JPWO2018207307A1 - Engine control method and engine system - Google Patents

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Abstract

舶用のデュアルフューエルエンジン(1)のガスモードで燃料ガスと空気との混合気を燃焼室で燃焼させる。エンジン(1)の出力軸(2)の出力が増大した場合にエンジンの吸気弁(8)が閉じるタイミングを進角させると共に、その進角の変化に対応して、燃料ガス供給弁(15)の開弁タイミングを進角させる制御部(22)と、制御部で設定された吸気弁(8)の閉じるタイミングに応じて吸気弁(8)が閉じるタイミングを進角させる可変吸気弁タイミング機構(30)と、制御部で設定された吸気弁(8)の進角の変化に対応して燃料ガス供給弁(15)の開弁タイミングを進角させる燃料ガス供給弁タイミング機構(45)とを備えた。エンジン(1)の出力軸の出力の増大に伴い、可変吸気弁タイミング機構(30)によってエンジン内のガスと空気の混合気の圧縮比をより下げる制御を行う。In the gas mode of the marine dual fuel engine (1), a mixture of fuel gas and air is burned in a combustion chamber. When the output of the output shaft (2) of the engine (1) increases, the timing at which the intake valve (8) of the engine closes is advanced, and the fuel gas supply valve (15) responds to the change in the advance. A control unit (22) for advancing the opening timing of the intake valve, and a variable intake valve timing mechanism (A) for advancing the closing timing of the intake valve (8) according to the closing timing of the intake valve (8) set by the control unit. 30) and a fuel gas supply valve timing mechanism (45) for advancing the valve opening timing of the fuel gas supply valve (15) in response to a change in the advance of the intake valve (8) set by the control unit. Equipped. As the output of the output shaft of the engine (1) increases, the variable intake valve timing mechanism (30) performs control to further reduce the compression ratio of the gas-air mixture in the engine.

Description

本発明は、天然ガスなどのガス燃料を用いるエンジンの制御方法及びエンジンシステムに係わり、詳しくは可変吸気弁タイミング(Variable Intake Valve timing;VIVT)機構を備えたガス燃料を用いるエンジンの制御方法及びエンジンシステムに関するものである。   The present invention relates to an engine control method and an engine system using a gas fuel such as natural gas, and more particularly, to an engine control method and an engine using a gas fuel provided with a variable intake valve timing (VIVT) mechanism. It is about the system.

可変バルブタイミング機構の具体的構成の例が下記特許文献1〜3に記載されている。
図20及び図21に示すように、特許文献1に記載の可変バルブタイミング機構100の駆動機構は、リンク機構101とアクチュエータ102とを備えている。リンク機構101では、エンジンの排気バルブのプッシュロッドに連結された排気バルブスイングアーム103がリンクシャフト104に支持され、吸気バルブのプッシュロッドに連結された吸気バルブスイングアーム105がリンクシャフト104から偏心した偏心軸部のタペット軸106に支持されている。
排気バルブスイングアーム103と吸気バルブスイングアーム105はそれぞれカム軸108の偏心カム108aによって進退可能とされている。また、リンクシャフト104はアクチュエータ102に設けたピストンロッド109に連結されている。
図21に示す位置をピストンロッド109の飛び出し動作前とすると、アクチュエータ102によるピストンロッド109の飛び出し動作によって、連結された全てのスイングアーム105,103が一方に回転する。そのため、アクチュエータ102によってリンク機構101を介して全てのスイングアーム105,103の回動角度を制御できる。
Examples of specific configurations of the variable valve timing mechanism are described in Patent Documents 1 to 3 below.
As shown in FIGS. 20 and 21, the drive mechanism of the variable valve timing mechanism 100 described in Patent Document 1 includes a link mechanism 101 and an actuator 102. In the link mechanism 101, the exhaust valve swing arm 103 connected to the push rod of the exhaust valve of the engine is supported on the link shaft 104, and the intake valve swing arm 105 connected to the push rod of the intake valve is eccentric from the link shaft 104. The eccentric shaft is supported by a tappet shaft 106.
The exhaust valve swing arm 103 and the intake valve swing arm 105 can move forward and backward by eccentric cams 108a of a cam shaft 108, respectively. The link shaft 104 is connected to a piston rod 109 provided on the actuator 102.
Assuming that the position shown in FIG. 21 is before the pop-out operation of the piston rod 109, all the connected swing arms 105 and 103 rotate to one by the pop-out operation of the piston rod 109 by the actuator 102. Therefore, the rotation angles of all the swing arms 105 and 103 can be controlled by the actuator 102 via the link mechanism 101.

また、他の例として特許文献2,3に記載された可変バルブタイミング機構が図22、図23に記載されている。これらを上記図20,図21に示す可変バルブタイミング機構100と同一部分には同一符号を用いて説明する。
図22に示す可変バルブタイミング機構では、アクチュエータ102に連結した扇形ギヤ120の歯部の範囲でリンクシャフト104の回転範囲が規制され、リンクシャフト104に偏心して固定された偏心ディスク123(タペット軸に相当する)が排気バルブスイングアーム103や吸気バルブスイングアーム105の基部に保持されている。
そのため、リンクシャフト104の回転位置に対する各偏心ディスク123の回転角度位置のずれに対して、排気バルブスイングアーム103や吸気バルブスイングアーム105にカム軸108の偏心カム108aが当接して押し上げる位置が変化する。
Further, as another example, a variable valve timing mechanism described in Patent Documents 2 and 3 is described in FIGS. These parts will be described using the same reference numerals for the same parts as those of the variable valve timing mechanism 100 shown in FIGS.
In the variable valve timing mechanism shown in FIG. 22, the rotation range of the link shaft 104 is restricted within the range of the teeth of the sector gear 120 connected to the actuator 102, and the eccentric disk 123 (eccentric to the tappet shaft) is eccentrically fixed to the link shaft 104. (Equivalent) is held at the base of the exhaust valve swing arm 103 and the intake valve swing arm 105.
Therefore, the position of the eccentric cam 108a of the cam shaft 108 abutting against the exhaust valve swing arm 103 or the intake valve swing arm 105 and pushing up changes with respect to the deviation of the rotational angle position of each eccentric disk 123 from the rotational position of the link shaft 104. I do.

図23に示す例では、ロッカアーム127にプッシュロッド128を介して連結された排気バルブスイングアーム103や吸気バルブスイングアーム105が、クランク状のリンクシャフト104のタペット軸106(スイングアームの支点位置)に接続されている。アクチュエータ102によってクランク状のリンクシャフト104の位相を変更(回動)することによって、吸気バルブスイングアーム105や排気バルブスイングアーム103の支点位置が変わり、その結果、カム軸108への接点位置が変わる。
これにより、カム軸108の偏心カム108aがカム軸108で排気バルブスイングアーム103または吸気バルブスイングアーム105を押圧して進退させるタイミングが可変となるようにしている。
In the example shown in FIG. 23, the exhaust valve swing arm 103 and the intake valve swing arm 105 connected to the rocker arm 127 via the push rod 128 are attached to the tappet shaft 106 of the crank-shaped link shaft 104 (the fulcrum position of the swing arm). It is connected. When the phase of the crank-shaped link shaft 104 is changed (rotated) by the actuator 102, the fulcrum positions of the intake valve swing arm 105 and the exhaust valve swing arm 103 are changed, and as a result, the contact position to the cam shaft 108 is changed. .
Thus, the timing at which the eccentric cam 108a of the camshaft 108 presses the exhaust valve swing arm 103 or the intake valve swing arm 105 with the camshaft 108 to advance and retreat is made variable.

