JPS60184937A - ガスエンジンのガス圧力制御装置 - Google Patents

ガスエンジンのガス圧力制御装置

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JPS60184937A
JPS60184937A JP59041682A JP4168284A JPS60184937A JP S60184937 A JPS60184937 A JP S60184937A JP 59041682 A JP59041682 A JP 59041682A JP 4168284 A JP4168284 A JP 4168284A JP S60184937 A JPS60184937 A JP S60184937A
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gas pressure
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supply
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岡田 愿介
Hideaki Nakano
英明 中野
Tadahiro Ozu
小津 忠弘
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Kawasaki Motors Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F02D19/021Control of components of the fuel supply system
    • F02D19/023Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow
    • F02D19/024Control of components of the fuel supply system to adjust the fuel mass or volume flow by controlling fuel injectors
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02MSUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • F02M21/0218Details on the gaseous fuel supply system, e.g. tanks, valves, pipes, pumps, rails, injectors or mixers
    • F02M21/0248Injectors
    • F02M21/0275Injectors for in-cylinder direct injection, e.g. injector combined with spark plug
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02TCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はガスエンジンのガス圧力制御装置に関するも
ので、特にガスエンジン全体の効率を改善することので
きるガス圧力制御装置に係る。
ガスエンジンには、燃料ガスをガス噴射弁を通じてシリ
ンダ内に吹込み、燃焼させる方式のエンジンがあるが、
特に燃焼ガスを、圧縮、爆発過程時にシリンダ内に供給
してディーゼルサイクルを実現する方式であることから
、ディーゼルガスエンジンとも称されている。このよう
なディーゼルガスエンジンにおいては、噴射弁からシリ
ンダ内に吹込まれる燃焼ガスを、圧縮機によって加圧す
る必要があり、場合によっては、燃焼ガスを250〜3
00 kg / cmの高圧にまで加圧する必要がある
とされている。この際、ガスの圧縮に必要な動力は、全
力運転時に必要とされる全エネルギーの4〜6%程度に
も達し、燃焼ガスの圧縮にはきわめて大きな動力を要し
ている。
本発明者等は上記に鑑み、まずシリンダ内に噴出された
燃焼ガスの挙動についての検討を行った。
第1図に示すようにガス状燃料はガス噴射弁への噴口よ
り噴出されるが、そのためには噴射弁A内の圧力即ち燃
料ガス圧力P1は噴射弁への外圧、すなわちシリンダB
の内圧P2に比べて高くすることが必要である。その際
、PlのP2に対する圧力比PI/P2が、臨界圧力比
ps/P2(PSを臨界圧力という)を越える場合には
、いわゆるチョーク状態の流れとなり、それ以上に燃焼
ガス圧力P1を上げても容積流量の増加はなく、しかも
第2図のように、ノズルを出た噴流は安定した平行流動
とはならなくなる。この場合、ノズル出口においてちょ
うど臨界圧に達した気体が急に低い圧力P2の室内に流
入すると、あたかも圧縮ガス容器が破裂したときのよう
に爆発的に膨張する。そのため、気体は側方に加速され
、さらにその慣性により平衡位置を越えてさらに側方へ
と変位する。その結果、噴流中心部の圧力がP2以下に
降下し、これが原因となって気体は再び反対方向に変位
を起こす。この作用が周期的に繰り返され、同時に噴流
が前進する。その際に強い衝撃波を生し、気体が臨界圧
