JPH0243026B2 - - Google Patents

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JPH0243026B2
JPH0243026B2 JP7811787A JP7811787A JPH0243026B2 JP H0243026 B2 JPH0243026 B2 JP H0243026B2 JP 7811787 A JP7811787 A JP 7811787A JP 7811787 A JP7811787 A JP 7811787A JP H0243026 B2 JPH0243026 B2 JP H0243026B2
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fuel
premixing
direct injection
gas
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B2275/00Other engines, components or details, not provided for in other groups of this subclass
    • F02B2275/14Direct injection into combustion chamber

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ガス燃料をエンジンへ直接噴射する
直接噴射経路と、吸入空気と一緒に吸気弁から吸
入される予混合経路の2系統を備えたガス燃料使
用の火花点火機関における出力制御装置に関する
ものである。
Detailed Description of the Invention [Industrial Application Field] The present invention includes two systems: a direct injection path for directly injecting gas fuel into the engine, and a premixing path for injecting gas fuel from an intake valve together with intake air. This invention relates to an output control device for a spark ignition engine using gas fuel.

[従来の技術] ガス燃料エンジンでは、LPGキヤブレターに
みられる吸気管への燃料供給方式が一般的であ
り、水素等の燃料を使用する場合、超希薄運転が
できる特長はあるものの、高負荷運転時の異常燃
焼の発生及び低出力が課題である。一方、筒内噴
射方式では、キヤブレター方式の高負荷時の課題
は克服できるものの、アイドル及び低負荷運転時
での燃焼の不規則性、エンジンの回転変動が大き
くなる。
[Conventional technology] In gas-fueled engines, the fuel supply system to the intake pipe found in LPG carburetors is common, and when using fuel such as hydrogen, it has the advantage of being able to operate at ultra-lean levels, but it is difficult to operate under high load. The problem is the occurrence of abnormal combustion and low output. On the other hand, although the direct injection method can overcome the problems of the carburetor method at high loads, it increases combustion irregularities and engine rotational fluctuations during idling and low load operation.

しかしながら、これらの両方の供給方式の特長
を十分に生かすことができれば、水素等のガス燃
料に適したエンジンシステムを構成することがで
きる。
However, if the features of both of these supply methods can be fully utilized, an engine system suitable for gas fuel such as hydrogen can be constructed.

[発明が解決しようとする問題点] 本発明は、ガスエンジンにおけるこれらの課題
を考慮してなされたものであり、ガス燃料をエン
ジンへ直接噴射する直接噴射経路と、吸入空気と
一緒に吸気弁から吸入する予混合経路の2系統の
供給方式の特長を生かし、かつ燃料の特性を十分
発揮できるようにしたガスエンジンの出力制御装
置を提供しようとするものである。
[Problems to be Solved by the Invention] The present invention has been made in consideration of these problems in gas engines. The present invention aims to provide an output control device for a gas engine that takes advantage of the advantages of a two-system supply system of a premixing path in which fuel is taken in from the fuel, and that can fully demonstrate the characteristics of the fuel.

[問題点を解決するための手段] 上記目的を達成するための本発明の出力制御装
置は、着火しやすく、燃焼速度の速い水素ガス等
のガス燃料を用い、エンジンへ直接噴射する直接
噴射経路と、吸入空気と一緒に吸気弁から吸入さ
せる予混合経路の2系統を備えたガスエンジンに
おいて、エンジンの負荷等に応じて、ガス燃料の
供給系統を切り換えるコントロールユニツトを備
え、このコントロールユニツトに、始動・アイド
ル時には予混合経路による供給のみを行い、低負
荷運転時には2系統を併用し、高負荷運転時には
直接噴射経路のみを使用する制御機能をもたせた
ことを特徴とするものである。
[Means for Solving the Problems] To achieve the above object, the output control device of the present invention uses a gas fuel such as hydrogen gas that is easy to ignite and has a high burning rate, and uses a direct injection route for directly injecting it into the engine. This gas engine is equipped with two systems: a premixing path for inhaling air together with intake air through an intake valve, and is equipped with a control unit that switches the gas fuel supply system depending on the engine load, etc. It is characterized by having a control function that supplies only the premixing path during startup and idling, uses both systems together during low-load operation, and uses only the direct injection path during high-load operation.

[作 用] 上記出力装置においては、ガス燃料の2つの供
給方式、即ち、エンジンへ直接噴射する直接噴射
経路と、吸入空気と一緒に吸気弁から吸入させる
予混合経路の2系統の特長を生かし、かつ燃料の
特性を十分発揮させることができる。
[Function] The above output device takes advantage of the features of two gas fuel supply systems: a direct injection path that injects the fuel directly to the engine, and a premixing path that injects it together with intake air from the intake valve. , and the characteristics of the fuel can be fully exhibited.