特許文献4には、各燃焼室に設けられた第1吸気弁及び第2吸気弁と、吸気ポートに設けられ、第1吸気弁及び第2吸気弁それぞれに向けて燃料を噴射する燃料噴射装置と、第1吸気弁のバルブタイミングと第2吸気弁のバルブタイミングとを相互に異なるバルブタイミングに変更可能な可変動弁機構と、を備えた内燃機関に適用される制御装置が開示されている。この内燃機関は、可変動弁機構を制御して、第1吸気弁の開時期を上死点前に設定し、第2吸気弁の開時期を上死点以降に設定し、第1吸気弁の閉時期及び第2吸気弁の閉時期を下死点以降に設定するバルブタイミング設定手段と、バルブタイミング設定手段によるバルブタイミングの設定状態において、燃料噴射装置による第1吸気弁に向けての燃料噴射の開始タイミングを、第1吸気弁を介して吸気ポート側に吹き返すガス量が多いほど上死点からより遅れた時期に設定する噴射タイミング設定手段と、を備えている。 Patent Document 4 discloses a fuel injection device that is provided in an intake port and that injects fuel toward each of a first intake valve and a second intake valve provided in a first intake valve and a second intake valve provided in each combustion chamber. There is disclosed a control device applied to an internal combustion engine including: a variable valve mechanism capable of changing a valve timing of a first intake valve and a valve timing of a second intake valve to different valve timings. . This internal combustion engine controls a variable valve operating mechanism to set the opening timing of the first intake valve before the top dead center, and to set the opening timing of the second intake valve after the top dead center. And a valve timing setting means for setting the closing timing of the second intake valve and the closing timing of the second intake valve after the bottom dead center. Injection timing setting means for setting the injection start timing to a timing later than the top dead center as the amount of gas blown back to the intake port via the first intake valve increases.

特許文献4は、車両用エンジンの内部EGRにおいて成層燃焼を実現するためのものであり、燃料噴射装置による第1吸気弁に向けて噴射される燃料は、一瞬で噴射を終了できる液体燃料に関するものである。 Patent Document 4 is for realizing stratified combustion in the internal EGR of a vehicle engine, and the fuel injected toward the first intake valve by the fuel injection device relates to a liquid fuel that can instantaneously terminate the injection. It is.

特許文献5には、目標EGR率の負の変化率を所定の閾値と比較し、この負の変化率が上記閾値以上である場合に、EGR弁の開弁期間中にEGR弁の閉じ動作に伴うEGRガスの応答遅れがあることを検知するようにし、EGRガスの応答遅れが検知された場合には、実圧縮比が高くなるように吸気弁の閉じ時期を補正すると共に、圧縮上死点に近づくように燃料噴射時期を補正することが開示されている。 Patent Document 5 discloses that a negative change rate of a target EGR rate is compared with a predetermined threshold value, and when the negative change rate is equal to or more than the threshold value, the closing operation of the EGR valve is performed during the EGR valve opening period. When the response delay of the EGR gas is detected, the closing timing of the intake valve is corrected so as to increase the actual compression ratio. It is disclosed that the fuel injection timing is corrected so as to approach.

特許文献5は、ディーゼル機関の外部EGRにおいて、EGRガスの応答遅れに対処するためのものである。インジェクタを介して各気筒内に噴射される燃料は、一瞬で燃焼室に充填できる液体燃料である。 Patent Literature 5 is for dealing with a response delay of EGR gas in an external EGR of a diesel engine. The fuel injected into each cylinder via the injector is a liquid fuel that can be instantaneously charged into the combustion chamber.

特許文献6は、自着火燃焼形式の予混合圧縮着火エンジンであって、エンジンの設定出力を検出し、設定出力の増加に伴って、予混合気の当量比(燃料の供給量により設定)を増加させると共に、実圧縮比を減少させるとしている。エンジンの設定出力、言い換えれば要求されるエンジンの出力は、手動で、若しくはエンジンのクランク軸にかかる負荷を検出して設定される。この「クランク軸にかかる負荷」は、「設定出力、言換えれば要求されるエンジンの出力」であるので、エンジンが実際にアウトプットする出力軸の出力ではなく、エンジンに対して設定、要求される出力である。 Patent Literature 6 relates to a homogeneous charge compression ignition engine of a self-ignition combustion type, in which a set output of the engine is detected, and as the set output increases, an equivalence ratio of the premixed gas (set by a fuel supply amount) is determined. It is said that the actual compression ratio is decreased while increasing. The set output of the engine, in other words, the required output of the engine, is set manually or by detecting the load applied to the crankshaft of the engine. Since the "load applied to the crankshaft" is "set output, in other words, the required output of the engine", it is not the output of the output shaft that the engine actually outputs, but the setting and request for the engine. Output.

特許文献7には、副室式ガスエンジンにおいてガス燃料エンジンの出力は回転数及びトルクによって規定される旨が記載されている。 Patent Literature 7 describes that in a sub-chamber gas engine, the output of a gas fuel engine is defined by the number of revolutions and torque.

国際公開第2015/060117International Publication No. 2015/060117 欧州特許公開第2136054号European Patent Publication No. 2136054 特開昭62−99606号JP-A-62-99606 特許第5502033号Patent No.5502033 特許第5338977号Patent No. 5338977 特開2002−21608号JP-A-2002-21608 特開2013−185515号JP 2013-185515 A

従来のガス燃料エンジンは、急速に出力を上昇させるためにガス燃料の供給量を早い割合で増やしても、過給機が追従できず必要空気量を供給できない。過給機は排気ガスで駆動されるため、ガス燃料エンジンの出力が上がって排気ガスが過給機に充分に供給されないと有効に働かないためである。空気量が足りないと空燃比がガスリッチになってノッキングが発生し、機関の故障につながる。そのノッキング抑制のために、過給機が追従できる速度で出力を上昇させると、出力の上昇(負荷上げ)に10分程度の時間が必要である。なお、本明細書においては、原則としてエンジンが実際にアウトプットする仕事率については「出力」の語を、エンジンに対して設定、要求される仕事率については「負荷」の語を用いるが、多くの場合「出力」=「負荷」であり、慣用的に「出力」の替わりに「負荷」の語を用いる(またはその逆の)ことがある。 In the conventional gas fuel engine, even if the supply amount of the gas fuel is increased at a high rate in order to rapidly increase the output, the supercharger cannot follow and the required amount of air cannot be supplied. This is because the supercharger is driven by the exhaust gas, so that the output of the gas fuel engine increases and the exhaust gas does not work effectively unless the exhaust gas is sufficiently supplied to the supercharger. If the air amount is insufficient, the air-fuel ratio becomes gas-rich and knocking occurs, leading to engine failure. If the output is increased at a speed that the turbocharger can follow to suppress the knocking, it takes about 10 minutes to increase the output (increase the load). In this specification, the term "output" is used for the power actually output by the engine in principle, and the term "load" is used for the power set and required for the engine. In many cases, “output” = “load”, and the word “load” may be conventionally used instead of “output” (or vice versa).

