JP7230265B2 - Large two-stroke turbocharged uniflow scavenging internal combustion engine and method of operating same - Google Patents

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Description

本明細書は、ガス燃料を使用する大型2ストローク内燃機関に関し、特に、ピストンがBDCからTDCに向かう途中に燃料弁から導入されるガス燃料によって運転される、クロスヘッド式大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関に関する。 This specification relates to a large two-stroke internal combustion engine using gas fuel, in particular a large two-stroke crosshead uniflow scavenging internal combustion engine operated by gas fuel introduced through a fuel valve on the way of the piston from BDC to TDC. Regarding institutions.

背景background

クロスヘッド式大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関は、例えば大型船舶の推進システムや、発電プラントの原動機として用いられる。この大型2ストロークエンジンのサイズは巨大である。サイズが巨大であることだけが理由ではないが、この大型2ストロークエンジンは、他の内燃機関とは異なる構造を有する。例えば、排気弁の重量は400kgに達することもあり、ピストンの直径も100cmに達することがある。運転中における燃焼室の最大圧力は、典型的には数百barになる。このような高い圧力レベルとピストンサイズから生まれる力は莫大なものである。 A large two-stroke uniflow scavenging internal combustion engine of a crosshead type is used, for example, as a propulsion system for a large ship or as a prime mover of a power plant. The size of this large two-stroke engine is huge. Not only because of its enormous size, this large two-stroke engine has a different construction than other internal combustion engines. For example, the weight of the exhaust valve can reach 400 kg and the diameter of the piston can reach 100 cm. The maximum pressure in the combustion chamber during operation is typically several hundred bar. The forces generated by such high pressure levels and piston sizes are enormous.

大型2ストロークターボ過給式内燃機関には、シリンダライナの長手方向中央付近又はシリンダカバーに配される燃料弁から導入されるガス燃料で運転されるタイプのものがある。このタイプのエンジンにおいて、ガス燃料は、ピストンの上昇ストロークの途中であって、排気弁が閉じるかなり前に、シリンダ内に導入される。エンジンは、燃焼室内においてガス燃料と掃気との混合物を圧縮し、圧縮された混合気を上死点(TDC)又はその付近で同期着火手段(例えばパイロット油着火手段)によって点火する。 Some large two-stroke turbocharged internal combustion engines are operated with gas fuel introduced from a fuel valve located near the longitudinal center of the cylinder liner or on the cylinder cover. In this type of engine, gas fuel is introduced into the cylinder during the upstroke of the piston, well before the exhaust valve closes. The engine compresses a mixture of gaseous fuel and scavenging air in the combustion chamber and ignites the compressed mixture at or near top dead center (TDC) by synchronous ignition means (eg, pilot oil ignition means).

大型2ストロークターボ過給式内燃機関において、ピストンが上死点(TDC)又はその付近でガス燃料を噴射する場合、燃焼室内の圧縮圧力はほぼ最大になっている。それに比べると、シリンダライナ又はシリンダカバーに配される燃料弁(ガス導入弁)を用いる上記のタイプのガス導入は、燃焼室の圧力が比較的低い時にガス燃料を噴射するため、かなり低い燃料噴射圧力を用いることができるという利点を有する。TDC又はその付近でガス燃料を噴射するタイプのエンジンの場合、既にほぼ最大圧力となっている燃焼室の圧力よりも、更に十分に高い燃料噴射圧力を実現しなければならない。このような極めて高い圧力でガス燃料を扱うことができる燃料システムは、高価かつ複雑である。その理由には、ガス燃料の揮発性や高圧下の挙動があり、それによって燃料システムの鋼部材の中に(又はそれらを通じて)拡散していくことがある。 In a large two-stroke turbocharged internal combustion engine, when the piston injects gaseous fuel at or near top dead center (TDC), the compression pressure in the combustion chamber is near maximum. In comparison, the above type of gas introduction using a fuel valve (gas inlet valve) located in the cylinder liner or cylinder cover injects gaseous fuel when the pressure in the combustion chamber is relatively low, resulting in a significantly lower fuel injection rate. It has the advantage that pressure can be used. For engines of the type that inject gaseous fuel at or near TDC, the fuel injection pressure must be achieved well above the pressure in the combustion chamber, which is already near maximum pressure. Fuel systems capable of handling gaseous fuels at such extremely high pressures are expensive and complex. Reasons for this include the volatility of gaseous fuels and their behavior under high pressure, which allows them to diffuse into (or through) the steel components of the fuel system.

このため、圧縮ストロークの途中にガス燃料を噴射するエンジンの燃料供給システムは、ピストンがTDC付近にあるときの高圧下でガス燃料を噴射するエンジンのものに比べて、コストがずっと低い。 Thus, a fuel delivery system for an engine that injects gas fuel midway through the compression stroke costs much less than that for an engine that injects gas fuel at high pressure when the piston is near TDC.

しかし、圧縮ストロークの途中にガス燃料を噴射する場合、ピストンは、ガス燃料と掃気の混合物を圧縮することになるが、これには異常早期着火(プレイグニッション)の危険性を伴う。非常に薄い混合気で運転することにより、プレイグニッションの危険性を減少させることができる。しかし、薄い混合気を用いると、ミスファイア又は部分ミスファイア(partial misfire)の危険性が増大し、燃料スリップをもたらす。 However, when injecting gas fuel in the middle of the compression stroke, the piston will compress a mixture of gas fuel and scavenging air, with the risk of pre-ignition. By operating with a very lean mixture, the risk of pre-ignition can be reduced. However, using a lean mixture increases the risk of misfire or partial misfire, resulting in fuel slip.

このため、上記のような大型2ストロークターボ過給型内燃機関において、ミスファイアやプレイグニッション、ディーゼルノックの問題を解消または少なくとも減少させるために、圧縮中の燃焼室の状態の制御を改善することの必要性が存在する。プレイグニッションやミスファイアが発生することを防ぐためには、燃焼室の状態を非常に的確に制御することが必要になる。 It is therefore desirable to improve the control of combustion chamber conditions during compression in order to eliminate or at least reduce the problems of misfire, pre-ignition and diesel knock in large two-stroke turbocharged internal combustion engines such as those described above. There is a need for In order to prevent pre-ignition and misfires from occurring, it is necessary to control the state of the combustion chamber very precisely.

エンジンが定常状態で運転されているとき、エンジンのパフォーマンス設計は通常、プレイグニッションが発生しないようになされている。これは、燃焼室の設計や燃料噴射のタイミング、排気弁のタイミングを、注意深く選択することによって達成されている。しかしこれは、ミスファイア又は部分ミスファイア、プレイグニッションが発生する可能性が高い燃焼状態から安全な距離を取って動作させることを要する。この大きな安全距離は、最適とはいえない燃焼状態をもたらす。特に燃料効率の点で、最適とはいえない燃焼状態をもたらす。 Engine performance design is typically such that pre-ignition does not occur when the engine is operating at steady state. This is achieved through careful selection of combustion chamber design, fuel injection timing, and exhaust valve timing. However, this requires operating at a safe distance from combustion conditions where misfires, partial misfires and pre-ignition are likely to occur. This large safety distance results in less than optimal combustion conditions. This results in less than optimal combustion conditions, especially in terms of fuel efficiency.

Dk201970370は、大型2ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関を開示している。この機関は複数の燃焼室と、前記機関に関連付けられた少なくとも1つのコントローラとを備え、前記コントローラは、燃焼開始時における平均圧縮空燃比及びバルク圧縮温度を決定すると共に、
・ 前記決定した平均圧縮空燃比が圧縮空燃比下閾値を下回る場合、圧縮空燃比を上げるための方策を実行すること;
・ 前記決定した平均圧縮空気過剰率が圧縮空燃比上閾値を上回る場合、圧縮空燃比を下げるための方策を実行すること;
・ 前記決定又は測定したバルク圧縮温度が、バルク圧縮温度下閾値を下回る場合、バルク圧縮温度を上げるための少なくとも1つの方策を実行することと;
・ 前記決定又は測定したバルク圧縮温度が、バルク圧縮温度上閾値を上回る場合、バルク圧縮温度を下げるための少なくとも1つの方策を実行することと;
Dk201970370 discloses a large two-stroke turbocharged uniflow scavenging internal combustion engine. The engine comprises a plurality of combustion chambers and at least one controller associated with the engine for determining an average compressed air-fuel ratio and bulk compression temperature at the start of combustion;
- if the determined average compressed air-fuel ratio is below the lower compressed air-fuel ratio threshold, then taking a strategy to increase the compressed air-fuel ratio;
- if the determined average compressed air excess ratio exceeds the compressed air-fuel ratio upper threshold, then implementing a strategy to reduce the compressed air-fuel ratio;
- if the determined or measured bulk compaction temperature is below the bulk compaction temperature below threshold, performing at least one strategy to increase the bulk compaction temperature;
- if the determined or measured bulk compaction temperature is above the bulk compaction temperature threshold, performing at least one strategy to reduce the bulk compaction temperature;

を遂行するように構成される。 configured to perform

摘要Summary

上述の課題を解決するか又は少なくとも緩和する、エンジン及び方法を提供することが目的の一つである。 It is an object to provide an engine and method that solves or at least mitigates the above-mentioned problems.

上述の課題やその他の課題が、独立請求項に記載の特徴により解決される。より具体的な実装形態は、従属請求項や発明の詳細な説明、図面から明らかになるだろう。 The above-mentioned and other problems are solved by the features of the independent claims. More specific implementations will become apparent from the dependent claims, the detailed description of the invention and the drawings.

第1の側面によれば、ガス運転モードにおいて主燃料としてガス燃料で動作する大型2ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関が提供される。この機関は、
それぞれシリンダライナ、往復ピストン、シリンダカバーで画定される複数の燃焼室と;
前記燃焼室に掃気を導入するための掃気ポートであって、前記シリンダライナに配される掃気ポートと;
前記シリンダカバーに配され、排気弁により制御される排気ガス排出口と;
各燃焼室について個別に排気弁タイミングの制御を可能とする可変タイミング排気弁作動システムと;
前記シリンダライナ又は前記シリンダカバーに配され、前記往復ピストンの前記シリンダカバーへの行程の最中にガス燃料を投入するように構成される1つ又は複数のガス導入口と;
前記機関に関連付けられる少なくとも1つのコントローラとを備え;
前記少なくとも1つのコントローラは、各燃焼室について個別に、前記排気弁の開閉タイミングを決定及び制御するように構成されると共に、各燃焼室について個別に、前記ガス導入口から燃焼室に導入されるガス燃料の量を制御するように構成され、
前記少なくとも1つのコントローラは、前記機関の動作条件を監視し、前記機関が安定状態動作条件で動作している時を決定するように構成され、
According to a first aspect, there is provided a large two-stroke turbocharged uniflow scavenging internal combustion engine operating on gas fuel as the primary fuel in a gas mode of operation. This institution
a plurality of combustion chambers each defined by a cylinder liner, a reciprocating piston and a cylinder cover;
a scavenging port for introducing scavenging air into the combustion chamber, the scavenging port disposed in the cylinder liner;
an exhaust gas outlet disposed in the cylinder cover and controlled by an exhaust valve;
a variable timing exhaust valve actuation system that allows control of exhaust valve timing for each combustion chamber individually;
one or more gas inlets disposed in the cylinder liner or the cylinder cover and configured to introduce gaseous fuel during the stroke of the reciprocating piston into the cylinder cover;
at least one controller associated with the engine;
The at least one controller is configured to individually determine and control the opening and closing timing of the exhaust valve for each combustion chamber, and for each combustion chamber individually, the gas is introduced into the combustion chamber from the inlet. configured to control the amount of gas fuel,
the at least one controller configured to monitor operating conditions of the engine and determine when the engine is operating at steady state operating conditions;

前記少なくとも1つのコントローラは、前記機関が安定状態動作条件で動作していると決定した時に、安定状態モードで動作するように構成され、 the at least one controller is configured to operate in a steady state mode when determining that the engine is operating in a steady state operating condition;

前記燃焼室は、少なくとも安定状態動作において、既知の望ましくない燃焼状態を有し、前記既知の望ましくない燃焼状態においては、空燃比が既知の動作条件依存臨界値を超えると、部分ミスファイアイベント、ミスファイアイベント、及び/又はプレイグニッションが生じる可能性が高く、 said combustion chamber, at least at steady state operation, having known undesired combustion conditions, wherein said known undesired combustion conditions, when an air-fuel ratio exceeds a known operating condition dependent critical value, a partial misfire event; Misfire events and/or preignition are likely to occur,

前記安定状態モードにおける前記少なくとも1つのコントローラは、
・ 各燃焼室について個別に、動作条件の関数として空燃比を制御し、初めは第1の値にセットされるマージンによって、前記空燃比の値が前記既知の動作条件依存臨界値より低くなるように制御し、
・ 各燃焼室について個別に、前記マージンを、前記第1の値より小さく0より大きな第2の値へと、実際の値からデクリメントして徐々に小さくし、
・ 各燃焼室について個別に、ミスファイアイベント、部分ミスファイアイベント、プレイグニッションイベントを監視し、
・ 部分ミスファイアイベント、ミスファイアイベント、及び/又はプレイグニッションイベントを検出すると、ミスファイアイベント、部分ミスファイアイベント、プレイグニッションイベントが検出されなくなるまで、前記マージンを、実際の値から前記第1の値へ向かってインクリメントして大きくする、
ように構成される。
The at least one controller in the steady state mode comprises:
- for each combustion chamber individually, controlling the air-fuel ratio as a function of operating conditions, with a margin initially set to a first value such that said air-fuel ratio value is below said known operating-condition dependent critical value; control to
decrementing the margin from the actual value to a second value less than the first value and greater than zero for each combustion chamber individually;
monitor for misfire events, partial misfire events, and preignition events for each combustion chamber separately;
upon detection of a partial misfire event, misfire event and/or preignition event, reducing said margin from the actual value until no misfire event, partial misfire event or preignition event is detected; increments towards the value,
configured as

通常の安定状態動作条件における値と比べてマージンを小さくすることを可能とすることにより、機関動作パラメータを臨界値に近い値で使用することができ、機関動作及び燃焼プロセスを最適化する可能性を高める。この機関動作パラメータとは、例えば、(最大化された)燃料効率(エネルギー効率)、(最小化された)NOx排出量、(最小化された)炭化水素スリップ(HCスリップ)(炭化水素は、燃焼した燃料ではなく、又は部分的に燃焼した燃料)である。従って、機関は、これらの動作パラメータのいずれかを最適化するように設計されることができる。 Potential for optimizing engine operation and combustion processes, allowing engine operating parameters to be used at values close to critical values by allowing a smaller margin compared to the values under normal steady-state operating conditions. increase These engine operating parameters are, for example, (maximized) fuel efficiency (energy efficiency), (minimized) NOx emissions, (minimized) hydrocarbon slip (HC slip) (hydrocarbons not combusted fuel or partially combusted fuel). Engines can therefore be designed to optimize any of these operating parameters.