さらに具体的には、アクセルに連動した流量制
御弁をもつ直接噴射系と、吸気弁から吸入させる
予混合系との切り換えを行うに際し、エンジンの
回転数、スタータ及びアイドルスイツチの作動状
態、並びに流量制御弁の開度データ等をもとに、
コントロールユニツトにおいて、始動、アイド
ル、低負荷及び高負荷などエンジンの運転状態を
判定し、その運転状態に適した供給を行うため、
予混合系を使用する場合の高負荷運転時の異常燃
焼の発生等、あるいは直接噴射系を用いる場合の
アイドル及び低負荷運転時での燃焼の不規則性、
エンジンの回転変動等の問題が解消され、2系統
の供給方式の特長を生かした出力制御が行われ
る。
More specifically, when switching between a direct injection system with a flow rate control valve linked to the accelerator and a premixed system that inhales from the intake valve, the engine speed, the operating status of the starter and idle switch, and the flow rate are Based on the control valve opening data, etc.
The control unit determines the operating state of the engine, such as starting, idling, low load, and high load, and supplies the engine according to the operating state.
Occurrence of abnormal combustion during high-load operation when using a premix system, or irregular combustion during idling and low-load operation when using a direct injection system.
Problems such as engine rotation fluctuations are resolved, and output control is performed that takes advantage of the features of the two-system supply system.

[実施例] 以下、本発明の具体的な実施例について詳述す
る。
[Example] Hereinafter, specific examples of the present invention will be described in detail.

本発明は、着火しやすく、燃焼速度の速い水素
ガスその他のガス燃料を用いるエンジンシステム
を対象とするが、第1図では、水素ガスを燃料に
用いたガスエンジンの実施例を示している。
The present invention is directed to engine systems that use hydrogen gas or other gaseous fuels that are easy to ignite and have a high burning rate, and FIG. 1 shows an embodiment of a gas engine that uses hydrogen gas as fuel.

同図において、エンジン1は、シリンダ内に直
接水素ガス燃料を噴射する専用弁をもつた4気筒
4サイクル火花点火機関として構成される。
In the figure, an engine 1 is configured as a 4-cylinder, 4-cycle spark ignition engine that has a dedicated valve that injects hydrogen gas fuel directly into the cylinders.

水素ガスは、金属水素化物を水素の貯蔵に利用
した燃料タンク2から減圧装置3を通り、エンジ
ン1へ直接噴射する直接噴射経路4(直接噴射
系)と、吸入空気と一緒に吸気制御弁6から吸気
マニホールド7を通して吸入される予混合経路5
(予混合系)の2系統からエンジン1へ供給され
る。
Hydrogen gas passes through a pressure reducing device 3 from a fuel tank 2 that uses metal hydrides to store hydrogen, and then a direct injection path 4 (direct injection system) that injects it directly into the engine 1, and an intake control valve 6 together with intake air. The premixing path 5 is inhaled through the intake manifold 7 from
(premixing system) is supplied to the engine 1 from two systems.

直接噴射系には、アクセル10に直結した機械
式流量制御弁11と、燃料の最大流量を制御する
電子比例制御弁(リミツター)12と、遮断弁1
3があり、これは運転者が出力を制御できる経路
である。上記アクセル10には、その踏み込みが
あつたか否かを検出するアイドルスイツチ10a
が付設され、また流量制御弁11にはスロツトル
開度を検出するスロツトルセンサ10bが付設さ
れる。
The direct injection system includes a mechanical flow control valve 11 directly connected to the accelerator 10, an electronic proportional control valve (limiter) 12 that controls the maximum flow rate of fuel, and a cutoff valve 1.
3, which is a route in which the driver can control the output. The accelerator 10 has an idle switch 10a that detects whether or not the accelerator is depressed.
A throttle sensor 10b for detecting the throttle opening is also attached to the flow control valve 11.

一方、予混合系は、エンジンの回転数を一定に
制御するためのインジエクタ系15、その補助と
なる調整系16、ベンチユリー部へその負圧で吸
い込まれるメイン系17及び増量系18を備え、
これらは前記減圧装置3に遮断弁20及び圧力調
整器21を介して接続している。各経路4,5に
設けた電磁式の遮断弁13,20は、ガス燃料の
供給経路を切り換えるのに使用するものである。
On the other hand, the premixing system includes an injector system 15 for controlling the engine speed at a constant level, an auxiliary adjustment system 16, a main system 17 whose negative pressure is sucked into the ventilator section, and an increase system 18.
These are connected to the pressure reducing device 3 via a cutoff valve 20 and a pressure regulator 21. Electromagnetic shutoff valves 13 and 20 provided in each path 4 and 5 are used to switch the gas fuel supply path.