一方で、船舶用機関においても有害排気ガスの排出規制が年々厳しくなっており、燃料由来による有害排気ガスの排出量が少なく排出規制を満足することができるデュアルフューエルエンジンを導入することが要望されている。しかし、このようなデュアルフューエルエンジンの導入のためには、船舶用機関の運転モードを満たすために負荷上げ時間を20秒程度にまで短縮する必要があった。 On the other hand, harmful exhaust gas emission regulations are becoming stricter every year even for marine engines, and there is a need to introduce a dual fuel engine that can meet the emission regulations with low emission of harmful exhaust gas derived from fuel. ing. However, in order to introduce such a dual fuel engine, it was necessary to reduce the load raising time to about 20 seconds in order to satisfy the operation mode of the marine engine.

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、ガス燃料エンジンの出力を上昇させる際に発生するノッキングを抑制して負荷上げ時間を短縮できると共に、バルブオーバーラップ中の未燃ガス燃料の吹き抜けによる燃費悪化のないエンジンの制御方法とエンジンシステムを提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to suppress the knocking that occurs when increasing the output of a gas-fueled engine, shorten the load raising time, and to reduce the unburned gas fuel during valve overlap. It is an object of the present invention to provide an engine control method and an engine system that do not deteriorate fuel efficiency due to blow-by of a vehicle.

すなわち、本発明者らは、各VIVT角度で燃料ガス供給弁の開弁(供給開始)タイミングを変更して、THC濃度、燃焼状態から最適値を決定し、VIVT角度に応じて燃料ガス供給弁の開弁タイミングを設定することにより、ガス燃料エンジンの出力を上昇させる際に発生するノッキングを抑制して負荷上げ時間を短縮することができ、更にはトルクリッチ領域、トルクプア領域において燃料ガス供給弁の開弁タイミングに起因していた燃焼変動、回転速度ハンチングを改善できることを見いだし本発明に至った。 That is, the present inventors change the valve opening (supply start) timing of the fuel gas supply valve at each VIVT angle, determine the optimum value from the THC concentration and the combustion state, and change the fuel gas supply valve according to the VIVT angle. By setting the valve opening timing, knocking that occurs when increasing the output of the gas fuel engine can be suppressed to reduce the load raising time, and furthermore, the fuel gas supply valve can be used in the torque rich region and the torque poor region. It has been found that the combustion fluctuation and the rotational speed hunting caused by the valve opening timing can be improved, and the present invention has been achieved.

本発明によるエンジンの制御方法は、ガスを燃料とするエンジンの制御方法であって、エンジンの出力の増加に伴い、吸気弁が閉じるタイミングを吸入下死点からの進角を調整することで燃焼室内における混合気の圧縮比を下げる制御を行うと共に、進角の変化に対応して燃料ガス供給弁の開弁タイミングを進角させることを特徴とする。 The control method of the engine according to the present invention is a control method of an engine using gas as a fuel. In accordance with an increase in the output of the engine, the timing of closing the intake valve is adjusted by adjusting the advance angle from the intake bottom dead center. It is characterized in that control for lowering the compression ratio of the air-fuel mixture in the room is performed, and the valve opening timing of the fuel gas supply valve is advanced in accordance with a change in the advance angle.

エンジンのノッキング抑制技術として、可変吸気弁タイミング(Variable Intake Valve Timing;VIVT)機構を用いて有効圧縮比を下げることができる。この点についてノッキング抑制技術を図19A、19Bより説明する。図19Aは通常の4ストロークサイクルの工程を示し、図19Bはミラーサイクルの工程を示している。
例えばガス燃料エンジンにおいて、通常、吸気弁はピストンの下死点に閉まる(図19A参照)。一方、図19Bに示すように閉まるタイミングを下死点より早くすると、吸気弁の閉弁後にも混合気の膨張が続くため、筒内温度Tsが図19Aの場合より下がる(Ts<Ts)。その分だけ上死点時の最高圧縮温度も低下することより(Tc<Tc)、自着火を防ぐことができてノッキングが抑制される。
ミラーサイクルの欠点として、圧縮温度が下がって低負荷域の着火性が悪化するため、起動時や低負荷時には図19Aに示す通常の吸気弁の開弁タイミングに戻し、高負荷時のみ吸気弁の開弁タイミングを早くする必要がある。
As an engine knocking suppression technique, the effective compression ratio can be reduced by using a variable intake valve timing (VIVT) mechanism. Regarding this point, a knocking suppression technique will be described with reference to FIGS. 19A and 19B. FIG. 19A shows a normal four-stroke cycle process, and FIG. 19B shows a mirror cycle process.
For example, in a gas fuel engine, the intake valve usually closes at the bottom dead center of the piston (see FIG. 19A). On the other hand, if the closing timing is earlier than the bottom dead center as shown in FIG. 19B, the air-fuel mixture continues to expand even after the intake valve is closed, so that the in-cylinder temperature Ts falls from that in FIG. 19A (Ts * <Ts). . Since the maximum compression temperature at the top dead center is reduced by that amount (Tc * <Tc), self-ignition can be prevented and knocking can be suppressed.
As a drawback of the Miller cycle, the compression temperature decreases and the ignitability in the low load region deteriorates. Therefore, at the time of startup or at a low load, the normal intake valve opening timing shown in FIG. 19A is returned. It is necessary to make the valve opening timing earlier.

本発明によるエンジンの制御方法では、ガス燃料の供給量を増やして出力を増大させるガス燃料エンジンにおいて、吸気弁が閉じるタイミングを吸入下死点から進める(進角)ことで、エンジンの燃焼室内における混合気の圧縮比を下げる制御を行う。圧縮比を下げることで圧縮時の燃焼室内の温度が低くなるためノッキングを抑制することができる。
なお、燃焼室内で混合気の圧縮比を下げると、起動時や低出力時では着火性が悪化する上に燃焼効率の点で有利な条件から離れてしまい、燃費が悪化するデメリットが生じる。そこで、本発明では、よりノッキングが生じ易い出力がより高い運転領域において吸気弁が閉じるタイミングをより大きく変更させて、より大きい割合で圧縮比を下げる制御を行う。これにより、出力の変化に応じてノッキングを抑制させ、燃費の悪化を防止しつつ負荷上げ時間を短縮させることができる。しかも、吸気弁の進角の変化に対応して燃料ガス供給弁の開弁タイミングを進角させることで、吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ時に未燃焼燃料ガスの吹き抜けを少なくすることができる。
According to the engine control method of the present invention, in a gas fuel engine in which the output is increased by increasing the supply amount of the gas fuel, the timing of closing the intake valve is advanced (advanced) from the intake bottom dead center, so that the inside of the combustion chamber of the engine is increased. Control for lowering the compression ratio of the air-fuel mixture is performed. By lowering the compression ratio, the temperature in the combustion chamber at the time of compression becomes lower, so that knocking can be suppressed.
If the compression ratio of the air-fuel mixture is reduced in the combustion chamber, ignitability deteriorates at the time of start-up or low output, and the combustion efficiency departs from an advantageous condition in terms of combustion efficiency. Therefore, in the present invention, in the operating region where the output in which knocking is more likely to occur is higher, the timing at which the intake valve closes is changed to a greater extent to control the compression ratio to decrease at a higher rate. As a result, knocking can be suppressed in accordance with the change in output, and the load raising time can be reduced while preventing deterioration of fuel efficiency. Moreover, by advancing the valve opening timing of the fuel gas supply valve in accordance with the change in the advance angle of the intake valve, it is possible to reduce blow-through of unburned fuel gas when the intake valve and the exhaust valve overlap. .

