JPH11324784A - ガスエンジン - Google Patents

ガスエンジン

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JPH11324784A
JPH11324784A JP11054465A JP5446599A JPH11324784A JP H11324784 A JPH11324784 A JP H11324784A JP 11054465 A JP11054465 A JP 11054465A JP 5446599 A JP5446599 A JP 5446599A JP H11324784 A JPH11324784 A JP H11324784A
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engine
gas
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control device
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リーク カイ
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グラウバー ローベルト
Klaus Lierz
リールツ クラウス
Thomas Felber
フェルバー トーマス
Hans-Joachim Dier
ディール ハンス−ヨアヒム
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MAN B&W Diesel GmbH
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 ガスエンジンが強く変化する周辺条件のもと
でもノッキングあるいは失火を起さず、最大達成可能な
パワー、最適な効率で、かつ、有害物質制限値を満足さ
せるように作動可能であるようにする。 【解決手段】 周辺条件を測定するためのセンサ６、８
を有する予制御装置２を含み、エンジン作動点を周辺条
件の変化に適応させるために、駆動部１０を介して操作
端１２を駆動する出力信号が計算されるガスエンジンに
おいて、予制御装置２がセンサにより検出された周辺条
件の変化の際にエンジン作動点を最大でも作動範囲の限
界に予め定められた最小余裕をおいた位置までしか接近
させないように構成され、予制御装置２の上位にノッキ
ング監視装置４が対応付けられ、このノッキング監視装
置４は、作動点がガスエンジンのノッキング限界への最
小余裕位置に到達したときに、エンジンのパワーを適応
させ、またはエンジンを停止させるように構成されてい
る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、周辺条件の変化に
関係してガスエンジンを制御かつ調節するための制御お
よび調節装置を備え、この制御および調節装置が周辺条
件を測定するためのセンサを有する予制御装置を含み、
これらの周辺条件から予制御装置によって、エンジン作
動点を周辺条件の変化に適応させるために、駆動部を介
して操作端を駆動する出力信号が計算されるガスエンジ
ン、特にディーゼル‐ガスエンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】リーン‐バーン原理に従って動作する最
近のガスエンジンは、ＮＯｘ排出に対する規定されてい
る有害物質制限値（たとえばドイツではＴＡ空気）を排
ガス後処理なしに高い平均圧力の際にも守るべき立場に
ある。そのための前提条件はなかんずく燃焼室のなかの
非常に低いガス‐空気混合気体、すなわち非常に高い空
気比λである（リーン‐バーン原理）。
【０００３】従って、エンジンはすべての生ずる周辺条
件（周囲温度、周囲圧力、ガス品質など）において狭い
作動範囲のなかに保たれなければならない。作動範囲の
制限は一面ではノッキング制限または守るべき有害物質
排出により規定された制限であり、また他面ではリーン
運転制限である。作動範囲はパワーに関係している。可
能な作動範囲のなかで効率最適化が達成されなければな
らない。これらの物理的な関係はそれぞれ予燃焼室点火
有りまたは無しのディーゼル‐ガス原理でのディーゼル
‐ガスエンジンに対しても点火ビームおよびガス‐オッ
トーエンジンに対しても当てはまる。
【０００４】エンジンを予め定められた作動範囲のなか
に保つためには、種々の方法が従来の技術から知られて
いる。 −ノッキング調節 −不点火調節 −λ調節 −メタン数検出
【０００５】これらの解決策の主な欠点は、一方ではノ