この最適化は、燃焼プロセスを最適な方向にプッシュするために、アクチュエータの設定点が通常の安定状態動作条件からどのくらい逸脱するかを指定する。(外気条件や部品のメンテナンスなどの)制御できない要因が、どのくらいの最適化が可能かを決定するために、最適化を図る手法としては、逸脱ルールを指定するだけである。そして、望ましくない燃焼状態が検出されたときに、最適化手法は少なくとも部分的に反転させられる。従って、制御できない要因は、どのくらいの範囲でルール(アクチュエータ設定点の逸脱のサイズ)が適用できるかを決定するだろう。 This optimization specifies how far the actuator setpoints deviate from normal steady-state operating conditions in order to push the combustion process in the optimal direction. To determine how much uncontrollable factors (such as outside air conditions and component maintenance) can be optimized, the only way to optimize is to specify deviation rules. The optimization strategy is then at least partially reversed when undesirable combustion conditions are detected. Therefore, uncontrollable factors will determine to what extent the rule (size of actuator setpoint deviation) is applicable.

望ましくない燃焼状態は、ミスファイアイベント、ミスファイアイベント、又はプレイグニッションが生じる燃焼状態である。 An undesirable combustion condition is a combustion condition in which a misfire event, misfire event, or pre-ignition occurs.

安定状態動作についての空燃比の動作条件依存臨界値が、機関の設計中に、及び/又はテストランに基づいて、及び/又はコンピュータシミュレーションに基づいて、決定される。 An operating condition dependent critical value of air-fuel ratio for steady state operation is determined during engine design and/or based on test runs and/or based on computer simulations.

マージンの最初の値が、機関の設計中に、及び/又はテストランに基づいて、及び/又はコンピュータシミュレーションに基づいて、決定される。動作条件の関数としてのマージンの値は、ルックアップテーブルに格納されるか、アルゴリズムに実装される。 An initial value for the margin is determined during engine design and/or based on test runs and/or based on computer simulations. Margin values as a function of operating conditions are stored in lookup tables or implemented in algorithms.

コントローラは、機関が安定状態条件で動作していると決定すると、直ちに、又は既定の遅延をもって(すなわち既定の時間後に)、最初にセットした初期値からマージンを減少させる処理を開始する。 As soon as the controller determines that the engine is operating in steady state conditions, or with a predetermined delay (i.e., after a predetermined time), the controller begins reducing the margin from the initial value it initially set.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記少なくとも1つのコントローラは、前記望ましくない燃焼状態及び前記既知の動作条件依存臨界値を知らされる。 In one example of implementation of the first aspect, the at least one controller is informed of the undesirable combustion state and the known operating condition dependent critical value.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記コントローラは、前記値を最後に増加させてから既定の長さの時間が経過した時に、及び前記値が前記第2の値に等しくない時に、各燃焼室について個別に、前記マージンを実際の値から小さくデクリメントして徐々に小さくすることを再開するように構成される。 In one example of an implementation of the first aspect, when a predetermined amount of time has elapsed since the value was last increased and when the value is not equal to the second value: Individually for each combustion chamber, the margin is arranged to be decremented smaller from the actual value and to resume the gradual decrease.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記ントローラは、好ましくは段階的に、排気弁閉弁タイミングを進めることにより、前記マージンをデクリメントして小さくするように構成される。 In one example implementation of the first aspect, the controller is configured to decrement the margin smaller by advancing exhaust valve closing timing, preferably in steps.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記ントローラは、好ましくは段階的に、排気弁閉弁タイミングを遅らせることにより、前記マージンをインクリメントして大きくするように構成される。 In one example implementation of the first aspect, the controller is configured to incrementally increase the margin by retarding exhaust valve closing timing, preferably in stages.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記機関は排気バイパス制御弁を有する排気バイパスを備え、前記コントローラは、前記排気バイパス制御弁を閉じるか絞りをきつくすることにより、前記マージンをデクリメントして小さくするように構成される。 In one example of implementation of the first aspect, the engine comprises an exhaust bypass having an exhaust bypass control valve, and the controller decrements the margin by closing or tightening the exhaust bypass control valve. configured to be as small as possible.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記機関は排気バイパス制御弁を有する排気バイパスを備え、前記コントローラは、前記排気バイパス制御弁を開けるか絞りを緩くすることにより、前記マージンをインクリメントして大きくするように構成される。 In one example of an implementation of the first aspect, the engine comprises an exhaust bypass having an exhaust bypass control valve, and the controller increments the margin by opening or throttling the exhaust bypass control valve. configured to grow

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記機関は、内部に排気再循環ブロワを備える排気再循環管を有し、前記コントローラは、前記排気再循環ブロワをアクティブにするか速度を上げることにより、前記マージンをインクリメントして大きくするように構成される。 In one example of an implementation of the first aspect, the engine has an exhaust recirculation pipe with an exhaust recirculation blower therein, and the controller activates or speeds up the exhaust recirculation blower. is configured to increment and enlarge the margin.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記機関は、内部に排気再循環ブロワを備える排気再循環管を有し、前記コントローラは、前記排気再循環ブロワを非アクティブにするか速度を下げることにより、前記マージンをデクリメントして小さくするように構成される。 In one example of implementation of the first aspect, the engine has an exhaust recirculation pipe with an exhaust recirculation blower therein, and the controller deactivates or slows down the exhaust recirculation blower. Thereby, the margin is decremented to be smaller.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記機関は、メインの掃気冷却機の上流にシリンダバイパスを有し、前記コントローラは、ホットシリンダバイパス管を開けるか前記ホットシリンダバイパス管内の制御弁の絞りを緩くすることにより空燃比を上げ、前記ホットシリンダバイパス管を閉じるか前記ホットシリンダバイパス管内の制御弁の絞りをきつくすることにより空燃比を下げるように構成される。 In one example of an implementation of the first aspect, the engine has a cylinder bypass upstream of a main scavenge air cooler, and the controller opens a hot cylinder bypass line or controls a control valve in the hot cylinder bypass line. The air-fuel ratio is raised by loosening the throttle, and the air-fuel ratio is lowered by closing the hot cylinder bypass pipe or tightening the throttle of the control valve in the hot cylinder bypass pipe.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記コントローラは、動作条件が要求する場合に液体燃料(例えばディーゼル油)の噴射をアクティブにするように構成され、また、液体燃料噴射をアクティブにしたときに前記マージンを前記第1の値にリセットするように構成される。 In one example of an implementation of the first aspect, the controller is configured to activate injection of liquid fuel (e.g., diesel oil) when operating conditions dictate; Sometimes configured to reset the margin to the first value.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記インクリメントは小さなインクリメントであり、前記デクリメントは小さなデクリメントであり、前記段階は小さな段階である。 In one example implementation of the first aspect, the increment is a small increment, the decrement is a small decrement, and the steps are small steps.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記機関は各シリンダに個別にシリンダ圧力を検知するセンサーを備え、前記コントローラは、各シリンダついて個別に、検知されたシリンダ圧力を監視すると共に、各シリンダについて個別に、ミスファイアイベント、部分ミスファイアイベント、及び/又はプレイグニッションイベントが発生したかどうかを決定するように構成される。 In one example of an implementation of the first aspect, the engine includes a sensor for sensing cylinder pressure individually for each cylinder, the controller monitors the sensed cylinder pressure for each cylinder individually, and It is configured to determine, for each cylinder individually, whether a misfire event, a partial misfire event, and/or a pre-ignition event has occurred.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記コントローラは、ミスファイアイベント、部分ミスファイアイベント、及び/又はプレイグニッションイベントが発生しないときのシリンダ圧力の期待される変化からのシリンダ圧力変化の逸脱を決定することにより、ミスファイアイベント、部分ミスファイアイベント、及び/又はプレイグニッションイベントを決定するように構成される。 In one example implementation of the first aspect, the controller controls the deviation of cylinder pressure change from an expected change in cylinder pressure when no misfire event, partial misfire event, and/or pre-ignition event occurs. is configured to determine a misfire event, a partial misfire event, and/or a preignition event.

前記第1の側面の実装形態の一例において、前記コントローラは、望ましい機関速度と実際の機関速度との差が逸脱閾値より低く、同時に機関負荷が機関負荷閾値より高い場合に、前記機関は安定状態で動作していると決定するように構成される。 In one example of an implementation of the first aspect, the controller controls the engine to enter steady state if the difference between the desired engine speed and the actual engine speed is below a deviation threshold and at the same time the engine load is above the engine load threshold. configured to determine that it is operating in

前記第1の捉え方の実装形態の一例において、加圧ガス燃料の供給部から燃料導入弁を通じて供給されるガス燃料を前記燃焼室に導入するように、一つ又は複数のガス燃料導入孔が構成される。 In one example of the implementation of the first aspect, one or more gas fuel introduction holes are provided so as to introduce gas fuel supplied from a pressurized gas fuel supply unit through a fuel introduction valve into the combustion chamber. Configured.

第2の側面によれば、ガス運転モードで複数の燃焼室を有する大型2ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関を動作させる方法が提供される。ここで、前記燃焼室内には燃焼の前にある空燃比の混合気が存在し、
前記燃焼室は、少なくとも安定状態動作において、既知の望ましくない燃焼状態を有し、前記既知の望ましくない燃焼状態においては、空燃比が既知の動作条件依存臨界値を超えると、部分ミスファイアイベント、ミスファイアイベント、及び/又はプレイグニッションが生じる可能性が高く、
そして前記方法は、
前記機関の動作条件を監視して、前記機関が安定状態動作条件で動作している時を決定し、
安定状態動作条件であると決定すると、
各燃焼室について個別に、動作条件の関数として空燃比を制御し、初めは第1の値にセットされるマージンによって、前記空燃比の値が前記既知の動作条件依存臨界値より低くなるように制御し、
各燃焼室について個別に、前記マージンを、前記第1の値より小さく0より大きな第2の値へと、実際の値からデクリメントして徐々に小さくし、
各燃焼室について個別に、ミスファイアイベント、部分ミスファイアイベント、プレイグニッションイベントを監視し、
部分ミスファイアイベント、ミスファイアイベント、及び/又はプレイグニッションイベントを検出すると、ミスファイアイベント、部分ミスファイアイベント、プレイグニッションイベントが検出されなくなるまで、前記マージンを、実際の値から前記第1の値へ向かってインクリメントして大きくする。
According to a second aspect, there is provided a method of operating a large two-stroke turbocharged uniflow scavenge internal combustion engine having multiple combustion chambers in a gas mode of operation. wherein a mixture having an air-fuel ratio prior to combustion exists in the combustion chamber,
said combustion chamber, at least at steady state operation, having known undesired combustion conditions, wherein said known undesired combustion conditions, when an air-fuel ratio exceeds a known operating condition dependent critical value, a partial misfire event; Misfire events and/or preignition are likely to occur,
and the method
monitoring operating conditions of the engine to determine when the engine is operating at steady state operating conditions;
Having determined the steady state operating conditions,
Controlling the air/fuel ratio as a function of operating conditions for each combustion chamber individually, with a margin initially set to a first value such that said air/fuel ratio value is below said known operating condition dependent critical value. control and
decrementing the margin from the actual value to a second value less than the first value and greater than zero for each combustion chamber individually;
monitor misfire, partial misfire, and preignition events for each combustion chamber separately;
upon detection of a partial misfire event, misfire event, and/or preignition event, reducing said margin from the actual value to said first value until no misfire event, partial misfire event, or preignition event is detected; Increment toward to make it bigger.

これらの側面及び他の側面は、以下に説明される実施例により更に明らかになるであろう。 These and other aspects will become more apparent from the examples described below.