また、吸気弁が閉じるタイミングの進角が進むほど、燃料ガス供給弁の開弁タイミングの進角の度合いが、より大きくなることが好ましい。
これにより、吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ時に燃焼室の未燃焼燃料ガスの吹き抜けを一層少なくすることができる。
Further, it is preferable that as the advance of the timing at which the intake valve closes advances, the degree of advance of the valve opening timing of the fuel gas supply valve increases.
This makes it possible to further reduce blow-through of unburned fuel gas in the combustion chamber when the intake valve and the exhaust valve overlap.

また、燃料ガス供給弁の閉弁タイミングは、目標回転速度と実回転速度の偏差に基づいて開弁期間を算出し、当該開弁期間を燃料ガス供給弁の開弁タイミングを起点として設定することで決定されることが好ましい。
エンジンの目標回転速度と実回転速度の偏差に基づいて例えばPID制御などのフィードバック制御によって燃料ガス供給弁の開弁期間を算出する。燃料ガス供給弁の開弁タイミングを起点としてこの開弁期間を設定することで、燃料ガス供給弁の閉弁タイミングを決定することができる。
In addition, the closing timing of the fuel gas supply valve is calculated based on a deviation between the target rotation speed and the actual rotation speed, and the opening period is set with the opening timing of the fuel gas supply valve as a starting point. It is preferable to determine
The opening period of the fuel gas supply valve is calculated by feedback control such as PID control based on the difference between the target engine speed and the actual engine speed. By setting the valve opening period starting from the valve opening timing of the fuel gas supply valve, the valve closing timing of the fuel gas supply valve can be determined.

また、吸気弁が閉じるタイミングの進角に伴って、燃料ガスの供給圧力を高くすることが好ましい。
吸気弁の閉弁タイミングの進角に応じて燃料ガスの供給圧力を高くすることで出力を維持するための適正なガス燃料の量を開弁期間内に供給することができる。
Further, it is preferable to increase the supply pressure of the fuel gas with the advance of the timing at which the intake valve closes.
By increasing the supply pressure of the fuel gas in accordance with the advance angle of the closing timing of the intake valve, an appropriate amount of gas fuel for maintaining the output can be supplied within the valve opening period.

また、吸気弁が閉じるタイミングの進角に伴って、エンジンの点火タイミングを進角させることが好ましい。
吸気弁の閉弁タイミングの進角に応じ、NOxが所定値に収まる範囲において点火タイミングを進角することで、熱効率を高くすることができる。
Further, it is preferable that the ignition timing of the engine is advanced with the advance of the timing at which the intake valve closes.
The thermal efficiency can be increased by advancing the ignition timing within a range where NOx falls within a predetermined value according to the advance of the closing timing of the intake valve.

また、点火タイミングの進角度合いは、予め測定したエンジンの出力と回転速度とをパラメータとして設定したトルクリッチ領域とトルクプア領域の境界である舶用三乗特性線をピークとし、トルクリッチ領域においては舶用三乗特性線より進角度合いが減じられてもよい。
この場合でも、吸気弁が閉じるタイミングを進角する前よりも舶用三乗特性線をピークとしてトルクリッチ領域とトルクプア領域の前領域内で点火タイミングが進角するため、全体にNOxを規制範囲内に抑えると共に熱効率が高くなるという利点がある。なお、「舶用三乗特性」とは、出力が回転速度の三乗に比例する舶用主機関の特性であるが、実船では正確に三乗に比例するとは限らず、ある程度のずれが生ずる。
Further, the advance angle of the ignition timing has a peak at a cubic characteristic line for a ship, which is a boundary between a torque rich region and a torque poor region in which the output and rotation speed of the engine measured in advance are set as parameters. The advance angle may be reduced from the cubed characteristic line.
Even in this case, since the ignition timing is advanced in the region before the torque rich region and the torque poor region with the peak of the cubic characteristic curve for the boat advanced before the timing of closing the intake valve is advanced, NOx is entirely within the regulation range. And the thermal efficiency is increased. Note that the "marine cubic characteristic" is a characteristic of a marine main engine whose output is proportional to the cube of the rotational speed, but is not always exactly proportional to the cube of an actual ship, and a certain degree of deviation occurs.

また、エンジンの出力は、エンジンの出力軸のトルクをトルクセンサで測定したトルク測定値と、エンジンの出力軸の回転速度を回転速度センサで測定した回転速度測定値と、から求めた出力軸の出力値であることが好ましい。
本発明によるエンジンでは、燃料となるガスは弾性体であるため液体燃料に比べて正確な燃料の供給量を得ることが相対的に難しい。そこで、トルクセンサにより実際にトルクの測定を行うことで回転速度との関係で出力を演算するが好ましい。しかも、回転速度センサを備えることで得られる出力軸の回転速度の測定値とトルクセンサによるトルク測定値の積をとることで、エンジンの出力軸の出力(負荷)をリアルタイムに求めることができる。そのため、エンジンの吸気弁の閉じるタイミングの進角と燃料ガス供給弁の開弁タイミングの進角とを精度良く設定できるため、出力が増大しても燃焼効率を向上させて適切にガス燃料エンジンの運転が行える。
In addition, the output of the engine is calculated based on a torque measurement value obtained by measuring the torque of the output shaft of the engine with the torque sensor and a rotation speed measurement value obtained by measuring the rotation speed of the output shaft of the engine with the rotation speed sensor. Preferably, it is an output value.
In the engine according to the present invention, since the gas serving as the fuel is an elastic body, it is relatively difficult to obtain an accurate fuel supply amount as compared with the liquid fuel. Therefore, it is preferable to calculate the output in relation to the rotation speed by actually measuring the torque with a torque sensor. Moreover, the output (load) of the output shaft of the engine can be obtained in real time by multiplying the measured value of the rotational speed of the output shaft obtained by providing the rotational speed sensor and the measured torque value of the torque sensor. Therefore, since the advance angle of the closing timing of the intake valve of the engine and the advance angle of the opening timing of the fuel gas supply valve can be accurately set, the combustion efficiency can be improved and the gas You can drive.