ッキング調節および不点火調節の物理的な原理にあり、
他方では周辺条件が変化する際の使用の制限にある。
【０００６】ノッキング調節は、エンジンが既にノッキ
ング作動状態になるときに初めて能動的になり得る。こ
のノッキング制限のすぐ近くの作動状態は特に高い平均
圧力（＞１６ｂａｒ）を有するエンジンに対して高い機
械的および熱的な負荷を意味する。ＮＯｘ排出に対する
有害物質制限値が、ノッキング調節される作動では一般
に守られ得ない。
【０００７】同様に不点火認識は、実際に不点火が生ず
るときに初めて応答し得る。しかし、この状態は既に相
当の効率低下を生ずる。
【０００８】たとえばメタン数の変動またはシリンダの
前のチャージ空気／混合気体温度の強い変動のように周
辺条件が変化する際には、λ調節のみによる空気比の適
応は、ＮＯｘ排出に対する有害物質制限値（リーン運転
制限）の確実な下方超過またはノッキング制限への十分
な間隔を保証し得るためにはもはや十分でない。
【０００９】作動パラメータ、ＮＯｘ排出およびノッキ
ング制限への別の重要な影響因子は燃焼ガス特性であ
る。従って、燃焼ガス特性を検出するセンサが、エンジ
ン作動パラメータを制御するために使用される。
【００１０】請求項１の前文によるガスエンジンは「モ
ータテヒニッシェ・ツァイトシュリフト（Ｍｏｔｏｒｔ
ｅｃｈｎｉｓｃｈｅｎ Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔ）第５
４巻（１９９３年）、第３５０頁以降の論文“ガス‐オ
ットーエンジン内の燃焼へのメタン数の影響”」から知
られている。そこに記載されている制御および調節コン
セプトの欠点として、そこに記載されている予制御装置
により、ノッキング制限が到達されないメタン数範囲の
なかで所望の排出制限値の遵守を制御される作動の仕方
により保証することは確かに可能であるが、エンジンが
ノッキング制限に到達し、またノッキング作動で運転さ
れることは防止されないことが判明している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】従って、このことから
出発して、本発明の課題は、冒頭に記載されている種類
のガスエンジンを、ガスエンジンが確実に、すなわちノ
ッキングおよび不点火なしに、最大達成可能なパワー
で、最適な効率で、有害物質制限値の遵守のもとに、強
く変化する周辺条件のもとでも作動可能であるように改
良することである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】この課題は、本発明によ
れば、予制御装置が、そのセンサにより検出された周辺
条件の変化の際にエンジン作動点を最大でも作動範囲の
限界に予め定められた最小余裕をおいた位置までしか接
近させないように構成され、予制御装置の上位にノッキ
ング監視装置が対応付けられ、このノッキング監視装置
が、作動点がガスエンジンのノッキング限界への最小余
裕位置に到達したときに、エンジンのパワーを適応さ
せ、またはエンジンを停止させるように構成されること
により解決される。
【００１３】既存の解決策との相違点は、予制御装置
が、ガスエンジンがその作動範囲の限界において運転さ
れることを許さずに、作動範囲の限界までの安全余裕が
守られることにある。さらに、予制御装置の上位にノッ
キング監視装置が対応付けられ、それによって、予制御
装置を介して対処され得ないたとえばエンジンの不適切
な作動などのような状況において、エンジン損傷が防止
される。
【００１４】本発明によれば下記の利点が得られる。ノ
ッキング限界または不点火限界におけるエンジンの運転
のような危険な作動状態が避けられる。それにより熱的
および機械的負荷がわずかに保たれ、作動の確実さが高
められ、また損耗が低減される。制御のフレキシビリテ
ィにより、エンジンは広い範囲で変化する周辺条件のも
とに最大可能なパワーで、最適な効率で、有害物質制限
値を確実に守って自動的に作動させられる。追加的な本
発明によるノッキング監視装置により、予制御装置に基
づいて監視可能でなく、または監視されないパラメータ
を生じ得るであろうノッキング損傷が防止される。
【００１５】上位の対策の有利な実施態様および目的に
かなった実施態様は従属請求項にあげられている。
【００１６】このような特に有利な実施態様は、ノッキ
ング監視装置に燃焼室温度を測定するための温度センサ
が対応付けられ、この温度センサが燃焼室温度を入力信
号としてノッキング監視装置に伝達する。ノッキング監
視装置は、定められた最大の燃焼室温度の超過の際に直
接にガスエンジンに対する停止信号を発生するように構