以下、図面に示される例示的な実施形態を参照しつつ、様々な捉え方や実施形態、実装例を詳細説明する。
ある例示的実施形態に従う大型2ストロークディーゼル機関の正面図である。 図1の大型2ストローク機関の側面図である。 図1の大型2ストローク機関の第1の略図表現である。 図1の機関のシリンダフレーム及びシリンダライナの断面図である。シリンダカバー及び排気弁が取り付けられており、TDC及びBDCにおけるピストンも描かれている。 図1の機関の第2の略図表現である。 圧縮温度オブザーバ及び圧縮空燃比オブザーバの略図表現である。 横軸をバルクシリンダ温度、縦軸を圧縮空燃比としたグラフを描いたものである。安全なゾーンと、それを囲む、安全ゾーンに戻るために何らかのアクションが取られなければならないゾーンが示されている。 大型2ストローク機関を制御する方法の実施例を描いた図である。 個々のシリンダについての最適化プロセスを描いた図である。
Hereinafter, various concepts, embodiments, and implementation examples will be described in detail with reference to exemplary embodiments shown in the drawings.
1 is a front view of a large two-stroke diesel engine in accordance with certain exemplary embodiments; FIG. 2 is a side view of the large two-stroke engine of FIG. 1; FIG. 2 is a first schematic representation of the large two-stroke engine of FIG. 1; Figure 2 is a cross-sectional view of the cylinder frame and cylinder liner of the engine of Figure 1; Cylinder covers and exhaust valves are attached, and the pistons at TDC and BDC are also depicted. Figure 2 is a second schematic representation of the engine of Figure 1; 4 is a schematic representation of a compression temperature observer and a compression air-fuel ratio observer; A graph is drawn with the horizontal axis representing the bulk cylinder temperature and the vertical axis representing the compressed air-fuel ratio. A safe zone and surrounding zones are shown where some action must be taken to return to the safe zone. 1 depicts an embodiment of a method for controlling a large two-stroke engine; FIG. FIG. 4 depicts the optimization process for individual cylinders;

詳細説明Detailed explanation

以下の詳細説明では、実施例のクロスヘッド式大型低速2ストロークターボ過給式内燃機関を参照して、内燃機関が説明される。図1-図3は、ターボ過給式大型低速2ストロークディーゼル機関の実施例を描いている。このエンジンは、クランクシャフト8及びクロスヘッド9を有する。図1は正面図、図2は側面図である。図3は、図1,2のターボ過給式大型低速2ストロークディーゼル機関を、その吸気システム及び排気システムと共に略図により表現したものである。この例において、エンジンは直列に4本のシリンダを有する。ターボ過給式大型低速2ストローク内燃機関は通常、直列に配される4本から14本のシリンダを有する。これらのシリンダはエンジンフレーム11に担持される。またこのような機関は、例えば、船舶の主機関や、発電所において発電機を動かすための据え付け型の機関として用いられることができる。機関の全出力は、例えば、1000kWから110000kWでありうる。 In the following detailed description, the internal combustion engine will be described with reference to the crosshead type large low speed two-stroke turbocharged internal combustion engine of the embodiment. 1-3 depict an example of a turbocharged large low speed two-stroke diesel engine. This engine has a crankshaft 8 and a crosshead 9 . 1 is a front view, and FIG. 2 is a side view. FIG. 3 is a schematic representation of the turbocharged large low-speed two-stroke diesel engine of FIGS. 1 and 2 together with its intake and exhaust systems. In this example, the engine has four cylinders in series. Turbocharged large low speed two-stroke internal combustion engines typically have from 4 to 14 cylinders arranged in series. These cylinders are carried on the engine frame 11 . Such an engine can also be used, for example, as a main engine on ships or as a stationary engine for powering generators in power plants. The total engine power can be, for example, 1000 kW to 110000 kW.

この実施例におけるエンジンは、2ストロークユニフロー掃気エンジンであり、シリンダライナ1の下部領域に掃気ポート18が設けられ、シリンダライナ1の頂部中央には排気弁4が配される。掃気は、ピストンが掃気ポート18より下にある時に、掃気受け2から各シリンダライナ1の掃気ポート18へと導かれる。ガス燃料は、電子制御部60の制御下でガス燃料導入弁30から導入される。これは、ピストンの上昇ストロークの間であって、ピストンが燃料弁(ガス燃料導入弁)30を通過する前に行われる。ガス燃料は比較的低い圧力で導入され、30bar未満、好ましくは25bar、より好ましくは20bar未満で導入される。燃料弁は好ましくはシリンダライナの円周に亘って等間隔に分布するように配される。また好ましくは、シリンダライナの長手方向の中央付近に配される。従って、ガス燃料の導入は、圧縮圧力が比較的低い時に行われる。つまり、ピストンがTDCに達するときの圧縮圧力に比べればずっと低いときに行われるので、比較的低い圧力で導入することが可能となる。 The engine in this embodiment is a two-stroke uniflow scavenging engine, provided with a scavenging port 18 in the lower region of the cylinder liner 1 and an exhaust valve 4 centrally located at the top of the cylinder liner 1 . Scavenging air is directed from the scavenging receiver 2 to the scavenging port 18 of each cylinder liner 1 when the piston is below the scavenging port 18 . Gas fuel is introduced from the gas fuel introduction valve 30 under the control of the electronic control unit 60 . This is done during the upstroke of the piston and before the piston passes the fuel valve (gas fuel inlet valve) 30 . Gas fuel is introduced at a relatively low pressure, less than 30 bar, preferably less than 25 bar, more preferably less than 20 bar. The fuel valves are preferably evenly distributed around the circumference of the cylinder liner. Also preferably, it is arranged near the center in the longitudinal direction of the cylinder liner. The introduction of gaseous fuel therefore takes place when the compression pressure is relatively low. That is, it can be introduced at a relatively low pressure, since it is done at a much lower compression pressure than the piston reaches TDC.

ピストン10はシリンダライナ1の中で、ガス燃料と掃気の混合物を圧縮する。圧縮が行われ、TDC又はその付近で着火が開始される。着火は例えば、パイロット油燃料弁50からパイロット油(又はその他の適切な着火液)を噴射することによって、開始されてもよい。パイロット油燃料弁50好ましくはシリンダカバー22に配される。その後燃焼が生じ、排気ガスが生成される。別の形態の着火システムでは、パイロット油の代わりに、又はパイロット油に加えて、プリチャンバやレーザー着火、グロープラグ(いずれも図示されていない)などを、着火を促すために使用するものもある。 A piston 10 compresses a mixture of gaseous fuel and scavenging air in the cylinder liner 1 . Compression occurs and ignition is initiated at or near TDC. Ignition may be initiated, for example, by injecting pilot oil (or other suitable ignition fluid) from pilot oil fuel valve 50 . A pilot oil fuel valve 50 is preferably located in the cylinder cover 22 . Combustion then occurs and exhaust gases are produced. Other forms of ignition systems may use prechambers, laser ignition, glow plugs (none shown), etc. to facilitate ignition instead of or in addition to pilot oil.

排気弁4が開くと、排気ガスは、シリンダ1に設けられる排気ダクトを通って排気受け3へと流れ、さらに第1の排気管19を通ってターボ過給器5のタービン6へと進む。そこから排気ガスは、第2の排気管25を通ってエコノマイザ20へ流れ、さらに出口21から大気中へと放出される。タービン6は、シャフトを介してコンプレッサ7を駆動する。コンプレッサ9には、空気取り入れ口12を通じて外気が供給される。コンプレッサ7は、圧縮された掃気を、掃気受け2に繋がっている掃気管13へと送り込む。管13の掃気は、掃気を冷却するためのインタークーラー14を通過する。 When the exhaust valve 4 is open, the exhaust gas flows through the exhaust duct provided in the cylinder 1 to the exhaust receiver 3 and further through the first exhaust pipe 19 to the turbine 6 of the turbocharger 5 . From there the exhaust gases flow through a second exhaust pipe 25 to the economizer 20 and out of an outlet 21 to the atmosphere. Turbine 6 drives compressor 7 via a shaft. Outside air is supplied to the compressor 9 through an air intake 12 . The compressor 7 sends the compressed scavenging air to the scavenging pipe 13 connected to the scavenging receiver 2 . The scavenging air in tube 13 passes through an intercooler 14 for cooling the scavenging air.

冷却された掃気は、電気モーター17により駆動される補助ブロワ16を通る。補助ブロワ16は、ターボ過給器5のコンプレッサ7が掃気受け2に必要とされる圧力を供給することができない場合、すなわちエンジンが低負荷又は部分負荷である場合に、掃気流を圧縮する。機関の負荷が高い場合は、ターボ過給器のコンプレッサ7が、十分に圧縮された掃気を供給することができるので、補助ブロワ16は、逆止め弁15によってバイパスされる。 The cooled scavenging air passes through an auxiliary blower 16 driven by an electric motor 17 . The auxiliary blower 16 compresses the scavenging air flow when the compressor 7 of the turbocharger 5 cannot supply the scavenging air receiver 2 with the required pressure, ie when the engine is under low or part load. At high engine loads, the turbocharger compressor 7 can supply sufficiently compressed scavenging air so that the auxiliary blower 16 is bypassed by the non-return valve 15 .

図4には、クロスヘッド式大型2ストロークエンジンのために設計されたシリンダライナ1が図示されている。エンジンのサイズに応じて、シリンダライナ1は様々な大きさに作られる。典型的な大きさとしては、直径が250mmから1000mmであり、それに対応する全長が1000mmから4500mmである。 FIG. 4 shows a cylinder liner 1 designed for a large crosshead two-stroke engine. Depending on the size of the engine, the cylinder liner 1 is made in various sizes. Typical sizes are diameters of 250 mm to 1000 mm and corresponding total lengths of 1000 mm to 4500 mm.

図4には、シリンダライナ1はシリンダフレーム23に載置され、シリンダライナ1の上にはシリンダカバー22が搭載されている様子が描かれている。シリンダライナ1とシリンダカバー22とは、その間からガスの漏出が生じないように連結されている。図4において、その下死点(BDC)と上死点(TDC)におけるピストン10の様子が破線で示されている。なおもちろん、これら2つの状態が同時に生じる訳ではなく、これら2つの状態は、クランクシャフト8の回転角で180度隔てられている。シリンダライナ1には、シリンダ潤滑孔25及びシリンダ潤滑ライン24が設けられる。これらはピストン10が潤滑ライン24を通過する際にシリンダ潤滑油を供給する。続いて(図示されていない)ピストンリングが、シリンダライナの走行面全体にシリンダ潤滑油を行き渡らせる。上の機関は典型的には8から15の間の幾何学的圧縮比を有する。しかし、TDC付近の高圧下で、シリンダカバーに配される燃料噴射弁からガス燃料を噴射する、高圧ガス噴射機構を備える機関の場合は、幾何学的圧縮比は20を超えることがある。 FIG. 4 depicts a state in which the cylinder liner 1 is mounted on the cylinder frame 23 and the cylinder cover 22 is mounted on the cylinder liner 1 . The cylinder liner 1 and the cylinder cover 22 are connected so that gas does not leak therebetween. In FIG. 4, the states of the piston 10 at its bottom dead center (BDC) and top dead center (TDC) are indicated by dashed lines. Of course, these two states do not occur simultaneously, but are separated by 180 degrees of rotation of the crankshaft 8 . The cylinder liner 1 is provided with a cylinder lubrication hole 25 and a cylinder lubrication line 24 . These supply cylinder lubrication oil as the piston 10 passes through the lubrication line 24 . Piston rings (not shown) then distribute the cylinder lubricating oil over the entire running surface of the cylinder liner. The above engines typically have a geometric compression ratio between 8 and 15. However, the geometric compression ratio can exceed 20 for engines with high pressure gas injection mechanisms that inject gaseous fuel from fuel injectors located in the cylinder covers at high pressures near TDC.

パイロット油弁50又は、パイロット油弁50を有するプレチャンバは通常、シリンダカバー22に搭載される。パイロット油弁50通常、各シリンダに1つ搭載される。パイロット油弁50は、図示されないパイロット油のソースに接続されている。パイロット油の噴射タイミングは電子制御ユニット60により制御される。 A pilot oil valve 50 or a pre-chamber with a pilot oil valve 50 is normally mounted on the cylinder cover 22 . Pilot oil valve 50 Normally one is mounted on each cylinder. Pilot oil valve 50 is connected to a source of pilot oil, not shown. The injection timing of the pilot oil is controlled by the electronic control unit 60 .

燃料弁30はシリンダライナ1(又はシリンダカバー22)に装備される。燃料弁30は、シリンダライナ1の内面と実質的に同じ面に位置するノズルを有する。また燃料弁30の後端はシリンダライナ1の外壁から飛び出ている。典型的には1つ又は2つ、多くても3つか4つの燃料弁30が、各シリンダライナ1に設けられる。これらはシリンダライナ1の円周域に(好ましくは等間隔に)配置される。本実施例において、燃料弁30は、シリンダライナ1の長手方向のちょうど中央部に配されている。 A fuel valve 30 is mounted on the cylinder liner 1 (or the cylinder cover 22). The fuel valve 30 has a nozzle that lies substantially flush with the inner surface of the cylinder liner 1 . Also, the rear end of the fuel valve 30 protrudes from the outer wall of the cylinder liner 1 . Typically one or two, at most three or four fuel valves 30 are provided in each cylinder liner 1 . They are arranged (preferably evenly spaced) around the circumference of the cylinder liner 1 . In this embodiment, the fuel valve 30 is arranged exactly in the center of the cylinder liner 1 in the longitudinal direction.

図4は、ガス燃料供給管41を通じて複数のガス燃料弁30のそれぞれの入口に接続される加圧ガス燃料源40を備えるガス燃料供給システムの略図を示している。 FIG. 4 shows a schematic representation of a gas fuel supply system comprising a pressurized gas fuel source 40 connected to respective inlets of a plurality of gas fuel valves 30 through a gas fuel supply tube 41 .

