組み合わせを決定できる。

以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。また、上記各実施形態が適宜組み合わされてもよい。

Ａ ガスエンジン
１ シリンダヘッド
３ 噴孔
４ 副室
６ 逆止弁
１０ 点火プラグ
１４ 副室ガス供給路
３０ 副室ガス供給圧制御装置（副室ガス供給圧制御部）
３１ 点火時期制御装置（点火時期制御部）
３２ 最適副室ガス量・点火時期演算装置（組合せ演算部）
３３ 副室ガス量演算装置（副室ガス量演算部）
４０ ノッキング検知装置
４１ 燃料変動量検知装置
４２ ＮＯｘ排出量検知装置
６０ 主室

Claims (7)

1. 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、が設けられ、燃料ガス供給圧力と前記主室側の筒内圧力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副室ガス供給圧制御部と、
   前記副室内の混合気を着火する点火プラグの点火時期を制御する点火時期制御部と、
   前記筒内圧力の制限内で熱効率が高くなるように、前記副室内の燃料ガス量と前記点火時期との組み合わせを算出する組合せ演算部と、
   を備え、
   前記副室ガス供給圧制御部は、前記組合せ演算部で算出された燃料ガス量を前記副室に供給し、前記点火時期制御部は、前記組合せ演算部で算出された前記点火時期で混合気を着火することを特徴とするガスエンジン。
2. 前記組合せ演算部は、前記副室に供給された燃料ガス量、前記点火時期、及びこれらに対する熱効率を逐次記憶し、該記憶した情報に基づいて熱効率の高くなる前記燃料ガス量と前記点火時期との組み合わせを算出する請求項１記載のガスエンジン。
3. 前記逆止弁の開弁タイミング及び開弁期間に応じて、前記副室に供給する燃料ガス量を算出し、前記組合せ演算部に入力する副室ガス量演算部を備える請求項２記載のガスエンジン。
4. 前記組合せ演算部は、前記副室内の燃料ガス量と前記点火時期との組み合わせを、ノッキングの状態に応じて決定する請求項１から請求項３の何れか１項記載のガスエンジン。
5. 前記組合せ演算部は、前記副室内の燃料ガス量と前記点火時期との組み合わせを、前記主室内の燃焼変動の状態に応じて決定する請求項１から請求項４の何れか１項記載のガスエンジン。
6. 前記組合せ演算部は、前記副室内の燃料ガス量と前記点火時期との組み合わせを、ＮＯｘ排出量に応じて決定する請求項１から請求項５の何れか１項記載のガスエンジン。
7. 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、を有し、燃料ガス供給圧力と前記主室側の筒内圧力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、
   前記筒内圧力の制限内で熱効率が高くなるように、前記副室内の燃料ガス量、及び前記副室内の混合気を着火する点火プラグの点火時期の組み合わせを決定する第１工程と、
   前記第１工程で決定された前記燃料ガス量を前記副室に供給し、前記第１工程で決定された前記点火時期で前記副室内の混合気を着火する第２工程と、
   を含むことを特徴とするガスエンジンの運転制御方法。

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