成されている。この対策は特に、ノッキングが突然に生
じ、また後段に接続されている調節装置によりむだ時間
が生じ、そのむだ時間中にエンジンが損傷することが防
止されなければならないときに有利である。
【００１７】別の有利な対策は、予制御装置に対応付け
られているセンサが、予制御装置の入力信号としてチャ
ージ空気温および（または）混合気体温度を測定する温
度センサを含んでいることにある。それによって、エン
ジンのパワーに対して重要なこれらのパラメータが既に
予制御装置により検出されることが保証される。
【００１８】
【発明の実施の形態】上位の対策の他の有利な実施態様
および目的にかなった実施態様は残りの従属請求項にあ
げられており、また以下の図面による実施例の説明のな
かで説明される。この場合、図１には本発明によるガス
エンジンの制御および調節装置の好ましい実施例が示さ
れている。
【００１９】この好ましい実施例によれば、ガスエンジ
ンは、図１に示されているように、予制御装置２とノッ
キング監視装置４とを含んでいる制御および調節装置を
有するディーゼル‐ガスエンジンである。予制御装置２
は、メタン数に相応する信号であって予制御装置２の入
力信号を形成する信号を決定する装置（以下ではメタン
数モニター６は呼ばれる）と接続されている。予制御装
置２にはさらに、予制御装置２の入力信号として、ガス
エンジンがブーストされるエンジンであるか否かに応じ
て、チャージ空気温度および（または）混合気体温度
（図１に“ＴＬｕｆｔｖｏｒＺｙｌ”で示されている）
を測定する温度センサ８が対応付けられている。
【００２０】図１に示されているように、予制御装置は
メタン数モニター６により測定されたメタン数に関係し
て供給開始を補正し、また出力信号として供給開始のた
めの相応の信号を計算する。相応して予制御装置２は、
空気比λのための信号をメタン数に関係して計算するこ
とによって、メタン数に関係して空気比λを補正する。
追加的に予制御装置２は、ガスエンジンのパワー制限の
ための信号を出力信号として計算することによって、チ
ャージ空気温度および（または）混合気体温度に関係し
てガスエンジンのパワーを補正する。
【００２１】予制御装置２の出力信号は、ガスエンジン
の操作端１２を駆動する駆動部１０に対する目標値を形
成する。ガスエンジンの駆動部１０は好ましくは供給開
始シフト駆動部を含み、それを介して供給開始のための
信号が供給開始シフト装置を駆動し、さらにλ調節器を
含み、それを介して空気比λのための信号がバイパス弁
を駆動し、またパワー調節器を含み、それを介してガス
エンジンのパワー制限のための信号がガス配量装置を駆
動する。
【００２２】予制御装置２は、本発明によれば、予制御
装置２のセンサにより検出された周辺条件の変化の際に
エンジン作動点を最大でも作動範囲の限界に予め定めら
れた最小余裕をおいた位置までしか接近させないように
構成されている。その結果、予制御装置２のセンサ６、
８により検出されたエンジンに対する周辺条件のより大
きい変化の際にも、センサを損傷させるような作動状態
が決して到達されずに、このような作動状態に対して安
全余裕が守られる。
【００２３】有利な対策は、λ調節器の操作端が操作範
囲の端に到達したときに、パワーが予制御装置により制
限されることであり得る。それによりλ調節の調節範囲
がその瞬間の周辺条件に一層良く相応する範囲にずらさ
れる。
【００２４】予制御に組み入れられていない周辺条件は
ノッキング監視装置４により検出される。予制御装置２
の上位にこのノッキング監視装置４が対応付けられてい
る。このノッキング監視装置４は、作動点がガスエンジ
ンのノッキング限界への最小余裕位置まで到達したとき
に、エンジンのパワーを適応させ、またはエンジンを停
止させる。そのためにノッキング監視装置４に燃焼室温
度を測定するための温度センサ１４およびノッキングセ
ンサ１６が対応付けられ、これらのセンサがガスエンジ
ンのノッキング状態、特に固体音波信号、点火圧力評価
および燃焼室温度に関するデータをピックアップし、入
力信号としてノッキング監視装置４に伝達する。ノッキ
ング監視装置４は、ガスエンジンのノッキング状態に関
係してガスエンジンのパワー制限のための信号を計算
し、また定められた最大の燃焼室温度の超過の際にガス
エンジンに対する停止信号を発生するように構成されて
いる。ノッキング監視装置４により計算された、ガスエ
ンジンのパワー制限のための信号は、ガス配量装置を駆
動するパワー調節器に対する目標値を形成する。
【００２５】ガスエンジンの制御および調節装置の個々
の構成要素は全エンジン制御装置のなかにユニットとし