図5は、図2の機関と同様の機関の略図表現であるが、機関のガス交換装置が詳細に描かれている。周囲と同様の気圧及び温度で外気が取り込まれ、空気入口12を通じてターボ過給機5のコンプレッサ7へと送り込まれる。コンプレッサ7からは、圧縮された掃気が、掃気管13を通じて分岐ポイント28へと送られる。 FIG. 5 is a schematic representation of an engine similar to that of FIG. 2, but with the gas exchange apparatus of the engine drawn in detail. Outside air is taken in at a pressure and temperature similar to the surroundings and fed through the air inlet 12 to the compressor 7 of the turbocharger 5 . Compressed scavenging air is sent from the compressor 7 through the scavenging pipe 13 to the branch point 28 .

分岐ポイント28は、掃気が、ホットシリンダバイパス管29を通じて第1の排気管19のタービン接続部32へと分岐することを可能にする。ホットシリンダバイパス管29の流量は、ホットシリンダバイパス制御弁31によって制御される。ホットシリンダバイパス制御弁31は、コントローラ60によって電子的に制御される。ホットシリンダバイパス管29を開けること、又はホットシリンダバイパス制御弁31の絞りを緩くすることは、空燃比を上げるという効果を奏し、またバルク圧縮温度を上げるという効果を有する。一方、ホットシリンダバイパス29を閉じること、又はホットシリンダバイパス制御弁31の絞りを強くすることは、空燃比を下げるという効果を奏し、またバルク圧縮温度を下げるという効果を有する。 The branch point 28 allows the scavenging air to branch through the hot cylinder bypass pipe 29 to the turbine connection 32 of the first exhaust pipe 19 . The flow rate of hot cylinder bypass pipe 29 is controlled by hot cylinder bypass control valve 31 . Hot cylinder bypass control valve 31 is electronically controlled by controller 60 . Opening the hot cylinder bypass pipe 29 or loosening the throttle of the hot cylinder bypass control valve 31 has the effect of increasing the air-fuel ratio and also has the effect of increasing the bulk compression temperature. On the other hand, closing the hot cylinder bypass 29 or tightening the throttle of the hot cylinder bypass control valve 31 has the effect of lowering the air-fuel ratio and also has the effect of lowering the bulk compression temperature.

掃気管13には、インタークーラー14の上流に第1の掃気制御弁33が設けられる。また、インタークーラー14の下流には第2の掃気制御弁34が設けられる。掃気管13は、掃気受け2へと接続している。インタークーラー14からは、補助ブロワ16を備える管が分岐している。 The scavenging pipe 13 is provided with a first scavenging control valve 33 upstream of the intercooler 14 . A second scavenging control valve 34 is provided downstream of the intercooler 14 . The scavenging pipe 13 is connected to the scavenging receiver 2 . A pipe with an auxiliary blower 16 branches off from the intercooler 14 .

コールドシリンダバイパス管35は、掃気受け2を、第1の排気管19のタービン接続部32に接続する。コールドシリンダバイパス管35の流量は、コールドシリンダバイパス制御弁36によって制御される。コールドシリンダバイパス制御弁36は、コントローラ60によって電子的に制御される。コールドシリンダバイパス35を開けること、又はコールドシリンダバイパス制御弁36の絞りを緩くすることは、バルク圧縮温度を上げるという効果を有する。 A cold cylinder bypass pipe 35 connects the scavenging receiver 2 to the turbine connection 32 of the first exhaust pipe 19 . A cold cylinder bypass control valve 36 controls the flow rate of the cold cylinder bypass pipe 35 . Cold cylinder bypass control valve 36 is electronically controlled by controller 60 . Opening the cold cylinder bypass 35 or throttling the cold cylinder bypass control valve 36 has the effect of increasing the bulk compression temperature.

コールド掃気バイパス管37は、掃気が、掃気管2から周囲環境26へと逃げることを可能にする。コールド掃気バイパス管37の流量は、コールド掃気バイパス制御弁38によって制御される。コールド掃気バイパス制御弁38は、コントローラ60によって電子的に制御される。コールド掃気バイパス制御弁39を開けること、又はコールド掃気バイパス制御弁38の絞りを緩くすることは、掃気圧を下げるという効果を有し、空燃比を下げるという効果を有する。一方、コールド掃気バイパス制御弁39を閉めること、又はコールド掃気バイパス制御弁38の絞りをきつくすることは、掃気圧を上げるという効果を有し、空燃比を上げるという効果を有する。コールド掃気バイパス管37は、掃気受け2から分岐する必要はなく、インタークーラー14の下流であれば掃気管13のどの位置から分岐してもよい。 A cold scavenging air bypass pipe 37 allows scavenging air to escape from the scavenging pipe 2 to the ambient environment 26 . The cold scavenging bypass pipe 37 flow rate is controlled by a cold scavenging bypass control valve 38 . Cold scavenging bypass control valve 38 is electronically controlled by controller 60 . Opening the cold scavenging bypass control valve 39 or loosening the throttle of the cold scavenging bypass control valve 38 has the effect of lowering the scavenging pressure and has the effect of lowering the air-fuel ratio. On the other hand, closing the cold scavenging bypass control valve 39 or tightening the throttle of the cold scavenging bypass control valve 38 has the effect of increasing the scavenging pressure and has the effect of increasing the air-fuel ratio. The cold scavenging bypass pipe 37 does not need to branch from the scavenging receiver 2 and may branch from any position in the scavenging pipe 13 downstream of the intercooler 14 .

排気受け3と掃気受け2との間を排気再循環管42が接続している。排気再循環管42は、排気再循環制御弁45と、再循環排気ガスクーラー44と、再循環排気ガスブロワ43とを有する。再循環排気ガスブロワ43及び排気再循環制御弁45はいずれも、コントローラ60の電子制御の下で、排気再循環管42の流量を調節するために用いられる。通常運転条件の下では、再循環排気ガスブロワ43がアクティブになっていない限り、排気再循環管42には排気は流れない。しかし、排気受け3内の圧力は通常、掃気受け2内の圧力より低いからである。このため、再循環排気ガスブロワ43がアクティブでない場合、排気再循環制御弁45は閉じられていなければならない。排気再循環管42は、排気受け3に直接接続していなくともよく、第1の排気管19のどこかの位置に接続していてもよい。また排気再循環管42は、掃気受け2に直接接続していなくともよく、インタークーラー14の下流であれば、掃気管13のどこかの位置に接続していてもよい。 An exhaust recirculation pipe 42 connects between the exhaust receiver 3 and the scavenging receiver 2 . The exhaust recirculation pipe 42 has an exhaust recirculation control valve 45 , a recirculation exhaust gas cooler 44 and a recirculation exhaust gas blower 43 . Both the recirculation exhaust gas blower 43 and the exhaust recirculation control valve 45 are used to regulate the flow rate of the exhaust recirculation line 42 under the electronic control of the controller 60 . Under normal operating conditions, no exhaust flows through the exhaust recirculation line 42 unless the recirculation exhaust gas blower 43 is activated. However, this is because the pressure in the exhaust receiver 3 is usually lower than the pressure in the scavenging receiver 2 . Therefore, when the recirculation exhaust gas blower 43 is not active, the exhaust gas recirculation control valve 45 must be closed. The exhaust gas recirculation pipe 42 may not be directly connected to the exhaust receiver 3 and may be connected to some position on the first exhaust pipe 19 . Further, the exhaust gas recirculation pipe 42 may not be directly connected to the scavenging receiver 2 and may be connected to any position of the scavenging pipe 13 as long as it is downstream of the intercooler 14 .

排気再循環管42において、再循環排気ガスブロワ43をアクティブにするか、再循環排気ガスブロワ43の回転数を上げることは、空燃比を下げ、またバルク圧縮温度を少し低下させる。一方、排気再循環管42において、再循環排気ガスブロワ43を非アクティブにするか、再循環排気ガスブロワ43の回転数を下げることは、空燃比を上げ、またバルク圧縮温度を少し上昇させる。 Activating the recirculation exhaust gas blower 43 or increasing the speed of the recirculation exhaust gas blower 43 in the exhaust recirculation pipe 42 lowers the air/fuel ratio and also slightly lowers the bulk compression temperature. On the other hand, in the exhaust recirculation pipe 42, deactivating the recirculation exhaust gas blower 43 or lowering the recirculation exhaust gas blower 43 speed increases the air/fuel ratio and also slightly increases the bulk compression temperature.

排気受け3又は第1の排気管19からは、排気バイパス管39が分岐しており、所与の背圧で周囲環境27に接続している。排気バイパス制御弁49は、コントローラ60の電子制御の下で、排気バイパス管39の流量を調節するために用いられる。 An exhaust bypass pipe 39 branches off from the exhaust receiver 3 or the first exhaust pipe 19 and is connected to the ambient environment 27 at a given back pressure. Exhaust bypass control valve 49 is used to regulate the flow rate of exhaust bypass pipe 39 under the electronic control of controller 60 .

排気バイパス制御弁49を開けること、又は排気バイパス制御弁49の絞りを緩くすることは、シリンダ内の空燃比を下げる。一方、排気バイパス制御弁49を閉めること、又は排気バイパス制御弁49の絞りをきつくすることは、シリンダ内の空燃比を上げる。 Opening the exhaust bypass control valve 49 or loosening the throttle of the exhaust bypass control valve 49 lowers the air-fuel ratio in the cylinder. On the other hand, closing the exhaust bypass control valve 49 or tightening the throttle of the exhaust bypass control valve 49 increases the air-fuel ratio in the cylinder.

選択触媒還元(SCR)リアクタ及びリアクタバイパス弁を備える機関においては、排気受け3からターボ過給機5のタービン6への流量のうちSCRリアクタを通過する流量が、コントローラ60の電子制御の下で調節される。 In an engine with a selective catalytic reduction (SCR) reactor and a reactor bypass valve, the flow rate passing through the SCR reactor out of the flow rate from the exhaust receiver 3 to the turbine 6 of the turbocharger 5 is controlled under the electronic control of the controller 60. adjusted.

図5において、コントローラ60により制御される上述の全ての要素のコントローラ60への接続は、破線を用いて表現されている。 In FIG. 5, connections to controller 60 of all the above-described elements controlled by controller 60 are represented using dashed lines.

図6は、空燃比オブザーバ46及びバルク圧縮温度オブザーバオブザーバを説明するための図である。 FIG. 6 is a diagram for explaining the air-fuel ratio observer 46 and the bulk compression temperature observer.

空燃比オブザーバ46は、コンピュータにより実装されるアルゴリズムであり、掃気圧力、排気弁閉弁タイミング、シリンダの幾何学的形状、理論空燃比、噴射されたガスの量、についての情報を用いる。圧縮空燃比オブザーバ46は、コントローラ60の一部として実装されてもよく、コントローラ60とは異なるコンピュータやコントローラとして実装されてもよい。圧縮空燃比オブザーバ46は、(完全に)圧縮された混合気(すなわちピストン10がTDCにあるときの混合気)についての圧縮空燃比の推定値を出力として提供し、これをコントローラ60に送る。この推定値は、排気弁4が着座している時に燃焼室に捕えられた外気の質量を、噴射されたガスの全質量を完全燃焼させるために必要な空気の質量で割った比に基づく値である。 The air/fuel ratio observer 46 is a computer implemented algorithm that uses information about scavenge pressure, exhaust valve closing timing, cylinder geometry, stoichiometric air/fuel ratio, and amount of gas injected. Compressed air-fuel ratio observer 46 may be implemented as part of controller 60 or may be implemented as a computer or controller separate from controller 60 . Compressed air-fuel ratio observer 46 provides as an output an estimate of the compressed air-fuel ratio for the (fully) compressed mixture (i.e., the mixture when piston 10 is at TDC), which is sent to controller 60 . This estimate is based on the ratio of the mass of ambient air trapped in the combustion chamber when the exhaust valve 4 is seated divided by the mass of air required to completely burn the total mass of injected gas. is.

バルク圧縮温度オブザーバ47もコンピュータにより実装されるアルゴリズムであり、掃気圧力、掃気温度、排気弁閉弁タイミング、クランク軸速度、についての情報を用いる。バルク圧縮温度オブザーバ47も、コントローラ60の一部として実装されてもよく、コントローラ60とは異なるコンピュータやコントローラとして実装されてもよい。バルク圧縮温度オブザーバ47は、ガス噴射開始からパイロット噴射時までの時間ウィンドウにおける燃焼室の最大バルク圧縮温度の推定値であるTcomp(Tc)を、出力として提供する。バルク圧縮温度オブザーバ47は、この推定値をコントローラ60に提供する。実施例によっては、Tcompは、ピストン10がTDCにあるときの推定値をいう。 The bulk compression temperature observer 47 is also a computer implemented algorithm that uses information about scavenge air pressure, scavenge air temperature, exhaust valve closing timing, and crankshaft speed. Bulk compression temperature observer 47 may also be implemented as part of controller 60 or as a separate computer or controller from controller 60 . Bulk compression temperature observer 47 provides as an output Tcomp(Tc), an estimate of the maximum bulk compression temperature of the combustion chamber in the time window from the start of gas injection to the time of pilot injection. Bulk compression temperature observer 47 provides this estimate to controller 60 . In some embodiments, Tcomp refers to an estimate when piston 10 is at TDC.