からP2まで膨張する際に有効エネルギーが失われる。
第2図における下側の曲線は、噴流中心部の圧力変動を
示したものであるが、図のように噴流中心部の圧力は大
幅に変動しており、このため安定した燃焼をtlP4<
なり且つ損失も大きくなる。なおガス圧力が臨界圧以下
の場合には、ノズルから出た噴流は安定した円筒形の平
行流れとなる。
以上のことから、圧力比PL/P2を臨界圧力比P s
 / P 2以下となるように、シリンダ内圧に応し、
燃焼ガス圧力P1を臨界圧より少しだけ下げて運転する
のが望ましい。特に部分負荷等のようにシリンダの内圧
力が低い場合には、燃焼ガス圧力を例えば250〜30
0 kg / craの高圧のまま一定にすることは無
駄であり、シリンダ内圧に応して、燃焼ガス圧力を臨界
圧力より少しだけ下げることが合理的である。このよう
に燃焼ガス圧力を下げることにより、ガス圧縮に要する
動力を減少させることができ、全体システムとして熱効
率の向上を図ることが可能となる。また圧力の低下は配
管系統の安全性を向上させることにもなる。
しかしながら従来のディーゼルガスエンジンにおいては
、シリンダ内の圧力がエンジンの負荷状態によって変動
するのにもかかわらず、供給ガス圧力は一定に維持され
たままで、ガス圧力の変更は行われてはいない。したが
って、燃焼ガスの圧縮に費やされた多大のエネルギを、
上記のような現象によってa費しているのが実情である
この発明は上記に鑑みなされたもので、その目的は、供
給する燃焼ガス圧力を、シリンダの内圧に応じて制御す
ることが可能であり、そのためガスエンジンの効率を向
上することのできるカス圧力制御装置を提供することに
ある。
上記目的に沿うこの発明のガスエンジンのガス圧力制御
装置は、シリンダ内にガス状燃料を噴出するためのガス
噴射弁と、このガス噴射弁にガス状燃料を供給するため
のガス圧縮手段と、上記シリンダの内圧を検出するため
の内圧検出手段と、上記ガス圧縮手段からガス噴射弁へ
と至る流路内の供給ガス圧力を検出するためのガス圧検
出手段と、該流路内のガス圧力を調整するためのガス圧
力調整手段と、上記シリンダ内圧から供給目標ガス圧力
をめると共に、この目標ガス圧力と上記供給ガス圧力と
を比較し、該比較結果に基づいて上記ガス圧縮手段の駆
動源及び/又は上記ガス圧力調整手段を制御するための
制御手段とを有することを特徴とするものとなる。
上記の結果、シリンダ内へは、常にシリンダ内圧に応じ
た圧力の燃焼ガスが供給され、側圧力比を臨界圧力比以
下とし、燃焼ガスを音速以下で効率よく噴出することが
可能となる。その結果、ガス圧縮手段において、余分な
エネルギを消費するのを防止することができ、ガスエン
ジンシステムの効率を向上することが可能となる。
次ぎにこの発明のガスエンジンのガス圧力制御装置の具
体的な実施例につき、図面を参照しつつ詳細に説明する
第3図において、■はシリンダであって、このシリンダ
1内にはピストン2が往復動自在に配置されている。上
記シリンダ1の上部にはシリンダヘット′3が取着され
、このシリンダヘッド3に、ガス噴射弁4と、点火装置
5と、内圧計測ピックアップ6とがそれぞれ装着されて
いる。なお、この内圧計測ピックアップ6は、シリンダ
1の内圧を検出するだめの内圧検出手段となるものであ
る。
そして上記ガス噴射弁4は、流路7を介してガスタンク
8に接続されており、この流路7には、ガス圧縮手段と
しての可変圧縮機9と、該流路7内の供給ガス圧力を検
出するためのガス圧検出手段としてのガス圧力ビツクア
ップ10と、該流路7内のガス圧力を調整する手段とし
ての圧力調整弁11とがそれぞれ介設されている。なお
、】2は可変モータであって、この可変モータ12によ
って上記可変圧縮機9を作動させ、供給される燃焼ガス
を加圧し、加圧した燃焼ガスを上記ガス噴射弁4へと送
出し得るようなされている。
また上記内圧計測ピックアップ6とガス圧力ビツクアッ
プ10とはそれぞれ制御手段となる制御装置13へ接続
されると共に、さらにこの制御装置13が上記可変モー
タ12と圧力調整弁11とへそれぞれ接続され、雨検出
圧力に基づいて可変モータ12の回転速度等の駆動状態
を制御すると共に、さらに圧力調整弁11のセント値を
も制御し得るようなされているので、以下にその点につ
いて説明する。まず、第4図に示すように、上記内圧計
測ピックアップ6によって、シリンダ1の内圧P′2を
検出する。そしてこの内圧P2から、供給される燃焼ガ
ス圧力の目標ガス圧力POを定める。この目標ガス圧力
POは上記内圧P2との比PO/P2が臨界圧力比PS
/P2(Ps:臨界圧力)(例えば2程度)!22下と
なるように定めるものとする。次いで、この目標ガス圧
力POと、上記ガス圧力ビツクアップ10において検出
された供給燃焼ガス圧力P1とを比較する。この比較の
結果、供給ガス圧力P1が目標ガス圧力Poよりも高い
場合には、制御装置13がらの指令によって可変モータ
12を減速し、またこれとは逆の場合には可変モータ1
2を増速することによって、上記供給ガス圧力P1を目
標ガス圧力poと一致させるような制御を行う。またこ
れと同時に、この際の制御信号によって圧力調整弁11
のセント値の可変制御も行う。このように、上記装置に
おいては、部分負荷時等のようにシリンダ内圧P2が低
い場合には、これに伴って目標ガス圧力PO1すなわち