また、吸気弁が閉じるタイミングの進角は、予め測定した複数の出力軸の出力値及び回転速度のデータをパラメータとして設定した進角の値から設定されることが好ましい。
吸気弁の閉じるタイミングの進角の好適な値は、出力が大きい場合により大きくなるが、これに加えて回転速度にも依存する。そのため、少なくともこれら二種のパラメータを含むマップを予め作成し、エンジンの出力と回転速度の変化に応じて吸気弁の閉じるタイミングの進角を制御することでノッキングをより抑制できる。
Further, it is preferable that the advance angle of the timing at which the intake valve closes is set from the advance value set using the output values of the plurality of output shafts and the data of the rotational speed measured in advance as parameters.
The preferred value of the advance angle of the closing timing of the intake valve becomes larger when the output is large, but also depends on the rotational speed. Therefore, a map including at least these two parameters is created in advance, and knocking can be further suppressed by controlling the advance of the closing timing of the intake valve according to the change in the output and the rotation speed of the engine.

本発明によるエンジンシステムは、ガスを燃料とする4ストロークのエンジンを備えたエンジンシステムであって、エンジンの出力軸の出力が増大した場合にエンジンの吸気弁が閉じるタイミングを進角させると共に、その進角の変化に対応して、燃料ガス供給弁の開弁タイミングを進角させる制御部と、制御部で設定された前記吸気弁の閉じるタイミングに応じて吸気弁が閉じるタイミングを変更させる可変吸気弁タイミング機構と、制御部で設定された吸気弁の進角の変化に対応して燃料ガス供給弁の開弁タイミングを進角させる燃料ガス供給弁タイミング機構とを備え、エンジンの出力軸の出力の増大に伴い、可変吸気弁タイミング機構によってエンジン内のガスと空気の混合気の圧縮比をより下げる制御を行うことを特徴とする。
本発明によるエンジンシステムの制御方法では、ガス燃料の供給量を増やしてエンジンの出力軸の出力が増大した場合に、吸気弁が閉じるタイミングを吸入下死点から進角することで、エンジンの燃焼室内における混合気の圧縮比を下げる制御を行う。圧縮比を下げることで圧縮時の燃焼室内の温度が低くなるためノッキングを抑制することができる。
しかも、本発明では、よりノッキングが生じ易い出力がより高い運転領域において吸気弁が閉じるタイミングをより大きく変更させて、より大きい割合で圧縮比を下げる制御を行う。これにより、出力の変化に応じてノッキングを抑制させ、燃費の悪化を防止しつつ負荷上げ時間を短縮させることができる。しかも、吸気弁の進角の変化に対応して燃料ガス供給弁の開弁タイミングを進角させることで、吸気弁閉じのクランク角度に対して吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ時に未燃焼燃料ガスの吹き抜けを少なくすることができる。
The engine system according to the present invention is an engine system including a four-stroke engine using gas as a fuel, and when the output of the output shaft of the engine increases, the timing of closing the intake valve of the engine is advanced, and A control unit for advancing the opening timing of the fuel gas supply valve in response to a change in the advancing angle; and a variable intake for changing the timing of closing the intake valve according to the closing timing of the intake valve set by the control unit. A valve timing mechanism, and a fuel gas supply valve timing mechanism for advancing the valve opening timing of the fuel gas supply valve in accordance with a change in the advance angle of the intake valve set by the control unit. With the increase in the engine speed, the variable intake valve timing mechanism performs control to further reduce the compression ratio of the mixture of gas and air in the engine.
In the control method of the engine system according to the present invention, when the supply amount of the gas fuel is increased and the output of the output shaft of the engine is increased, the timing at which the intake valve closes is advanced from the intake bottom dead center, whereby the combustion of the engine is started. Control is performed to reduce the compression ratio of the air-fuel mixture in the room. By lowering the compression ratio, the temperature in the combustion chamber at the time of compression becomes lower, so that knocking can be suppressed.
In addition, in the present invention, control is performed such that the timing of closing the intake valve is changed to a greater extent in an operating region where the output in which knocking is more likely to occur is higher, and the compression ratio is reduced at a larger rate. As a result, knocking can be suppressed in accordance with the change in output, and the load raising time can be reduced while preventing deterioration of fuel efficiency. In addition, by advancing the valve opening timing of the fuel gas supply valve in accordance with the change in the advance angle of the intake valve, the unburned fuel when the intake valve and the exhaust valve overlap with respect to the crank angle of the intake valve is closed. Gas blow-through can be reduced.

また、エンジンの出力軸のトルクを測定するトルクセンサと、エンジンの出力軸の回転速度を測定する回転速度センサとを備え、トルクセンサによるトルク測定値と回転速度センサによる回転速度測定値から出力軸の出力を求めて、制御部における吸気弁の閉じるタイミングの変更を設定することが好ましい。
本発明によるガス燃料エンジンでは、燃料となるガスは弾性体であるため液体燃料に比べて正確な燃料の供給量を得ることが相対的に難しい。そこで、トルクセンサにより実際にトルクの測定を行うことで回転速度との関係で出力を演算するが好ましい。しかも、回転速度センサを備えることで得られる出力軸の回転速度測定値とトルクセンサによるトルク測定値の積をとることで、エンジンの出力軸の出力をリアルタイムに求めることができる。
A torque sensor for measuring the torque of the output shaft of the engine; and a rotation speed sensor for measuring the rotation speed of the output shaft of the engine. The output shaft is determined from the torque measurement value by the torque sensor and the rotation speed measurement value by the rotation speed sensor. It is preferable to set the change of the closing timing of the intake valve in the control unit in order to obtain the output of the control unit.
In the gaseous fuel engine according to the present invention, it is relatively difficult to obtain an accurate fuel supply amount as compared with liquid fuel because the gas serving as the fuel is an elastic body. Therefore, it is preferable to calculate the output in relation to the rotation speed by actually measuring the torque with a torque sensor. Moreover, the output of the output shaft of the engine can be obtained in real time by taking the product of the measured value of the rotational speed of the output shaft obtained by providing the rotational speed sensor and the measured value of the torque by the torque sensor.

本発明によるエンジンの制御方法とエンジンシステムによれば、エンジンの出力軸の出力が増大した場合にエンジン内の混合気の圧縮比を下げることができるため、負荷上げ時のノッキングを抑制すると共に負荷上げ時間を短縮できる。
しかも、吸気弁の進角の調整に対応して燃料ガス供給弁の開弁タイミングを進角させるため、燃料ガス供給弁の開弁タイミングに起因していた燃焼変動、回転速度ハンチングを改善し、適切にガス燃料エンジンの運転を行うことができる。
According to the engine control method and the engine system of the present invention, when the output of the output shaft of the engine increases, the compression ratio of the air-fuel mixture in the engine can be reduced. Raising time can be reduced.
Moreover, since the opening timing of the fuel gas supply valve is advanced in accordance with the adjustment of the advance angle of the intake valve, combustion fluctuations and rotational speed hunting caused by the opening timing of the fuel gas supply valve are improved, The operation of the gas fuel engine can be appropriately performed.