図7は、バルク圧縮温度(Tcomp)と空燃比(λ)をグラフ化したものである。空燃比下閾値、空燃比上閾値、バルク圧縮温度下閾値、バルク圧縮温度上閾値で定められる境界内のゾーンは、安定状態デフォルトゾーン51である。この安定状態デフォルトゾーン51において、コントローラ60は、各シリンダに個別に、現在の機関負荷にとって必要な量の燃料を提供し、バルク圧縮温度を変えるための方策はとらない。またコントローラ60は、各シリンダの空燃比を、既知の望ましくない燃焼状態からのマージンとの形をとった安全距離を有する機関動作条件の関数である、或るレベルに個別に制御する。この既知の望ましくない燃焼状態とは、動作条件依存の既知の危機的レベルを空燃比が超えた時に部分ミスファイアやミスファイアのようなイベントやプレイグニッションが生じる可能性が高い状態である。第1のマージンのレベルは、0より大きな第1の値を有する。 FIG. 7 is a graph of bulk compression temperature (Tcomp) versus air-fuel ratio (λ). The zone within the boundaries defined by Air-Fuel Ratio Lower Threshold, Air-Fuel Ratio Upper Threshold, Bulk Compression Temperature Lower Threshold, and Bulk Compression Temperature Upper Threshold is the steady state default zone 51 . In this steady-state default zone 51, the controller 60 provides each cylinder individually with the amount of fuel required for the current engine load and takes no measures to vary the bulk compression temperature. The controller 60 also individually controls the air/fuel ratio of each cylinder to a level that is a function of engine operating conditions with a safety distance in the form of a margin from known undesirable combustion conditions. These known undesirable combustion conditions are conditions in which pre-ignition or events such as partial or misfires are likely to occur when the air/fuel ratio exceeds a known critical level depending on operating conditions. The first margin level has a first value greater than zero.

シリンダライナ1内の燃焼状態が変化し、安定状態デフォルトゾーン51から離れてアクションゾーン52に入ると、コントローラ60は、そのような事態が生じることを防ぐための方策を取る。 When the combustion conditions in the cylinder liner 1 change and leave the steady state default zone 51 and enter the action zone 52, the controller 60 takes measures to prevent such an occurrence.

この目的のため、コントローラ60は、各シリンダに対して個別に次の事項を遂行するように構成される。
・ 決定又は測定した平均圧縮空燃比が、圧縮空燃比下閾値を下回る場合、圧縮空燃比を上げるための少なくとも1つの方策(Compression Air-fuel Ratio Increasing Measure;CAFRIM)を実行する。
・ 決定又は測定した平均圧縮空燃比が、圧縮空燃比上閾値を上回る場合、圧縮空燃比を下げるための少なくとも1つの方策(Compression Air-fuel Ratio Decreasing Measure;CAFRDM)を実行する。
・ 決定又は測定したバルク圧縮温度が、バルク圧縮温度下閾値を下回る場合、バルク圧縮温度を上げるための少なくとも1つの方策(Bulk Compression Temperature Increasing Measure;BCTIM)を実行する。
・ 決定又は測定したバルク圧縮温度が、バルク圧縮温度上閾値を上回る場合、バルク圧縮温度を下げるための少なくとも1つの方策(Bulk Compression Temperature Decreasing Measure;BCTDM)を実行する。
To this end, controller 60 is configured to perform the following for each cylinder individually.
If the determined or measured average compressed air-fuel ratio is below the lower compressed air-fuel ratio threshold, then implement at least one measure to increase the compressed air-fuel ratio (Compression Air-fuel Ratio Increasing Measure; CAFRIM).
If the determined or measured average compressed air-fuel ratio is above a compressed air-fuel ratio upper threshold, implement at least one Compression Air-fuel Ratio Decreasing Measure (CAFRDM).
• If the determined or measured bulk compression temperature is below the bulk compression temperature lower threshold, implement at least one measure to increase the bulk compression temperature (Bulk Compression Temperature Increasing Measure; BCTIM).
• If the determined or measured bulk compression temperature is above the bulk compression temperature upper threshold, implement at least one measure for decreasing the bulk compression temperature (Bulk Compression Temperature Decreasing Measure; BCTDM).

これらの方策を取ることにより、コントローラ60は、各シリンダライナ1内の状態を通常ゾーン51の中に保つようにする。シリンダライナ1内の状態が通常ゾーン51の外に出てアクションゾーン52に入ってしまうことは、一時的に過ぎないようにする。アクションゾーン52は、危険ゾーン53に囲まれている。危険ゾーン53は、プレイグニッションやミスファイアといったイベントが生じる可能性が非常に高いゾーンである。 By taking these measures, the controller 60 keeps the conditions within each cylinder liner 1 within the normal zone 51 . The state inside the cylinder liner 1 is made to go out of the normal zone 51 and into the action zone 52 only temporarily. Action zone 52 is surrounded by danger zone 53 . The danger zone 53 is a zone in which an event such as preignition or misfire is highly likely to occur.

ゾーン51、52、53の境界は、バルク圧縮温度や圧縮空燃比の上の閾値や下の閾値によって定められる。これらの閾値は個々のエンジンに対して経験的・実験的に定めることができ、例えばトライ&エラーや、エンジンサイクルのコンピュータシミュレーションによって、定めることができる。 Zones 51, 52, 53 are bounded by upper and lower bulk compression temperature and compressed air-fuel ratio thresholds. These thresholds can be empirically and experimentally determined for each engine, for example, by trial and error, or by computer simulation of engine cycles.

バルク圧縮温度及び圧縮空燃比の両方が安定状態デフォルトゾーン51を逸脱していると、オブザーバ46,47が示している場合、コントローラ60は、シリンダライナ1内の状態を安定状態デフォルトゾーン51内に戻すべく、各シリンダについて個別に、バルク圧縮温度を安定状態デフォルトゾーン51に戻す方策及び圧縮空燃比を安定状態デフォルトゾーン51に戻す方策の両方を遂行する。 If observers 46 , 47 indicate that both the bulk compression temperature and the compressed air-fuel ratio are outside the steady state default zone 51 , the controller 60 adjusts the conditions within the cylinder liner 1 to within the steady state default zone 51 . To return, both the strategy of returning the bulk compression temperature to the steady-state default zone 51 and the strategy of returning the compressed air-fuel ratio to the steady-state default zone 51 are performed for each cylinder individually.

排気バイパス制御弁49を調節して(排気バイパス制御弁49を開位置へと移動して)、排気バイパス(Exhaust Gas Bypass;EGB)管39を開けること(過給機タービンの入口からタービン出口又は外環境への流れを増やすこと)は、掃気圧の低下をもたらし、従って燃焼室に捕えられる空気質量を減少させる。このため、この方策は、圧縮空燃比を下げる方策として適切である。この方策は、バルク圧縮温度には軽微な影響しか及ぼさない。エンジンが複数のターボ過給機を有する場合でも、EGBを排気受けに接続することで、1つのEGBだけで足りる場合がある。ただし、排気受けへの複数の流れが適切に混合する場所を選んで接続する必要がある。 Adjusting the exhaust bypass control valve 49 (moving the exhaust bypass control valve 49 to the open position) to open the Exhaust Gas Bypass (EGB) pipe 39 (from the supercharger turbine inlet to the turbine outlet or increasing the flow to the outside environment) results in a lower scavenging pressure and thus less air mass trapped in the combustion chamber. Therefore, this measure is suitable as a measure for lowering the compressed air-fuel ratio. This measure has only a minor effect on the bulk compaction temperature. Even if the engine has multiple turbochargers, only one EGB may be sufficient by connecting the EGB to the exhaust receiver. However, the connection must be chosen so that the multiple streams to the exhaust receiver are properly mixed.

ホットシリンダバイパス制御弁31を開けること(過給機コンプレッサ出口から過給機タービン入口への流れを増やすこと)は、燃焼室内の圧縮空燃比及びバルク圧縮温度の上昇をもたらす。 Opening the hot cylinder bypass control valve 31 (increasing flow from the supercharger compressor outlet to the supercharger turbine inlet) results in an increase in the compressed air-fuel ratio and bulk compression temperature in the combustion chamber.

掃気バイパス制御弁38を開けることは、掃気受け2からコンプレッサ入口または外環境への流れを生成する。これは、排気バイパスと質的に同様の効果を、圧縮空燃比にもたらす。しかし掃気プロセスには、(従って燃焼室のバルク圧縮温度には、)異なる影響を及ぼす。掃気バイパス制御弁38を開けることが燃焼室の状態に与える影響は、排気バイパスに比べて迅速に現れる。 Opening the scavenging bypass control valve 38 creates flow from the scavenging receiver 2 to the compressor inlet or the outside environment. This has a qualitatively similar effect on the compressed air-fuel ratio as the exhaust bypass. However, the scavenging process (and thus the bulk compression temperature of the combustion chamber) is affected differently. The effect of opening the scavenge bypass control valve 38 on combustion chamber conditions is more rapid than with exhaust bypass.

コールドシリンダバイパス36を開けることは、排気受けから過給機タービン入口への流れを増加させる。これは、バルク圧縮温度の上昇をもたらす。しかし、圧縮空燃比にはほとんど影響がない。 Opening the cold cylinder bypass 36 increases the flow from the exhaust receiver to the supercharger turbine inlet. This results in an increase in bulk compaction temperature. However, it has little effect on the compressed air-fuel ratio.

排気弁閉弁タイミングは、燃焼室内の圧縮と掃気圧の比を決定する。このタイミングを変化させることは、燃焼室内の圧縮空燃比及びバルク圧縮温度の両方に大きな影響を及ぼす。 Exhaust valve closing timing determines the ratio of compression to scavenging pressure in the combustion chamber. Varying this timing has a large effect on both the compressed air-fuel ratio in the combustion chamber and the bulk compression temperature.

排気弁開弁タイミングは、燃焼室内の掃気プロセスの初期段階に影響を及ぼす。このタイミングを変化させることは、エンジン効率と掃気プロセスに影響を与える。掃気プロセスが変化すると、結果としてバルク温度も変化する。排気弁4が非常に早く開くと、ピストン10が掃気ポート18を開いたときに、掃気受け2への流れは生じない。排気弁4が非常に遅く開くと、ピストン10が掃気ポート18を開いたとき、掃気受け2への大きな流れが生じる。これらの方策は掃気プロセスを変化させ、燃焼によって生じた'汚れた・熱い'ガスが次の燃焼ストロークに混入する割合を変化させる。 Exhaust valve opening timing affects the early stages of the scavenging process within the combustion chamber. Varying this timing affects engine efficiency and the scavenging process. Changes in the scavenging process result in changes in bulk temperature. If the exhaust valve 4 opens too early, there will be no flow to the scavenging receiver 2 when the piston 10 opens the scavenging port 18 . If the exhaust valve 4 opens too late, there will be a large flow to the scavenging receiver 2 when the piston 10 opens the scavenging port 18 . These measures change the scavenging process and change the rate at which the 'dirty/hot' gases produced by the combustion are entrained in the next combustion stroke.

つまり、排気弁4を遅く開けることによって、前の燃焼から混入する'汚れた・熱い'ガスを増やし、圧縮空燃比を低下させてバルク圧縮温度を上昇させる。排気弁4を非常に遅く閉じると、前の燃焼から混入する'汚れた・熱いガスが減って、圧縮空燃比が増加してバルク圧縮温度は低下する。排気弁4を早く閉じて圧縮を増やすと、排気弁4から流出するガスの量が減り、多くのガスが燃焼室に留まる。これは、空燃比を上げる。圧縮を増やすことは、燃焼室内でピストン10によってガスになされる圧縮仕事量が増加する。このことは、燃焼室内のガスの温度を上昇させる。 That is, by opening the exhaust valve 4 later, more 'dirty/hot' gases are entrained from the previous combustion, lowering the compressed air/fuel ratio and increasing the bulk compression temperature. Closing the exhaust valve 4 very late reduces the entrained 'dirty/hot' gases from the previous combustion, increases the compressed air/fuel ratio and lowers the bulk compression temperature. Closing the exhaust valve 4 earlier to increase the compression reduces the amount of gas leaving the exhaust valve 4 and leaves more gas in the combustion chamber. This increases the air-fuel ratio. Increasing compression increases the compression work done on the gases by the piston 10 in the combustion chamber. This raises the temperature of the gases in the combustion chamber.

排気再循環の流量を増やすことは、排気受け3から過給機コンプレッサ出口(又は掃気受け)への排気の流量を増やす。排気再循環の流量は、排気再循環ブロワ43をアクティブにするか、排気再循環ブロワ43の回転速度を上げることによって、増やすことができる。排気再循環の流量が増えると、圧縮空燃比は下がる。 Increasing the flow of exhaust recirculation increases the flow of exhaust from the exhaust receiver 3 to the turbocharger compressor outlet (or scavenging receiver). The flow rate of exhaust gas recirculation can be increased by activating the exhaust gas recirculation blower 43 or increasing the rotational speed of the exhaust gas recirculation blower 43 . As the flow of exhaust gas recirculation increases, the compressed air-fuel ratio decreases.

補助ブロワ16の速度を上げると、圧縮空燃比が少し上昇する。 Increasing the speed of the auxiliary blower 16 slightly increases the compressed air-fuel ratio.

ウォーター インジェクションを備える機関である場合、圧縮行程中に燃焼室に水を噴射することは、バルク圧縮温度を低下させる。 For engines with water injection, injecting water into the combustion chamber during the compression stroke reduces the bulk compression temperature.