コントロールユニツト(以下、CUと略記す
る。)25は、エンジンの回転数N、スタータ
(図示なし)及びアイドルスイツチ10aの作動
状態、ならびに流量制御弁11に設けたスロツト
ルセンサ10bによるスロツトル開度を検出し、
CU25のメモリーに設定した各運転モードに対
応した制御信号を出し、各経路の駆動部品を作動
させるものである。
A control unit (hereinafter abbreviated as CU) 25 controls the engine speed N, the operating states of the starter (not shown) and the idle switch 10a, and the throttle opening determined by the throttle sensor 10b provided on the flow control valve 11. detect,
It outputs a control signal corresponding to each operation mode set in the memory of the CU 25 to operate the driving parts of each route.

CU25は、上記エンジンシステムの必要部の
動作を制御するが、このCU25からの出力によ
りコントロールされる個所は、図中において・印
から伸びる矢印によつて示している。
The CU 25 controls the operations of the necessary parts of the engine system, and the parts controlled by the output from the CU 25 are indicated by arrows extending from the * mark in the figure.

なお、エンジン1によつて駆動されるバキユー
ムポンプ27の負圧タンク28は、図中におい
て、・印から伸びる矢印によつて示した位置に接
続され、それらが負圧により駆動される。
Note that the negative pressure tank 28 of the vacuum pump 27 driven by the engine 1 is connected to the position indicated by the arrow extending from the * mark in the figure, and is driven by negative pressure.

また、上記CU25は、エンジン1の回転数な
らびにスロツトル開度に対する点火時期のマツプ
をもち、流量制御と同時に点火時期の制御も行う
ものである。
Further, the CU 25 has a map of ignition timing with respect to the rotational speed of the engine 1 and the throttle opening, and controls the ignition timing at the same time as controlling the flow rate.

次に、上記CU25による各運転モードでの制
御内容について説明する。
Next, the details of control in each operation mode by the CU 25 will be explained.

「始動モード」では、まず、予混合経路5の遮
断弁20が開き、その経路の4系統はすべて作動
する。エンジン1の回転が設定回転数以上に到達
すると、「アイドルモード」となり、増量系18
が閉じて残りの3系統でエンジン回転数を一定に
保つ。
In the "starting mode", first, the cutoff valve 20 of the premixing path 5 opens, and all four systems in that path operate. When the rotation of the engine 1 reaches the set rotation speed or higher, it enters the "idle mode" and the increase system 18
is closed and the remaining three systems keep the engine speed constant.

この制御状態においては、吸入空気制御弁31
は開、吸入空気制御弁32は閉の状態とし、吸入
空気量は絞らない。したがつて、「始動モード」
及び「アイドルモード」では、エンジン制御はす
べてCU25が担当し、その制御は燃料流量のみ
で行う。また、その燃料の最大流量は、逆火防止
のため、空気過剰率5以上とするのが望ましい。
In this control state, the intake air control valve 31
is open, the intake air control valve 32 is closed, and the intake air amount is not throttled. Therefore, "starting mode"
In the "idle mode", the CU 25 is in charge of all engine control, and the control is performed only by the fuel flow rate. Further, the maximum flow rate of the fuel is desirably set to an excess air ratio of 5 or more in order to prevent backfire.

次に、アクセル10を踏むと、アイドルスイツ
チ10aがオフとなり、直接噴射系の遮断弁13
が開き、直接噴射経路4からも水素ガスが供給さ
れる。その踏み方が小さい「低負荷運転モード」
では、両経路4,5は併用の形で作動する。但
し、予混合経路5のインジエクタ系15は、エン
ジン回転数が低下しないとCU25が判定した後
に停止する。
Next, when the accelerator 10 is stepped on, the idle switch 10a is turned off, and the direct injection system cutoff valve 13 is turned off.
is opened, and hydrogen gas is also supplied from the direct injection path 4. "Low load operation mode" where the pedal is pressed lightly
In this case, both paths 4, 5 operate in combination. However, the injector system 15 of the premixing path 5 stops after the CU 25 determines that the engine speed does not decrease.

さらにアクセル10を強く踏み、スロツトル開
度、及びエンジン回転数からCU25が「高負荷
モード」とみなすと、予混合経路5の供給は遮断
弁20によつて遮断される。これにより、高負荷
運転では、吸気系に混合気が形成されないから、
高負荷時の逆火が防止でき、また吸入空気量が燃
料ガスによつて減少することはなく、比出力も増
加する。また、各回転数における最大水素ガス流
量が比例制御弁12により規定されているから、
高負荷時のノツキングも防止できる。
Furthermore, when the accelerator 10 is strongly depressed and the CU 25 determines that the CU 25 is in the "high load mode" based on the throttle opening degree and the engine speed, the supply to the premixing path 5 is cut off by the cutoff valve 20. This prevents air-fuel mixture from forming in the intake system during high-load operation.
Flash back during high loads can be prevented, the amount of intake air will not be reduced by the fuel gas, and the specific output will also increase. Furthermore, since the maximum hydrogen gas flow rate at each rotation speed is regulated by the proportional control valve 12,
It also prevents knocking during high loads.