本発明の実施形態による舶用デュアルフューエルエンジンの要部構成を示すブロック図である。FIG. 1 is a block diagram showing a main configuration of a marine dual fuel engine according to an embodiment of the present invention. 図1に示すデュアルフューエルエンジンにおけるディーゼルモードとガスモードを示す図である。FIG. 2 is a diagram showing a diesel mode and a gas mode in the dual fuel engine shown in FIG. 1. 出力と回転速度とVIVT指令値との関係を示す3次元マップである。4 is a three-dimensional map showing a relationship between an output, a rotation speed, and a VIVT command value. 出力と回転速度と吸気弁の閉弁タイミングとの関係を示す3次元マップである。4 is a three-dimensional map showing a relationship between an output, a rotation speed, and a closing timing of an intake valve. 出力軸の回転速度が一定の場合と変化する場合において、出力と最適なVIVT指令値との関係を示すグラフである。9 is a graph showing a relationship between an output and an optimum VIVT command value when the rotation speed of the output shaft is constant or changes. VIVT指令値が種々異なる場合における燃料ガス供給弁の開弁タイミングとTHC濃度との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the valve opening timing of a fuel gas supply valve and the THC concentration when the VIVT command values are different. 出力軸の回転速度が一定の場合と変化する場合において、出力と燃料ガス供給弁の開弁タイミングとの関係を示すグラフである。7 is a graph showing the relationship between the output and the opening timing of the fuel gas supply valve when the rotation speed of the output shaft is constant and when it changes. VIVT指令値に対応する燃料ガス供給開始時期を示すグラフである。It is a graph which shows the fuel gas supply start time corresponding to a VIVT command value. 舶用デュアルフューエルエンジンのPID制御を行う制御装置の構成を示す図である。It is a figure showing composition of a control device which performs PID control of a marine dual fuel engine. 実回転速度を目標回転速度になるようPID制御する工程を示す図である。It is a figure which shows the process of performing PID control so that an actual rotation speed may become a target rotation speed. 通常時と進角時における吸気弁と燃料ガス供給弁の開閉動作のタイミングチャートである。5 is a timing chart of an opening / closing operation of an intake valve and a fuel gas supply valve at a normal time and at an advance angle. 出力と燃料ガス供給弁の開弁期間と燃料ガスの圧力ΔPとの関係を示す図である。FIG. 4 is a diagram illustrating a relationship between an output, a valve opening period of a fuel gas supply valve, and a pressure ΔP of fuel gas. 出力と回転速度と燃料ガスの圧力ΔPとの関係を示す3次元マップである。4 is a three-dimensional map showing a relationship among output, rotation speed, and pressure ΔP of fuel gas. 空燃比に対応するNOxの変化と使用可能範囲を示すグラフである。5 is a graph showing a change in NOx corresponding to an air-fuel ratio and a usable range. 回転速度と出力と給気圧力との関係を示す3次元マップである。3 is a three-dimensional map showing a relationship between a rotation speed, an output, and an air supply pressure. 吸気弁閉じタイミングが一定の場合と進角の場合とにおける出力と給気圧力との関係を示すグラフである。4 is a graph showing the relationship between the output and the supply pressure when the intake valve closing timing is constant and when the intake valve is advanced. 回転速度と出力と点火タイミングとの関係を示す3次元マップである。3 is a three-dimensional map showing a relationship between a rotation speed, an output, and an ignition timing. 点火タイミング変更時のNOxと熱効率との関係を示すグラフである。5 is a graph showing the relationship between NOx and thermal efficiency when changing the ignition timing. エンジンの燃焼サイクルの通常のサイクルの工程図である。FIG. 4 is a process diagram of a normal cycle of an engine combustion cycle. エンジンの燃焼サイクルのミラーサイクルの工程図である。FIG. 4 is a process diagram of a mirror cycle of an engine combustion cycle. 従来の可変吸気弁タイミング機構の一例を示す斜視図である。FIG. 9 is a perspective view showing an example of a conventional variable intake valve timing mechanism. 従来の可変吸気弁タイミング機構の一例を示す正面図である。It is a front view showing an example of the conventional variable intake valve timing mechanism. 従来の可変吸気弁タイミング機構の他の例を示す斜視図である。FIG. 11 is a perspective view showing another example of the conventional variable intake valve timing mechanism. 従来の可変吸気弁タイミング機構の更に他の例を示す図である。FIG. 9 is a view showing still another example of the conventional variable intake valve timing mechanism. 図22に示す従来の可変吸気弁タイミング機構におけるアクチュエータとリンクシャフトの関係を示す図である。FIG. 23 is a diagram showing a relationship between an actuator and a link shaft in the conventional variable intake valve timing mechanism shown in FIG. 22.

以下、本発明の実施形態によるエンジンとして、舶用エンジンとして用いる例えば4ストロークのデュアルフューエルエンジン1について添付図面に基づいて説明する。
図1及び図2に示す舶用のデュアルフューエルエンジン1(以下、単にエンジン1ということがある)はディーゼルモードDとガスモードGの各機関を備えており、運転中にディーゼルモードDとガスモードGとに切り換え可能な機関である。図1に示すデュアルフューエルエンジン1は、プロペラ等に連結された出力軸としてクランク軸2の機構を備えており、クランク軸2はシリンダーブロック3内に設置されたピストン4に連結されている。シリンダーブロック3内に設けたピストン4とエンジンヘッド5によって燃焼室6が形成されている。
Hereinafter, as an engine according to an embodiment of the present invention, for example, a four-stroke dual fuel engine 1 used as a marine engine will be described with reference to the accompanying drawings.
The marine dual-fuel engine 1 (hereinafter, sometimes simply referred to as the engine 1) shown in FIGS. 1 and 2 includes engines of a diesel mode D and a gas mode G. The diesel mode D and the gas mode G are operated during operation. It is an organization that can be switched to The dual fuel engine 1 shown in FIG. 1 includes a mechanism of a crankshaft 2 as an output shaft connected to a propeller or the like. The crankshaft 2 is connected to a piston 4 installed in a cylinder block 3. A combustion chamber 6 is formed by the piston 4 and the engine head 5 provided in the cylinder block 3.

燃焼室6はエンジンヘッド5に装着されている吸気弁8及び排気弁9と、ディーゼルモードDで使用する燃料噴射弁10とによって密閉されている。また、エンジンヘッド5にはガスモードで使用するマイクロパイロット油噴射弁11が設置されている。エンジンヘッド5の吸気弁8を設置した吸気口には吸気管13が接続され、排気弁9を設置した排気口には排気管14が設置されている。吸気管13にはガス噴射を制御する電磁弁からなる燃料ガス供給弁15が設置され、その上流側にはエアクーラ16、排気管14に連通する過給機17が設置されている。 The combustion chamber 6 is sealed by an intake valve 8 and an exhaust valve 9 mounted on the engine head 5 and a fuel injection valve 10 used in the diesel mode D. The engine head 5 is provided with a micro pilot oil injection valve 11 used in the gas mode. An intake pipe 13 is connected to an intake port of the engine head 5 where the intake valve 8 is installed, and an exhaust pipe 14 is installed at an exhaust port where the exhaust valve 9 is installed. A fuel gas supply valve 15 composed of an electromagnetic valve for controlling gas injection is installed in the intake pipe 13, and an air cooler 16 and a supercharger 17 communicating with the exhaust pipe 14 are installed upstream of the fuel gas supply valve 15.