供給ガス圧力P1を低くし、またこれとは逆に全力運転
時のようにシリンダ内圧P2が高い場合には、これに伴
って供給ガス圧力P1を高くするというように可変モー
タ12の駆動状態や圧力調整弁11のセント値の制御を
行う訳である。
上記の結果、シリンダ2の内圧P1と、供給ガス圧力P
1との比PL/P2を、常に臨界圧力比以下に保つこと
が可能となり、燃焼ガスを音速以下の安定した円筒形の
平行流として、効率よくシリンダ1内へ噴出することが
可能となる。またこの場合、圧縮機9の可変モータ12
は、上記シリンダ内圧P2に応じて駆動制御されること
になるため、この可変モータ12において余分なエネル
ギを消費する余地はなく、したがってガスエンジンシス
テムの効率を向上することが可能となる。
なお上記において検出するシリンダ内圧P2は、シリン
ダ1内の最高圧力とするのが好ましく、またその検出法
としては、所定時間だけ検出を継続して、該時間内の最
高圧力の平均値をめるような方法を採用するのが好まし
い。
以上にこの発明のガスエンジンのガス圧力制御装置の一
実施例の説明をしたが、この発明のガスエンジンのガス
圧力制御装置は上記実施例に限定されるものではなく、
種々変更して実施することが可能である。例えば上記に
おいては、ガス圧縮手段として可変圧縮機を用い、この
圧縮機を駆動する可変モータの回転速度と、圧力調整弁
のセント値との両者を制御する例を示したが、これらを
それぞれ単独に作動させて実施することも可能である。
さらにガス圧縮手段及びその駆動源は上記と同様な機能
を果たす他の任意の手段を採用することが可能である。
このことは、内圧検出手段やガス圧検出手段等について
も同様であり、種々変更して実施することが可能である
この発明のガスエンジンのガス圧力制御装置は上記のよ
うに構成されたものであり、したがってこの発明のガス
エンジンのガス圧力制御装置によれば、シリンダ内に供
給する燃焼ガスの圧力を、シリンダ内圧に応じて制御す
ることが可能となる。
したがってガスエンジンシステム全体の熱効率を向上す
ることが可能となり、また燃焼ガス圧力を低下すること
ができるため、各配管系統の安全性を向上することも可
能となる。
【図面の簡単な説明】
第1図はガス噴射弁から噴出される燃焼ガスの噴射状態
を示す説明図、第2図はガス噴流の圧力変動状態を示す
説明図、第3図はこの発明のガスエンジンのガス圧力制
御装置の一実施例の全体系統を示す説明図、第4図は上
記実施例における制御方法を説明するブロック図である
。 1・・・シリンダ、4・・・ガス噴射弁、6・・・内圧
計測ピックアップ、7・・・流路、9・・圧縮機、10
・・・ガス圧力ビツクアップ、11・・・圧力調整弁、
12・・・可変モータ、13・・・制御装置。 特許出願人 川崎重工業株式会社 第2図 第3図 手続補正書印発) 昭和60年2月6日 特許庁長官 志賀 学 殿 1、事件の表示 ガスエンジンのガス圧力制御装置 3、補正をする者 事件との関係 特許出願人 神戸市中央区東用崎町3丁目1番1号 (097)川崎重工業株式会社 代表者 長 谷 川 謙 漬 4、代理人 大阪市東区淡路町2丁目16番地 大洋ビル4階音06
−204−1567 7、補正の対象 分に存する「燃焼ガス」との記載を「燃料ガス」と訂正
する。 (1)第2頁第4行 (2)%22頁第9 (3)第2頁第10行 (4)第2頁第14行 (5)第2頁第17行 (6)第3頁第5行〜同頁第6行 (7)第4頁第8行 (8)第4頁第10行 (9)第4頁第13行 (10)第4頁第14行 (11)第5頁第3行 (12)第5頁第7行 (13)第6頁第6行 (14)第6頁第7行 (15)第7頁第11行〜同頁第12行(16)第7頁
第12行 (17)第8頁第5行 (1日)第8頁第11行 (19)第9頁第9行 (20)第10頁第19行 (21)第11頁第2行 (22)第11頁第6行 −以上一

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、シリンダ内にガス状燃料を噴出するためのガス噴射
    弁と、このガス噴射弁にガス状燃料を供給するためのガ
    ス圧縮手段と、上記シリンダの内圧を検出するための内
    圧検出手段と、上記ガス圧縮手段からガス噴射弁へと至
    る流路内の供給ガス圧力を検出するためのガス圧検出手
    段と、該流路内のガス圧力を調整するためのガス圧力調
    整手段と、上記シリンダ内圧から供給目標ガス圧力をめ
    ると共に、この目標ガス圧力と上記供給ガス圧力とを比
    較し、該比較結果に基づいて上記ガス圧縮手段の駆動源
    及び/又は上記ガス圧力調整手段を制御するための制御
    手段とを有することを特徴とするガスエンジンのガス圧
    力制御装置。
JP59041682A 1984-03-05 1984-03-05 ガスエンジンのガス圧力制御装置 Granted JPS60184937A (ja)

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JPH039300B2 JPH039300B2 (ja) 1991-02-08

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