減速のためにアクセル10を離すと、アイドル
スイツチ10aがまず入る。この時のエンジン回
転数が設定回転数2500rpmよりも高い場合には、
水素供給系はすべて遮断され、燃料カツトの状態
となり、この時、吸入空気制御弁31が閉とな
り、エンジンブレーキの作動となる。2500rpm以
下に減速すると、吸気絞り、燃料カツトは解除さ
れ、前記「アイドルモード」に入る。
When the accelerator 10 is released for deceleration, the idle switch 10a is first turned on. If the engine speed at this time is higher than the set rotation speed 2500rpm,
All hydrogen supply systems are shut off, resulting in a fuel cut state, and at this time, the intake air control valve 31 is closed, and the engine brake is activated. When decelerating to 2500 rpm or less, the intake throttle and fuel cut are released and the engine enters the above-mentioned "idle mode."

これらの制御における燃料流量と回転数との関
係を一例として第2図に示す。
An example of the relationship between fuel flow rate and rotational speed in these controls is shown in FIG. 2.

[発明の効果] 以上に詳述した本発明の出力制御装置によれ
ば、次のような効果を期待することができる。
[Effects of the Invention] According to the output control device of the present invention detailed above, the following effects can be expected.

(1) 始動、アイドル時に予混合系による供給方式
とすることにより、吸入空気を絞らず、水素ガ
ス流量制御のみを希薄運転ができ、熱効率も向
上する。
(1) By using a premixing system for supply during startup and idling, it is possible to perform lean operation by controlling only the hydrogen gas flow rate without throttling the intake air, improving thermal efficiency.

(2) 高負荷運転では、筒内噴射方式とすることで
比出力の向上、異常燃焼を防止できる。
(2) In high-load operation, the in-cylinder injection method improves specific output and prevents abnormal combustion.

(3) 低負荷時に両方式を併用することで、直接噴
射方式の燃焼むらを予混合方式でカバーし、ス
ムーズな運転ができる。また、加速時の直接噴
射系の水素供給量の時間的遅れを予混合方式で
カバーできる。
(3) By using both methods together at low loads, the premixing method compensates for the uneven combustion of the direct injection method, allowing smooth operation. Furthermore, the premixing method can compensate for the time delay in the amount of hydrogen supplied by the direct injection system during acceleration.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of the drawing]

第1図は本発明の実施例の構成図、第2図は本
発明の制御における燃料流量と回転数との関係を
例示するグラフである。 1…エンジン、2…燃料タンク、4…直接噴射
経路、5…予混合経路、25…コントロールユニ
ツト。
FIG. 1 is a block diagram of an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a graph illustrating the relationship between fuel flow rate and rotational speed in the control of the present invention. DESCRIPTION OF SYMBOLS 1... Engine, 2... Fuel tank, 4... Direct injection path, 5... Premixing path, 25... Control unit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 着火しやすく、燃焼速度の速い水素ガス等の
ガス燃料を用い、エンジンへ直接噴射する直接噴
射経路と、吸入空気と一緒に吸気弁から吸入させ
る予混合経路の2系統を備えたガスエンジンにお
いて、 エンジンの負荷等に応じて、ガス燃料の供給系
統を切り換えるコントロールユニツトを備え、こ
のコントロールユニツトに、始動・アイドル時に
は予混合経路による供給のみを行い、低負荷運転
時には2系統を併用し、高負荷運転時には直接噴
射経路のみを使用する制御機能をもたせた、 ことを特徴とするガスエンジンの出力制御装置。
[Claims] 1. Two systems using gaseous fuel such as hydrogen gas that is easy to ignite and has a high burning rate: a direct injection route that injects it directly into the engine, and a premixing route that injects it together with intake air from the intake valve. A gas engine equipped with a gas engine is equipped with a control unit that switches the gas fuel supply system depending on the engine load, etc., and this control unit only supplies fuel through the premixing route during startup and idling, and only supplies fuel through the premixing route during low-load operation. A gas engine output control device characterized by having a control function that uses both the direct injection path and the direct injection path during high-load operation.
JP7811787A 1987-03-31 1987-03-31 Output control device for gas engine Granted JPS63246460A (en)

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JP7811787A JPS63246460A (en) 1987-03-31 1987-03-31 Output control device for gas engine

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JPS63246460A JPS63246460A (en) 1988-10-13
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US5328805A (en) * 1992-08-28 1994-07-12 W. R. Grace & Co.-Conn. Aqueous developable photosensitive polyurethane-(meth)acrylate
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