ここで、本実施形態によるデュアルフューエルエンジン1は、図2に示すように、ディーゼルモードDとガスモードGとに切り換えて運転できる。ディーゼルモードDでは、例えばA重油等を燃料油として燃料噴射弁10から燃焼室6内の圧縮空気に機械的に噴射して着火し燃焼させることができる。ガスモードGでは、天然ガス等の燃料ガスを燃料ガス供給弁15で吸気管13に供給して空気流と予混合して混合気を燃焼室6内に供給し、混合気の圧縮状態でマイクロパイロット油噴射弁11からパイロット燃料を噴射して着火し燃焼させる。マイクロパイロット油噴射弁11は例えば電子制御されていて強力な点火源としてパイロット燃料を少量噴射する。燃料ガス供給弁15は、わずかなストロークで大きな開口を形成して短時間で大量のガスを流せる電磁弁である。 Here, the dual fuel engine 1 according to the present embodiment can be operated by switching between the diesel mode D and the gas mode G as shown in FIG. In the diesel mode D, for example, fuel oil A or the like can be mechanically injected as fuel oil from the fuel injection valve 10 into the compressed air in the combustion chamber 6 to ignite and burn. In the gas mode G, a fuel gas such as natural gas is supplied to an intake pipe 13 by a fuel gas supply valve 15 and premixed with an air flow to supply an air-fuel mixture into the combustion chamber 6. Pilot fuel is injected from the pilot oil injection valve 11 to ignite and burn. The micro pilot oil injection valve 11 is, for example, electronically controlled and injects a small amount of pilot fuel as a strong ignition source. The fuel gas supply valve 15 is an electromagnetic valve that forms a large opening with a small stroke and allows a large amount of gas to flow in a short time.

エンジン1は、燃料噴射弁10より液体燃料を燃焼室6内に噴射するディーゼルモードDで始動を行う。エンジン1に基準値以上のガス圧力が供給されていることが確認された後、燃料ガス供給弁15でガス燃料を吸気管13に供給して空気と混合してから燃焼室6内に流入させ、ガス燃料を燃焼させるガスモードGで運転を行う。
停止の際には再びディーゼルモードDに変更してから停止を行う。始動時と停止時以外はディーゼルモードDとガスモードGを変更可能である。
The engine 1 starts in a diesel mode D in which liquid fuel is injected from the fuel injection valve 10 into the combustion chamber 6. After it is confirmed that the gas pressure equal to or higher than the reference value is supplied to the engine 1, gas fuel is supplied to the intake pipe 13 by the fuel gas supply valve 15, mixed with air, and then flows into the combustion chamber 6. The operation is performed in gas mode G for burning gas fuel.
At the time of the stop, the mode is changed to the diesel mode D again, and then the stop is performed. The diesel mode D and the gas mode G can be changed except at the time of starting and stopping.

本実施形態によるデュアルフューエルエンジン1はガスモードGにおいて負荷上昇時の出力制御を行うガスエンジンシステムを備えている。このガスエンジンシステムの構造について更に説明する。
図1において、クランク軸2には回転速度センサ20とトルクセンサ21とが取付けられており、回転速度センサ20ではクランク軸2の 回転速度(回転数)を計測し、トルクセンサ21ではエンジントルクを計測する。トルクセンサ21として、例えば軸にかかるトルクを歪によって検出するセンサが使用可能である。回転速度センサ20とトルクセンサ21で計測した測定データはエンジン1を制御する制御部22にそれぞれ信号出力する。
制御部22では、回転速度センサ20とトルクセンサ21などからの信号に基づいてエンジン1の運転状態を検出する。即ち、回転速度センサ20で計測したクランク軸2の回転速度(回転数)をnとし、トルクセンサ21で計測したトルクをTとして、下記の式(1)と式(2)でエンジン1の出力(負荷)Aを演算する。但し、Ltはエンジン1の定格出力とする。
出力Lo=2πTn/60 (1)
出力(負荷)A=Lo/Lt×100 (2)
The dual fuel engine 1 according to the present embodiment includes a gas engine system that performs output control when the load increases in the gas mode G. The structure of the gas engine system will be further described.
In FIG. 1, a rotation speed sensor 20 and a torque sensor 21 are attached to the crankshaft 2. The rotation speed sensor 20 measures the rotation speed (number of rotations) of the crankshaft 2, and the torque sensor 21 detects the engine torque. measure. As the torque sensor 21, for example, a sensor that detects a torque applied to a shaft by distortion can be used. The measurement data measured by the rotation speed sensor 20 and the torque sensor 21 are output as signals to a control unit 22 that controls the engine 1.
The control unit 22 detects the operating state of the engine 1 based on signals from the rotation speed sensor 20, the torque sensor 21, and the like. That is, assuming that the rotation speed (the number of rotations) of the crankshaft 2 measured by the rotation speed sensor 20 is n and the torque measured by the torque sensor 21 is T, the output of the engine 1 is expressed by the following equations (1) and (2). (Load) A is calculated. Here, Lt is the rated output of the engine 1.
Output Lo = 2πTn / 60 (1)
Output (load) A = Lo / Lt × 100 (2)

なお、エンジン1の出力(負荷)を求める方法として、燃料の供給量その他のエンジン1の運転状態に関する情報から推測する方法と、エンジン1の出力軸の動力伝達系統にトルクセンサ21を備えて、実際にトルクの測定を行って出力を求める方法がある。ガス燃料エンジンでは、燃料となるガスは弾性体であるため液体燃料に比べて正確な燃料の供給量を得ることが相対的に難しい。そこで、トルクセンサ21によって実際にトルクの測定を行うことで出力を演算することが好ましい。
また、回転速度nを一定にした場合には、出力Aとトルク測定値Tは正比例の関係になる。回転速度nが一定の条件においては、出力Aが大きいほど、すなわちトルクデータTが大きいほど、より大きい割合で吸気弁8の閉じるタイミングの進角を設定することが望ましい。
As a method for obtaining the output (load) of the engine 1, a method for estimating the output amount of the fuel and other information regarding the operating state of the engine 1 and a method for providing a torque sensor 21 in a power transmission system of an output shaft of the engine 1 are provided. There is a method of actually measuring the torque and obtaining the output. In a gas fuel engine, it is relatively difficult to obtain an accurate fuel supply amount as compared with a liquid fuel because a gas serving as a fuel is an elastic body. Therefore, it is preferable to calculate the output by actually measuring the torque with the torque sensor 21.
When the rotational speed n is constant, the output A and the measured torque value T are directly proportional. Under the condition that the rotation speed n is constant, it is desirable to set the advance angle of the closing timing of the intake valve 8 at a larger rate as the output A is larger, that is, as the torque data T is larger.