掃気クーラーバイパス(図示されていない):インタークーラー14をバイパスさせることは、燃焼室のバルク圧縮温度を大きく上昇させる。一方、圧縮空燃比には小さな影響しか与えない。 Scavenging air cooler bypass (not shown): Bypassing the intercooler 14 greatly increases the bulk compression temperature of the combustion chamber. On the other hand, it has only a small effect on the compressed air-fuel ratio.

可変ジオメトリタービン6を備えるエンジンにおいて、タービン流路面積(turbine flow area)を減少させることは、掃気圧力の上昇をもたらし、そのため燃焼室で捕えられる空気質量を減少させる。このためこの方策は、圧縮空燃比を下げる方策として適切である。この方策は、バルク圧縮温度には軽微な影響しか及ぼさない。 In engines with variable geometry turbines 6, reducing the turbine flow area results in an increase in scavenging air pressure, thus reducing the trapped air mass in the combustion chamber. Therefore, this measure is suitable as a measure for lowering the compressed air-fuel ratio. This measure has only a minor effect on the bulk compaction temperature.

ターボ過給機アシストを備えるエンジンの場合、アシストを強くしてターボ過給機5の速度を上げることは、圧縮空燃比の上昇をもたらす。この方策は、圧縮温度には軽微な影響しか及ぼさない。 For engines with turbocharger assist, increasing the speed of the turbocharger 5 with more assist results in an increase in the compressed air-fuel ratio. This measure has only a minor effect on compression temperature.

ガス燃料と液体燃料(例えばディーゼル油や船舶用ディーゼル油)の比を変えることも、方策の一つとなる。噴射される全燃料エネルギー中のガス燃料の割合を少なくすると、圧縮中の圧縮空燃比が上昇する。これに対応して液体燃料の割合が増えると、クランク軸トルクの維持が確保される。 Altering the ratio of gas fuel to liquid fuel (eg diesel or marine diesel) is also a strategy. Reducing the proportion of gas fuel in the total fuel energy injected increases the compressed air-fuel ratio during compression. A corresponding increase in the proportion of liquid fuel ensures that the crankshaft torque is maintained.

排気受け内に熱交換器が搭載されるエンジンの場合(又は排気ガスの一部を受け取る熱交換器を有するエンジンの場合)、熱交換器を通る排気ガスの量を増やすこと、すなわち排気ガスから多くの熱を抽出することは、掃気圧の低下をもたらし、従って、燃焼室に捕えられる空気量が減少する。このためこの方策は、圧縮空燃比を下げる方策として適切である。この方策は、バルク圧縮温度には軽微な影響しか及ぼさない。熱交換器は蒸気の生成に使用されうる。 For engines with a heat exchanger mounted in the exhaust receiver (or for engines with a heat exchanger that receives a portion of the exhaust gas), increasing the amount of exhaust gas passing through the heat exchanger, i.e. Extracting more heat results in a lower scavenging pressure and thus less air trapped in the combustion chamber. Therefore, this measure is suitable as a measure for lowering the compressed air-fuel ratio. This measure has only a minor effect on the bulk compaction temperature. A heat exchanger may be used to generate steam.

ホット掃気バイパスを備えるエンジンの場合、ホット掃気バイパス制御弁を開けることは、コンプレッサ出口から外環境またはコンプレッサ入口への流れを生成又は増加させる。これは、掃気圧力を大きく低下させる。従って、燃焼室に捕えられる空気量が減少する。このためこの方策は、圧縮空燃比を下げる方策として適切である。 For engines with hot scavenging bypass, opening the hot scavenging bypass control valve creates or increases flow from the compressor outlet to the environment or to the compressor inlet. This greatly reduces the scavenging pressure. Therefore, the amount of air trapped in the combustion chamber is reduced. Therefore, this measure is suitable as a measure for lowering the compressed air-fuel ratio.

ある実施例において、圧縮空燃比下閾値、圧縮空燃比上閾値、バルク圧縮温度下閾値、バルク圧縮温度上閾値は、いずれもエンジン動作条件に依存するパラメータである。エンジン動作条件は、エンジン負荷、周囲温度、周囲湿度、エンジン速度等のパラメータによって決定される。これらの動作条件パラメータは、例えばルックアップテーブルやアルゴリズム、これらの組み合わせ等を通じてコントローラ60が利用可能である。 In one embodiment, the Compressed Air-Fuel Ratio Lower Threshold, Compressed Air-Fuel Ratio Upper Threshold, Bulk Compression Temperature Lower Threshold, and Bulk Compression Temperature Upper Threshold are all engine operating condition dependent parameters. Engine operating conditions are determined by parameters such as engine load, ambient temperature, ambient humidity, and engine speed. These operating condition parameters are available to controller 60 through, for example, lookup tables, algorithms, combinations thereof, and the like.

実施例によっては、コントローラ60は次のよう構成される。
・ 決定又は測定した平均圧縮空燃比が、圧縮空燃比下閾値より低い最低圧縮空燃比閾値を下回る場合、圧縮空燃比を上げるための更なる方策を実行する。この更なる方策は、例えば上述の方策から選択されたものであってもよい。
・ 決定又は測定した平均圧縮空燃比が、圧縮空燃比上閾値より高い圧縮空燃比上側最大閾値より高い最大圧縮空燃比閾値を上回る場合、圧縮空燃比を下げるための更なる方策を実行する。
・ 決定又は測定したバルク圧縮温度が、バルク圧縮温度下閾値より低い最低バルク圧縮温度閾値を下回る場合、バルク圧縮温度を上げるための更なる方策を実行する。
・ 決定又は測定したバルク圧縮温度が、バルク圧縮温度上閾値より高い最大バルク圧縮温度閾値を上回る場合、バルク圧縮温度を下げるための更なる方策を実行する。
In some embodiments, controller 60 is configured as follows.
• If the determined or measured average compressed air-fuel ratio is below a minimum compressed air-fuel ratio threshold that is less than the compressed air-fuel ratio lower threshold, then take further measures to increase the compressed air-fuel ratio. This further measure may for example be selected from the measures described above.
If the determined or measured average compressed air-fuel ratio exceeds a maximum compressed air-fuel ratio threshold greater than a compressed air-fuel ratio upper maximum threshold greater than a compressed air-fuel ratio upper threshold, then take further measures to reduce the compressed air-fuel ratio.
• If the determined or measured bulk compaction temperature is below a minimum bulk compaction temperature threshold that is less than the bulk compaction temperature below threshold, then take further measures to increase the bulk compaction temperature.
• If the determined or measured bulk compaction temperature is above the maximum bulk compaction temperature threshold above the bulk compaction temperature upper threshold, then take further measures to lower the bulk compaction temperature.

これら更なる方策が取られるのは、燃焼室の状態がアクションゾーン52から、アクションゾーンを囲む危険ゾーンに移動したときである。コントローラ60は、燃焼室の状態をアクションゾーン52に戻し、更に安定状態デフォルトゾーン51に戻すために、できるだけ多くの必要なアクションを取るように構成される。 These further measures are taken when combustion chamber conditions move from the action zone 52 to the danger zone surrounding the action zone. Controller 60 is configured to take as many necessary actions as possible to return combustion chamber conditions to action zone 52 and to steady state default zone 51 .

コントローラ60は、エンジンの動作状態を安定状態デフォルトゾーン51に戻すためのアクションを取ることは、(すなわち上述の方策を取ることは、)最小限にするように構成される。従ってコントローラ60は、燃焼室の状態が通常運転ゾーンに戻ったときには、上述の全て方策を停止するように構成される。 The controller 60 is configured to minimize taking action to return the operating conditions of the engine to the steady state default zone 51 (ie, taking the above-described measures). The controller 60 is therefore configured to cease all of the above measures when the combustion chamber conditions return to the normal operating zone.

図8は、コントローラ60の上述の構成に従ってエンジンを動作させる処理を説明するためのフローチャートである。 FIG. 8 is a flow chart for explaining the process of operating the engine according to the configuration of the controller 60 described above.

処理が開始すると、コントローラは、圧縮空燃比が下閾値より低いかどうかを調査する。調査の結果がNoである場合は、コントローラは、機関が安定状態で動作しているかどうかの調査に移行する。調査の結果がYesである場合は、コントローラは、空燃比最適化プロセスの実行に移行する。このプロセスは、図9を参照して詳細に説明される。調査の結果がNoである場合、コントローラ60は、圧縮空燃比が上閾値を超えているかどうかを調査する。調査の結果がYesである場合、コントローラ60は、圧縮空燃比を上昇させる上述の方策のうちの一つを実行する。次にコントローラ60は、圧縮空燃比が最低閾値より低いかどうかを調査する。調査の結果がNoである場合、コントローラは、圧縮空燃比が上閾値を超えているかどうかの調査に移行する。調査の結果がYesである場合、コントローラ60は、圧縮空燃比を上昇させる上述の方策から更に一つを実行し、圧縮空燃比が上閾値を超えているかどうかの調査ステップに移行する。 When processing begins, the controller checks to see if the compressed air-fuel ratio is below the lower threshold. If the result of the inquiry is No, the controller proceeds to investigate whether the engine is operating at steady state. If the result of the inquiry is Yes, the controller proceeds to perform the air/fuel ratio optimization process. This process is described in detail with reference to FIG. If the result of the inquiry is No, the controller 60 investigates whether the compressed air-fuel ratio exceeds the upper threshold. If the result of the inquiry is Yes, controller 60 implements one of the strategies described above to increase the compressed air-fuel ratio. Controller 60 then checks to see if the compressed air-fuel ratio is below a minimum threshold. If the result of the inquiry is No, the controller proceeds to investigate whether the compressed air-fuel ratio exceeds the upper threshold. If the result of the inquiry is yes, the controller 60 performs one more of the above-described measures of increasing the compressed air-fuel ratio and proceeds to the step of examining whether the compressed air-fuel ratio exceeds the upper threshold.

コントローラ60は、圧縮空燃比が上側閾値より高いかどうかを調査する。調査の結果がNoである場合、コントローラは、バルク圧縮温度下閾値を逸脱していないかどうかの調査に移行する。調査の結果がYesである場合、コントローラ60は、圧縮空燃比を低下させる上述のうちの一つを実行する。コントローラ60は、圧縮空燃比が最大閾値より高いかどうかを調査する。調査の結果がNoである場合、コントローラは、バルク圧縮温度下閾値を逸脱していないかどうかの調査に移行する。調査の結果がYesである場合、コントローラ60は、圧縮空燃比を低下させる上述の方策から更に一つを実行し、バルク圧縮温度が下閾値より低いかどうかの調査ステップに移行する。 The controller 60 checks to see if the compressed air-fuel ratio is above the upper threshold. If the result of the inquiry is No, the controller moves to investigate whether the Bulk Compression Under Temperature Threshold has been violated. If the result of the inquiry is Yes, the controller 60 performs one of the above to reduce the compressed air-fuel ratio. The controller 60 checks to see if the compressed air-fuel ratio is above the maximum threshold. If the result of the inquiry is No, the controller moves to investigate whether the Bulk Compression Under Temperature Threshold has been violated. If the result of the inquiry is yes, the controller 60 performs one more of the above-described measures of lowering the compressed air-fuel ratio and moves to the inquiry step of whether the bulk compression temperature is below the lower threshold.

コントローラ60は、バルク圧縮温度が下閾値より低いかどうかを調査する。調査の結果がNoである場合、コントローラ60は、バルク圧縮温度が上閾値より高いかどうかを調査する、次のステップに移行する。そして調査の結果がYesである場合、コントローラ60は、バルク圧縮温度を上昇させる方策を実行する。次にコントローラ60は、バルク圧縮温度が最小閾値より低いかどうかを調査する。調査の結果がNoである場合、コントローラ60は、バルク圧縮温度が上閾値より高いかどうかを調査するステップに移行する。調査の結果がYesである場合、コントローラ60は、バルク圧縮温度を上昇させる上述の方策から更に一つを実行し、次いで、バルク圧縮温度閾値を超えていないかを調査する次のステップに移行する。 The controller 60 checks to see if the bulk compaction temperature is below the lower threshold. If the result of the inquiry is No, the controller 60 moves to the next step, which is to investigate whether the bulk compaction temperature is above the upper threshold. And if the result of the inquiry is Yes, the controller 60 implements measures to increase the bulk compaction temperature. Controller 60 then checks to see if the bulk compaction temperature is below a minimum threshold. If the result of the inquiry is No, the controller 60 proceeds to inquire whether the bulk compaction temperature is above the upper threshold. If the result of the inquiry is yes, the controller 60 performs one more of the above measures of increasing the bulk compaction temperature and then moves to the next step of examining whether the bulk compaction temperature threshold has been exceeded. .

コントローラ60は、バルク圧縮温度閾値を超えていないかを調査する。調査の結果がNoである場合、コントローラ60は、圧縮空燃比が下閾値より低いかどうかを調査するステップに戻る。調査の結果がYesである場合、コントローラ60は、バルク圧縮温度を低下させる上述の方策のうちの1つを実行する。次にコントローラ60は、バルク圧縮温度が最大閾値より高いかどうかを調査する。調査の結果がNoである場合、コントローラ60は、圧縮空燃比が下閾値より低いかどうかを調査するステップに戻る。調査の結果がYesである場合、コントローラ60は、バルク圧縮温度を低下させる上述の方策のうちの1つを実行し、その後、圧縮空燃比が下閾値より低いかどうかを調査するステップに移行する。 The controller 60 checks to see if the bulk compaction temperature threshold has been exceeded. If the result of the inquiry is No, the controller 60 returns to the step of inquiring whether the compressed air-fuel ratio is below the lower threshold. If the result of the inquiry is Yes, the controller 60 implements one of the above-described measures to reduce the bulk compaction temperature. The controller 60 then checks to see if the bulk compaction temperature is above the maximum threshold. If the result of the inquiry is No, the controller 60 returns to the step of inquiring whether the compressed air-fuel ratio is below the lower threshold. If the result of the inquiry is yes, the controller 60 performs one of the above-described measures to lower the bulk compression temperature, and then proceeds to inquire whether the compressed air-fuel ratio is below the lower threshold. .