てまとめられていてもよいし、モジュールとして構成さ
れ、適当なインタフェースを介して互いに通信するもの
であってもよい。
【００２６】ガスエンジンの設計および設置条件に関係
してさらに予制御装置２およびノッキング監視装置４の
上記の入力信号および出力信号の種々の組み合わせが可
能である。
【００２７】以下にはディーゼル‐ガスエンジンに対す
る本発明による制御および調節装置の機能の仕方が例に
ついて説明される。
【００２８】出発点は高いメタン数および低いチャージ
空気温度である。メタン数が低下すると、このことはメ
タン数モニターを介して検出される。予制御装置２は、
図１に示されているように、遅れ方向の供給開始のシフ
ト（供給開始オフセット）ならびに空気比λの適応（λ
オフセット）により反応する。それによって異なったガ
ス品質の別の範囲が完全な最大パワーおよび一定な効率
およびＮＯｘ排出でカバーされ得る。
【００２９】メタン数がさらに低下すると、予制御装置
が減ぜられた許容最大パワーを計算する。
【００３０】たとえば夏期の高い周囲温度に基づいてチ
ャージ空気温度（図１の“ＴＬｕｆｔｖｏｒＺｙｌ”）
が上昇すると、このことはエンジン作動のノッキングお
よびＮＯｘ排出の増大を生ずるう。相応してエンジン作
動点はノッキング制限の方向に変化する。しかし予制御
装置がガスエンジンのパワーを低下させ（図１のＰｅ制
限）、それによってノッキングが防止される。
【００３１】たとえば周辺条件の変化により圧縮機を通
る空気通過量が低下すると、これは同じくエンジン作動
のノッキングおよびＮＯｘ排出の増大を生ずる。
【００３２】しかし周辺条件の変化が、予制御装置によ
りもはや対処され得ないほどに大きいと、エンジン作動
点はノッキング限界に近接し得る。パワーはその場合に
ノッキング監視装置４を介して１段階または多段階、好
ましくは２段階に制限される。ガスエンジンの作動点が
その後に常になおノッキング限界に位置するならば、エ
ンジンは停止される。
【００３３】ガスエンジンの作動点がガスエンジンのノ
ッキング限界に突然に近接し、またはこれに突然に到達
する場合、燃焼室温度センサが直ちに応答し、エンジン
が停止される。作動点が、予制御装置により検出されな
い状況のゆえに、たとえば燃焼室温度の変化により、ノ
ッキング限界に対して予め定められた最小余裕をおいた
位置まで到達すると、ディーゼル‐ガスエンジンのパワ
ーは同じく２段階に制限される。ガスエンジンの作動点
がその後に常になおノッキング限界またはその近くに位
置するならば、エンジンは停止される。
【００３４】別の実施例によれば、ガスエンジンはディ
ーゼル‐ガス二元作動で作動可能であるディーゼル‐ガ
スエンジンである。その際に本発明による制御および調
節装置は、エンジン作動点が作動範囲の限界への定めら
れた最小間隔に到達したとき、またはこれらの限界に到
達したときに、ガスエンジンを追加的に二元作動から純
粋なディーゼル作動に切換えるように構成されている。
さらに好ましい実施例の場合のようにノッキング調節が
上位に対応付けられている。
【００３５】さらにこの実施例は追加的に圧縮機の前の
圧力および温度を測定するためのセンサ、予制御装置お
よびノッキング監視装置に対応付けられ、これらに対す
る入力信号を発生する空気湿度およびガス温度を測定す
るためのセンサを含んでいる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明によるガスエンジンの制御および調節装
置の好ましい実施例の機能を示す図。
【符号の説明】
２ 予制御装置 ４ ノッキング監視装置 ６ メタン数モニター ８ 温度センサ １０ 駆動部 １２ 操作端 １４ 温度センサ １６ ノッキングセンサ
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｄ 19/02 Ｆ０２Ｄ 19/02 Ｚ 41/02 ３０１ 41/02 ３０１Ｋ Ｆ０２Ｍ 21/02 ３０１ Ｆ０２Ｍ 21/02 ３０１Ｑ Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｂ 17/12 17/00 Ｒ (72)発明者 ローベルト グラウバー ドイツ連邦共和国 86316 フリートベル ク アム ビールヴェーク 21 (72)発明者 クラウス リールツ ドイツ連邦共和国 86368 ゲルストホー フェン ゾンマーシュトラーセ ９ (72)発明者 トーマス フェルバー ドイツ連邦共和国 86159 アウグスブル ク イムホーフシュトラーセ 84 (72)発明者 ハンス−ヨアヒム ディール ドイツ連邦共和国 90607 リュッケルス ドルフ オーベレ ベルクシュトラーセ 29