実施例によっては、コントローラ60には、圧縮空燃比を上昇または低下させるために利用可能な方策のうち、現在のエンジンの運転条件においてどれが最適な方策であるかを決定するためのアルゴリズムやルックアップテーブル等の情報が提供される。 In some embodiments, controller 60 includes an algorithm or lookup for determining which of the available strategies for increasing or decreasing the compressed air-fuel ratio is the most optimal strategy under current engine operating conditions. Information such as an up table is provided.

図9は、単一のシリンダについての空燃比最適化を図示している。機関の複数のシリンダのそれぞれについて、空燃比最適化ユニットが個別に設けられる。実施例によっては、空燃比最適化ユニットや関連するユニットは、コントローラ60に統合される。実施例によっては、これらのユニットは、コントローラ60に関連付けられた(図示されない)コントローラの一部である。 FIG. 9 illustrates air/fuel ratio optimization for a single cylinder. A separate air/fuel ratio optimization unit is provided for each of the plurality of cylinders of the engine. In some embodiments, the air/fuel ratio optimization unit and related units are integrated into controller 60 . In some embodiments, these units are part of a controller (not shown) associated with controller 60 .

単一のシリンダについての(すなわちそれぞれのシリンダについての)空燃比最適化ユニットの出力は、個別に、シリンダ固有の空燃比最適化ユニットからの信号を受け取るシリンダコントロールユニット(Cylinder Control Unit,CCU)を有する。 The output of the air/fuel ratio optimization unit for a single cylinder (i.e., for each cylinder) is fed separately to a cylinder control unit (CCU) that receives signals from the cylinder-specific air/fuel ratio optimization unit. have.

空燃比の安定状態デフォルトモード値が加算ポイントに送られ、当該加算ポイントの結果が、関連するシリンダのためのシリンダコントロールユニットに送られる。空燃比最適化ユニット(λ最適化ユニット)からの出力も、上記加算ポイントに送られる。 The steady state default mode value for air/fuel ratio is sent to a summing point and the result of that summing point is sent to the cylinder control unit for the associated cylinder. The output from the air/fuel ratio optimization unit (λ optimization unit) is also sent to the summing point.

空燃比最適化ユニットは、少なくとも、機関負荷を表す信号と、速度誤差(所望の機関速度(RPM)と実際の機関速度(RPM)の差)を表す信号と、FRC(燃焼プロセスを安定化するために使用される、TDC又はその付近における液体燃料(例えばディーゼル油や船舶用ディーゼル燃料)の高圧噴射圧力が、アクティブであることを示す信号)を受け取る。 The air/fuel ratio optimization unit provides at least a signal representing engine load, a signal representing speed error (difference between desired engine speed (RPM) and actual engine speed (RPM)), and FRC (combustion process stabilization). A signal indicating that the high pressure injection pressure of liquid fuel (eg, diesel oil or marine diesel fuel) at or near TDC, used for the injection of liquid fuel, is active.

更に、シリンダ圧力変動推定モジュールが、推定対象のシリンダについてのシリンダ圧力測定値を受け取る。シリンダ圧力変動推定モジュールは、ミスファイアイベントや部分ミスファイアイベント、プレイグニッションのような、予想される燃焼イベントが生じたかどうかを決定する。(プレイグニッションは、変動から決定されるのではなく逸脱から決定される。)シリンダ圧力変動推定モジュールは、実際の(即ち測定された)シリンダ圧力の変化と、シリンダ圧力の期待される生のイベントとの間の逸脱を決定し、推定からの変化及び/又は逸脱に基づいて、予想されない燃焼イベントの発生を決定する。 In addition, a cylinder pressure variation estimation module receives cylinder pressure measurements for the cylinder being estimated. A cylinder pressure variation estimation module determines if an expected combustion event has occurred, such as a misfire event, partial misfire event, or pre-ignition. (Pre-ignition is determined from deviations rather than from variations.) The cylinder pressure variation estimation module combines actual (i.e., measured) changes in cylinder pressure with expected raw events in cylinder pressure. and determining the occurrence of an unexpected combustion event based on the change and/or deviation from the estimate.

最適化ユニットは、初期レベルp1から最小値p2(p2は0以上の値を有する)へ向かってマージンの値を小さくデクリメントして積分する。(徐々に小さくする)。値p2に到達すると、イベントが変化を強いるまでその状態が維持される。初期レベルp1から最小レベルp2へのマージンの値の積分処理は比較的ゆっくりであり、典型的には少なくとも数分を要し、場合によっては10分から15分かかる。 The optimization unit integrates from the initial level p1 towards a minimum value p2 (p2 has a value greater than or equal to 0) with small decrementing margin values. (decrease gradually). Once the value p2 is reached, it remains in that state until an event forces a change. The process of integrating the values of the margins from the initial level p1 to the minimum level p2 is relatively slow, typically taking at least several minutes, sometimes 10 to 15 minutes.

コントローラ60が、機関が安定状態条件で動作していると決定すると、コントローラ60は直ちに、又は既定の遅延をもって(すなわち既定の時間後に)、最初にセットした初期値からマージンを減少させる処理を開始する。 Once the controller 60 determines that the engine is operating in steady state conditions, the controller 60 either immediately or with a predetermined delay (i.e. after a predetermined time) begins reducing the margin from the initially set initial value. do.

前述のように、このマージンは、望まれない燃焼イベントが生じる可能性の高いゾーンにあると判っている実際の動作条件についての空燃比のレベルからのマージンである。このマージンは、安全マージンであると考えることができる。 As previously stated, this margin is a margin from the air/fuel ratio level for actual operating conditions that are known to be in a zone where undesirable combustion events are likely to occur. This margin can be considered a safety margin.

機関が安定状態動作にある限り、またコントローラ60がそのことを確認している限り、最適化ユニットは、最小レベルp2に向かって小さな増分でマージンの値を時間的に積分する。 As long as the engine is in steady state operation, and the controller 60 is sure of it, the optimization unit integrates the value of the margin over time in small increments towards the minimum level p2.

しかし、負荷信号が、負荷が負荷閾値を下回っていることを示したり、速度誤差が速度誤差閾値を上回っていることを示す場合、プロセッサ60は、機関がもはや安定状態で動作してはいないと結論し、最適化プロセルをキャンセルする。マージンの値はレベルp1にセットされる。 However, if the load signal indicates that the load is below the load threshold or the speed error is above the speed error threshold, the processor 60 will determine that the engine is no longer operating at steady state. Conclude and cancel the optimization process. The margin value is set to level p1.

また、シリンダ圧力推定ユニットが、ミスファイアイベントや部分ミスファイアイベント、プレイグニッションのような望まれない燃焼イベントを検出した場合、空燃比最適化プロセスは反転され、空燃比最適化ユニットは、マージンの値を小さな増分で初期レベルp1に向かって積分する。これは、ミスファイアイベントが検出されなくなるか、初期値p1に到達するかするまで続けられる。 Also, if the cylinder pressure estimation unit detects an unwanted combustion event such as a misfire event, partial misfire event, or pre-ignition, the air/fuel ratio optimization process is reversed and the air/fuel ratio optimization unit Integrate the value in small increments towards the initial level p1. This continues until no misfire events are detected or the initial value p1 is reached.

実施例によっては、マージンの値を最後に増加させてから既定の長さの時間が経過した時に、及びマージンが第2の値に等しくない時に、コントローラ60は、各燃焼室について個別に、実際の値から小さなデクリメントでマージンを徐々に減少させていくことを再開する。この既定の長さの時間は既定の期間である。この既定の期間は秒の長さであることがあり、また分の長さであることがある。 In some embodiments, when a predetermined amount of time has elapsed since the value of the margin was last increased, and when the margin is not equal to the second value, the controller 60, for each combustion chamber individually, actually Resume gradually decreasing the margin by small decrements from the value of . This default length of time is a default duration. This predetermined period may be seconds long and may be minutes long.

実施例によっては、コントローラ60は、排気弁閉弁タイミングを進めることにより(好ましくは小さなステップで進めることにより)マージンをデクリメントして小さくするように構成される。 In some embodiments, the controller 60 is configured to decrement the margin smaller by advancing the exhaust valve closing timing (preferably in small steps).

実施例によっては、コントローラ60は、排気弁閉弁タイミングを遅くすることにより(好ましくは小さなステップで遅くすることにより)マージンをインクリメントして大きくように構成される。 In some embodiments, the controller 60 is configured to incrementally increase the margin by retarding the exhaust valve closing timing (preferably in small steps).

実施例によっては、コントローラ60は、排気バイパス制御弁49を閉じる又は絞りをきつくすることで、マージンをデクリメントして小さくするように構成される。 In some embodiments, the controller 60 is configured to decrement the margin smaller by closing or tightening the exhaust bypass control valve 49 .

実施例によっては、コントローラ60は、排気バイパス制御弁49を開く又は絞りを緩くすることで、マージンをインクリメントして大きくするように構成される。 In some embodiments, the controller 60 is configured to incrementally increase the margin by opening or throttling the exhaust bypass control valve 49 .

実施例によっては、コントローラ60は、排気再循環ブロワ43をアクティブにする又は速度を上げることで、マージンをインクリメントして大きくするように構成される。 In some embodiments, the controller 60 is configured to increment the margin by activating or speeding up the exhaust recirculation blower 43 .

実施例によっては、コントローラ60は、排気再循環ブロワ43を非アクティブにする又は速度を下げることで、マージンをデクリメントして小さくするように構成される。 In some embodiments, the controller 60 is configured to decrement the margin smaller by deactivating or slowing down the exhaust recirculation blower 43 .

実施例によっては、コントローラ60は、動作条件が必要とする際に、(例えば不安定な燃焼やミスファイアの連続を防ぐために必要な場合に、)液体燃料噴射(FRC)をアクティブにするように構成される。また、液体燃料噴射がアクティブにされたときに、マージンを初期値p1にリセットするように構成される。液体燃料は、例えばディーゼル油や船舶用ディーゼル燃料など、圧縮着火のために良好で信頼性のある燃焼特性を有する如何なる液体燃料であってもよい。 In some embodiments, controller 60 activates liquid fuel injection (FRC) when operating conditions dictate (e.g., to prevent unstable combustion or misfire continuation). Configured. It is also configured to reset the margin to the initial value p1 when the liquid fuel injection is activated. The liquid fuel may be any liquid fuel that has good and reliable combustion characteristics for compression ignition, such as diesel oil and marine diesel fuel.

多くの側面及び実装形態が、いくつかの実施例と共に説明されてきた。しかし、本願の明細書や図面、特許請求の範囲を検討すれば、当業者は、特許請求の範囲に記載される発明を実施するにおいて、説明された実施例に加えて多くのバリエーションが存在することを理解し、また具現化することができるであろう。特許請求の範囲に記載される「備える」「有する」「含む」との語句は、記載されていない要素やステップが存在することを排除しない。特許請求の範囲において記載される要素の数が複数であると明示されていなくとも、当該要素が複数存在することを除外しない。特許請求の範囲に記載されるいくつかの要素の機能は、単一のプロセッサやコントローラ、その他のユニットによって遂行されてもよい。いくつかの事項が別々の従属請求項に記載されていても、これらを組み合わせて実施することを排除するものではなく、組み合わせて実施して利益を得ることができる。 A number of aspects and implementations have been described with some examples. However, many variations in addition to those described exist in the practice of the claimed invention by one of ordinary skill in the art upon review of the specification, drawings, and claims of this application. understand and be able to implement it. The verbs "comprising," "having," and "including" in the claims do not exclude the presence of elements or steps not recited. The absence of an explicit plural number of an element in a claim does not exclude the presence of a plurality of such elements. The functions of several elements recited in the claims may be performed by a single processor, controller or other unit. The mere fact that certain items are recited in separate dependent claims does not preclude their joint practice, which may be practiced to advantage.

特許請求の範囲で使用されている符号は発明の範囲を限定するものと解釈されてはならない。 Any reference signs used in the claims shall not be construed as limiting the scope of the invention.

Claims (17)

ガス運転モードにおいて主燃料としてガス燃料で動作する大型2ストロークユニフロー掃気内燃機関であって、
それぞれシリンダライナ、往復ピストン、シリンダカバーで画定される複数の燃焼室と;
前記燃焼室に掃気を導入するための掃気ポートであって、前記シリンダライナに配される掃気ポートと;
前記シリンダカバーに配され、排気弁により制御される排気ガス排出口と;
各燃焼室について排気弁タイミングの制御を可能とする可変タイミング排気弁作動システムと;
前記シリンダライナ又は前記シリンダカバーに配され、前記往復ピストンの前記シリンダカバーへの行程の最中にガス燃料を投入するように構成される1つ又は複数のガス導入口と;
前記機関に関連付けられる少なくとも1つのコントローラとを備え;
前記少なくとも1つのコントローラは、各燃焼室について、前記排気弁の開閉タイミングを決定及び制御するように構成されると共に、各燃焼室について、前記ガス導入口から燃焼室に導入されるガス燃料の量を制御するように構成され、
前記少なくとも1つのコントローラは、前記機関の動作条件を監視し、前記機関が安定状態動作条件で動作している時を決定するように構成され、
前記燃焼室は、少なくとも前記安定状態動作条件を逸脱した動作条件において、既知の望ましくない燃焼状態を有し、前記既知の望ましくない燃焼状態においては、空燃比が既知の動作条件依存臨界値を超えると、部分ミスファイアイベント、ミスファイアイベント、及び/又はプレイグニッションが生じる可能性が高く、
前記可変タイミング排気弁作動システムは、各燃焼室について個別に排気弁タイミングの制御を可能とし、
前記少なくとも1つのコントローラは、各燃焼室について個別に、前記排気弁の開閉タイミングを決定及び制御するように構成されると共に、各燃焼室について個別に、前記ガス導入口から燃焼室に導入されるガス燃料の量を制御するように構成され、
前記少なくとも1つのコントローラは、前記機関が安定状態動作条件で動作していると決定した時に、安定状態モードで動作するように構成され、
前記安定状態モードにおける前記少なくとも1つのコントローラは、
各燃焼室について個別に、動作条件の関数として空燃比を制御し、初めは第1の値にセットされるマージンによって、前記空燃比の値が前記既知の動作条件依存臨界値より低くなるように制御し、
各燃焼室について個別に、前記マージンを、前記第1の値より小さく0より大きな第2の値へと、実際の値からデクリメントして徐々に小さくし、
各燃焼室について個別に、ミスファイアイベント、部分ミスファイアイベント、プレイグニッションイベントを監視し、
部分ミスファイアイベント、ミスファイアイベント、及び/又はプレイグニッションイベントを検出すると、ミスファイアイベント、部分ミスファイアイベント、プレイグニッションイベントが検出されなくなるまで、前記マージンを、実際の値から前記第1の値へ向かってインクリメントして大きくする、
ように構成される、機関。
A large two-stroke uniflow scavenging internal combustion engine operating with gas fuel as the primary fuel in a gas mode of operation, comprising:
a plurality of combustion chambers each defined by a cylinder liner, a reciprocating piston and a cylinder cover;
a scavenging port for introducing scavenging air into the combustion chamber, the scavenging port disposed in the cylinder liner;
an exhaust gas outlet disposed in the cylinder cover and controlled by an exhaust valve;
a variable timing exhaust valve actuation system that allows control of exhaust valve timing for each combustion chamber;
one or more gas inlets disposed in the cylinder liner or the cylinder cover and configured to introduce gaseous fuel during the stroke of the reciprocating piston into the cylinder cover;
at least one controller associated with the engine;
The at least one controller is configured to determine and control opening and closing timing of the exhaust valves for each combustion chamber, and for each combustion chamber, an amount of gaseous fuel introduced into the combustion chamber from the gas inlet. is configured to control the
the at least one controller configured to monitor operating conditions of the engine and determine when the engine is operating at steady state operating conditions;
The combustion chamber has a known undesired combustion state at least at operating conditions deviating from the steady state operating condition, wherein the air-fuel ratio exceeds a known operating condition dependent critical value at the known undesired combustion conditions. and partial misfire events, misfire events, and/or preignition are likely to occur,
the variable timing exhaust valve actuation system permits control of exhaust valve timing independently for each combustion chamber;
The at least one controller is configured to individually determine and control the opening and closing timing of the exhaust valve for each combustion chamber, and for each combustion chamber individually, the gas is introduced into the combustion chamber from the inlet. configured to control the amount of gas fuel,
the at least one controller is configured to operate in a steady state mode when determining that the engine is operating in a steady state operating condition;
The at least one controller in the steady state mode comprises:
Controlling the air/fuel ratio as a function of operating conditions for each combustion chamber individually, with a margin initially set to a first value such that said air/fuel ratio value is below said known operating condition dependent critical value. control and
decrementing the margin from the actual value to a second value less than the first value and greater than zero for each combustion chamber individually;
monitor misfire, partial misfire, and preignition events for each combustion chamber separately;
upon detection of a partial misfire event, misfire event, and/or preignition event, reducing said margin from the actual value to said first value until no misfire event, partial misfire event, or preignition event is detected; Increment towards and increase,
An institution that is configured to
前記少なくとも1つのコントローラは、前記望ましくない燃焼状態及び前記既知の動作条件依存臨界値を知らされるように構成される、請求項1に記載の機関。 2. The engine of claim 1, wherein the at least one controller is configured to be informed of the undesirable combustion state and the known operating condition dependent critical value. 前記コントローラは、前記値を最後に増加させてから既定の長さの時間が経過した時に、及び前記値が前記第2の値に等しくない時に、各燃焼室について個別に、前記マージンを実際の値から小さくデクリメントして徐々に小さくすることを再開するように構成される、請求項1に記載の機関。 The controller reduces the margin to the actual value, individually for each combustion chamber, when a predetermined amount of time has elapsed since the value was last increased and when the value is not equal to the second value. 2. The engine of claim 1, configured to decrement small from the value and resume the gradual decrease. 前記コントローラは、好ましくは段階的に、排気弁閉弁タイミングを進めることにより、前記マージンをデクリメントして小さくするように構成される、請求項1に記載の機関。 2. The engine of claim 1, wherein the controller is configured to decrement the margin smaller by advancing exhaust valve closing timing, preferably in steps. 前記コントローラは、好ましくは段階的に、排気弁閉弁タイミングを遅らせることにより、前記マージンをインクリメントして大きくするように構成される、請求項1に記載の機関。 2. The engine of claim 1, wherein the controller is configured to incrementally increase the margin by retarding exhaust valve closing timing, preferably in stages. 排気バイパス制御弁を有する排気バイパスを備え、
前記コントローラは、前記排気バイパス制御弁を閉じるか絞りをきつくすることにより、前記マージンをデクリメントして小さくするように構成される、
請求項1に記載の機関。
an exhaust bypass having an exhaust bypass control valve;
The controller is configured to decrement the margin smaller by closing or tightening the exhaust bypass control valve.
The engine of Claim 1.
排気バイパス制御弁を有する排気バイパスを備え、
前記コントローラは、前記排気バイパス制御弁を開けるか絞りを緩くすることにより、前記マージンをインクリメントして大きくするように構成される、
請求項1に記載の機関。
an exhaust bypass having an exhaust bypass control valve;
wherein the controller is configured to increment and increase the margin by opening or loosening the throttle of the exhaust bypass control valve;
The engine of Claim 1.
内部に排気再循環ブロワを備える排気再循環管を有し、
前記コントローラは、前記排気再循環ブロワをアクティブにするか速度を上げることにより、前記マージンをインクリメントして大きくするように構成される、
請求項1に記載の機関。
having an exhaust recirculation pipe with an exhaust recirculation blower therein;
wherein the controller is configured to increment and increase the margin by activating or speeding up the exhaust recirculation blower;
The engine of Claim 1.
内部に排気再循環ブロワを備える排気再循環管を有し、
前記コントローラは、前記排気再循環ブロワを非アクティブにするか速度を下げることにより、前記マージンをデクリメントして小さくするように構成される、
請求項1に記載の機関。
having an exhaust recirculation pipe with an exhaust recirculation blower therein;
the controller is configured to decrement the margin smaller by deactivating or slowing the exhaust recirculation blower;
The engine of Claim 1.
メインの掃気冷却機の上流にシリンダバイパスを有し、
前記コントローラは、ホットシリンダバイパス管を開けるか前記ホットシリンダバイパス管内の制御弁の絞りを緩くすることにより空燃比を上げ、前記ホットシリンダバイパス管を閉じるか前記ホットシリンダバイパス管内の制御弁の絞りをきつくすることにより空燃比を下げるように構成される、
請求項1に記載の機関。
having a cylinder bypass upstream of the main scavenging air cooler,
The controller raises the air-fuel ratio by opening the hot cylinder bypass pipe or throttling the control valve in the hot cylinder bypass pipe, and closing the hot cylinder bypass pipe or throttling the control valve in the hot cylinder bypass pipe. configured to reduce the air-fuel ratio by tightening
The engine of Claim 1.
前記コントローラは、動作条件が要求する場合に液体燃料噴射をアクティブにするように構成され、また、液体燃料噴射をアクティブにしたときに前記マージンを前記第1の値にリセットするように構成される、請求項1に記載の機関。 The controller is configured to activate liquid fuel injection when operating conditions require it, and configured to reset the margin to the first value when liquid fuel injection is activated. , an engine according to claim 1. 前記インクリメントは小さなインクリメントであり、前記デクリメントは小さなデクリメントであり、前記段階的の段階は小さな段階である、請求項4又は5に記載の機関。 6. An engine according to claim 4 or 5, wherein said increments are small increments, said decrements are small decrements, and said stepwise steps are small steps. 各シリンダに個別にシリンダ圧力を検知するセンサーを備え、
前記コントローラは、各シリンダついて個別に、検知されたシリンダ圧力を監視すると共に、各シリンダについて個別に、ミスファイアイベント、部分ミスファイアイベント、及び/又はプレイグニッションイベントが発生したかどうかを決定するように構成される、
請求項1に記載の機関。
Equipped with a sensor that detects the cylinder pressure individually for each cylinder,
The controller monitors sensed cylinder pressure for each cylinder individually and determines whether a misfire, partial misfire, and/or preignition event has occurred for each cylinder individually. configured to
The engine of Claim 1.
前記コントローラは、ミスファイアイベント、部分ミスファイアイベント、及び/又はプレイグニッションイベントが発生しないときのシリンダ圧力の期待される変化からのシリンダ圧力変化の逸脱を決定することにより、ミスファイアイベント、部分ミスファイアイベント、及び/又はプレイグニッションイベントを決定するように構成される、請求項13に記載の機関。 The controller determines the deviation of cylinder pressure change from an expected change in cylinder pressure when no misfire event, partial misfire event, and/or pre-ignition event occurs. 14. An engine according to claim 13, adapted to determine fire events and/or pre-ignition events. 前記コントローラは、望ましい機関速度と実際の機関速度との差が逸脱閾値より低く、同時に機関負荷が機関負荷閾値より高い場合に、前記機関は安定状態条件下で動作していると決定するように構成される、請求項1に記載の機関。 The controller determines that the engine is operating under steady state conditions when the difference between the desired engine speed and the actual engine speed is below a deviation threshold while the engine load is above the engine load threshold. 2. The engine of claim 1, wherein the engine comprises: 前記少なくとも1つのコントローラは、前記燃焼室内の瞬間的な平均圧縮空燃比を決定する圧縮空燃比観測手段を備えるか、そのような圧縮空燃比観測手段に接続される、請求項1に記載の機関。 2. An engine according to claim 1, wherein said at least one controller comprises or is connected to compressed air-fuel ratio monitoring means for determining an instantaneous average compressed air-fuel ratio in said combustion chamber. . ガス運転モードで複数の燃焼室を有する大型2ストロークターボ過給式ユニフロー掃気内燃機関を動作させる方法であって、
前記燃焼室内には燃焼の前にある空燃比の混合気が存在し、
前記燃焼室は、少なくとも安定状態動作条件を逸脱した動作条件において、既知の望ましくない燃焼状態を有し、前記既知の望ましくない燃焼状態においては、空燃比が既知の動作条件依存臨界値を超えると、部分ミスファイアイベント、ミスファイアイベント、及び/又はプレイグニッションが生じる可能性が高く、
前記方法は:
前記機関の動作条件を監視して、前記機関が前記安定状態動作条件で動作している時を決定し、
前記安定状態動作条件であると決定すると、
各燃焼室について個別に、動作条件の関数として空燃比を制御し、初めは第1の値にセットされるマージンによって、前記空燃比の値が前記既知の動作条件依存臨界値より低くなるように制御し、
各燃焼室について個別に、前記マージンを、前記第1の値より小さく0より大きな第2の値へと、実際の値からデクリメントして徐々に小さくし、
各燃焼室について個別に、ミスファイアイベント、部分ミスファイアイベント、プレイグニッションイベントを監視し、
部分ミスファイアイベント、ミスファイアイベント、及び/又はプレイグニッションイベントを検出すると、ミスファイアイベント、部分ミスファイアイベント、プレイグニッションイベントが検出されなくなるまで、前記マージンを、実際の値から前記第1の値へ向かってインクリメントして大きくする、
方法。
A method of operating a large two-stroke turbocharged uniflow scavenging internal combustion engine having multiple combustion chambers in a gas mode of operation, comprising:
there is an air-fuel mixture in the combustion chamber with a pre-combustion air-fuel ratio;
The combustion chamber has known undesired combustion conditions at least at operating conditions deviating from steady state operating conditions , and at the known undesired combustion conditions when the air-fuel ratio exceeds a known operating condition dependent critical value. , partial misfire events, misfire events, and/or preignition are likely to occur,
Said method is:
monitoring operating conditions of the engine to determine when the engine is operating at the steady state operating conditions ;
Upon determining that the steady state operating condition is
Controlling the air/fuel ratio as a function of operating conditions for each combustion chamber individually, with a margin initially set to a first value such that said air/fuel ratio value is below said known operating condition dependent critical value. control and
decrementing the margin from the actual value to a second value less than the first value and greater than zero for each combustion chamber individually;
monitor misfire, partial misfire, and preignition events for each combustion chamber separately;
upon detection of a partial misfire event, misfire event, and/or preignition event, reducing said margin from the actual value to said first value until no misfire event, partial misfire event, or preignition event is detected; Increment towards and increase,
Method.
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