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 周辺条件の変化に関係してガスエンジン
    を制御かつ調節するための制御および調節装置を備え、
    この制御および調節装置が周辺条件を測定するためのセ
    ンサ（６、８）を有する予制御装置（２）を含み、これ
    らの周辺条件から予制御装置（２）によって、エンジン
    作動点を周辺条件の変化に適応させるために、駆動部
    （１０）を介して操作端（１２）を駆動する出力信号が
    計算されるガスエンジンにおいて、予制御装置（２）
    が、そのセンサ（６、８）により検出された周辺条件の
    変化の際にエンジン作動点を最大でも作動範囲の限界に
    予め定められた最小余裕をおいた位置までしか接近させ
    ないように構成され、予制御装置（２）の上位にノッキ
    ング監視装置（４）が対応付けられ、このノッキング監
    視装置（４）は、作動点がガスエンジンのノッキング限
    界への最小余裕位置に到達したときに、エンジンのパワ
    ーを適応させ、またはエンジンを停止させるように構成
    されていることを特徴とするガスエンジン。
  2. 【請求項２】 予制御装置に対応付けられているセンサ
    が、予制御装置（２）の入力信号としてメタン数を測定
    するメタン数モニター（６）と、予制御装置（２）の入
    力信号としてチャージ空気温度および（または）混合気
    体温度を測定する温度センサ（８）とを含んでいること
    を特徴とする請求項１記載のガスエンジン。
  3. 【請求項３】 予制御装置（２）が、メタン数に関係し
    て供給開始のための信号および空気比λのための信号
    を、またチャージ空気温度および（または）混合気体温
    度に関係してガスエンジンのパワー制限のための信号を
    出力信号として計算するように構成されていることを特
    徴とする請求項２記載のガスエンジン。
  4. 【請求項４】 予制御装置（２）の出力信号が、操作端
    （１２）を駆動する駆動部（１０）に対する目標値を形
    成することを特徴とする請求項１ないし３の１つに記載
    のガスエンジン。
  5. 【請求項５】 駆動部（１０）が供給開始調節駆動部を
    含み、それを介して供給開始または点火時点のための信
    号が供給開始または点火時点調節装置を駆動し、さらに
    λ調節器を含み、それを介して空気比λのための信号が
    バイパス弁を駆動し、またパワー調節器を含み、それを
    介してガスエンジンのパワー制限のための信号がガス配
    量装置を駆動することを特徴とする請求項３または４記
    載のガスエンジン。
  6. 【請求項６】 ノッキング監視装置（４）に燃焼室温度
    を測定するための温度センサ（１４）および（または）
    ノッキングセンサ（１６）が対応付けられ、これらのセ
    ンサがガスエンジンのノッキング状態、特に燃焼室温度
    および（または）固体音波信号および（または）点火圧
    力評価に関するデータをピックアップし、入力信号とし
    てノッキング監視装置（４）に伝達することを特徴とす
    る請求項１ないし５の１つに記載のガスエンジン。
  7. 【請求項７】 ノッキング監視装置（４）が、ガスエン
    ジンのノッキング状態に関係してガスエンジンのパワー
    制限のための信号を計算し、また定められた最大の燃焼
    室温度の超過の際にガスエンジンに対する停止信号を発
    生するように構成されていることを特徴とする請求項６
    記載のガスエンジン。
  8. 【請求項８】 ノッキング監視装置（４）により計算さ
    れたガスエンジンのパワー制限のための信号がパワー調
    節器に対する目標値を形成し、それを介してガス配量装
    置が駆動されることを特徴とする請求項５ないし７の１
    つに記載のガスエンジン。
  9. 【請求項９】 ディーゼル‐ガス二元作動で作動可能で
    あるディーゼル‐ガスエンジンの場合、制御および調節
    装置が、エンジン作動点が作動範囲の限界への定められ
    た最小間隔に到達したときに、ガスエンジンを追加的に
    二元作動から純粋なディーゼル作動に切換えるように構
    成されていることを特徴とする請求項１ないし８の１つ
    に記載のガスエンジン。
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