制御部22では、予め作成された吸気弁開閉タイミングの第一電気信号を決定する第一マップ24と第一電気信号に対応する開閉タイミングを決定する第二マップ25とが記憶されている。制御部22では、回転速度センサ20とトルクセンサ21によって測定されたエンジン1の出力Aに対応する回転速度データnとトルクデータTに基づいて、上記(1)及び(2)式によりエンジン1の出力Aを演算する。そして、回転速度nと出力Aにより第一マップ24で吸気弁8の開閉タイミングに対応する第一電気信号を選択する。この第一電気信号に基づいて第二マップ25で第一電気信号に対応する吸気弁8の開閉タイミングが決定される。なお、第一マップ24と第二マップ25の作成方法は後述する。
制御部22で設定された開閉タイミングの第二電気信号は電空変換器27に送信され、電空変換器27で開閉タイミングの信号が空気圧力に変換される。この空気圧力はアクチュエータ28に送られて可変吸気弁タイミング機構30の駆動を制御する。アクチュエータ28には第一減圧レギュレータ34と電空変換器27から駆動用と制御用の空気圧力P1,P2が供給される。
The control unit 22 stores a first map 24 for determining a first electric signal of the intake valve opening / closing timing created in advance and a second map 25 for determining an opening / closing timing corresponding to the first electric signal. The control unit 22 calculates the engine speed of the engine 1 based on the rotation speed data n and the torque data T corresponding to the output A of the engine 1 measured by the rotation speed sensor 20 and the torque sensor 21 according to the above equations (1) and (2). The output A is calculated. Then, a first electric signal corresponding to the opening / closing timing of the intake valve 8 is selected on the first map 24 based on the rotation speed n and the output A. Based on this first electric signal, the opening / closing timing of the intake valve 8 corresponding to the first electric signal is determined in the second map 25. The method of creating the first map 24 and the second map 25 will be described later.
The second electric signal of the opening / closing timing set by the control unit 22 is transmitted to the electropneumatic converter 27, and the signal of the opening / closing timing is converted into the air pressure by the electropneumatic converter 27. This air pressure is sent to the actuator 28 to control the driving of the variable intake valve timing mechanism 30. The actuator 28 is supplied with air pressures P1 and P2 for driving and control from the first pressure reducing regulator 34 and the electropneumatic converter 27.

なお、アクチュエータ28に供給する空気圧力は空気圧縮機32で圧縮されてエアタンク33に貯められる。エアタンク33内の空気圧力は第一減圧レギュレータ34により必要な圧力に減圧される。この際の圧力は第一減圧レギュレータ34のバルブ開度を変更することより調整し、駆動用の空気圧力P1としてアクチュエータ28に供給される。圧力計36で計測された圧力P1が規定値以下の場合には、エンジン1は始動できない。
電空変換器27を駆動するための空気圧力は、第一減圧レギュレータ34から第二減圧レギュレータ37でさらに減圧されて供給される。電空変換器27は入力される開閉タイミングの第二電気信号に対応する空気圧力を、アクチュエータ28の動作を調整するための空気圧力P2としてアクチュエータ28に供給する。これらの空気圧力P1,P2に基づいてアクチュエータ28のロッド28aを動作して可変吸気弁タイミング機構30を作動させる。
The air pressure supplied to the actuator 28 is compressed by an air compressor 32 and stored in an air tank 33. The air pressure in the air tank 33 is reduced to a required pressure by the first pressure reducing regulator 34. The pressure at this time is adjusted by changing the valve opening of the first pressure reducing regulator 34, and is supplied to the actuator 28 as a driving air pressure P1. If the pressure P1 measured by the pressure gauge 36 is equal to or less than a specified value, the engine 1 cannot be started.
The air pressure for driving the electropneumatic converter 27 is further reduced from the first pressure reducing regulator 34 by the second pressure reducing regulator 37 and supplied. The electropneumatic converter 27 supplies the actuator 28 with an air pressure corresponding to the input second electrical signal of the opening / closing timing as an air pressure P2 for adjusting the operation of the actuator 28. The variable intake valve timing mechanism 30 is operated by operating the rod 28a of the actuator 28 based on these air pressures P1 and P2.

アクチュエータ28は例えば公知のPシリンダ(ポジショナリ付きシリンダ)であり、第一減圧レギュレータ34と電空変換器27から入力される圧力P1、P2に基づいてロッド28aの進退を制御する。アクチュエータ28のロッド28aの移動長さを変化させることで、可変吸気弁タイミング機構30の駆動を制御して吸気弁8の閉じるタイミングを吸入下死点から進める(進角)か、または遅らせる(遅角)させることで、圧縮比を下げて制御を行う。
吸気弁8の開弁タイミングと閉弁タイミングの間の時間は変わらないので開弁のタイミングが吸入下死点から進むと閉弁のタイミングも吸入上死点から同一時間進む。しかも、本発明ではエンジン1の出力に応じて開弁と閉弁のタイミングを変更することでノッキングを抑制して負荷上げ時間を短縮させるようにした。エンジン1の出力Aと回転速度nに基づいて制御部22内の第一マップ24と第二マップ25により吸気弁8の開閉タイミングを設定し、アクチュエータ28と可変吸気弁タイミング機構30によって吸気弁8の開弁と閉弁のタイミングを、ノッキングを抑制できるように調整している。
The actuator 28 is, for example, a known P cylinder (a cylinder with a position), and controls the advance / retreat of the rod 28a based on the pressures P1 and P2 input from the first pressure reducing regulator 34 and the electropneumatic converter 27. By changing the moving length of the rod 28a of the actuator 28, the drive of the variable intake valve timing mechanism 30 is controlled to advance (advance) or delay (advance) the closing timing of the intake valve 8 from the intake bottom dead center. Angle), the compression ratio is reduced to perform control.
Since the time between the valve opening timing and the valve closing timing of the intake valve 8 does not change, if the valve opening timing advances from the suction bottom dead center, the valve closing timing also advances from the suction top dead center by the same time. Moreover, in the present invention, the timing of opening and closing the valve is changed in accordance with the output of the engine 1 to suppress knocking and reduce the load raising time. The opening and closing timing of the intake valve 8 is set based on the first map 24 and the second map 25 in the control unit 22 based on the output A and the rotation speed n of the engine 1, and the intake valve 8 is controlled by the actuator 28 and the variable intake valve timing mechanism 30. The timing of opening and closing the valve is adjusted to suppress knocking.

可変吸気弁タイミング機構30の構成は従来公知のものであり、図20乃至図24に示すものと同様な構造を備えている。即ち、可変吸気弁タイミング機構30は例えばアクチュエータ28のロッド28aの移動長さによって扇形ギヤを介して回転角度範囲が設定されるリンクシャフトと偏心カムを備えたカム軸とが平行に配設されている。リンクシャフトには排気用スイングアームが接続され、リンクシャフトの偏心した位置に設けたタペット軸に吸気用スイングアームが接続されている。吸気用スイングアームにはプッシュロッドとロッカアームを介して吸気弁8が接続され、排気用スイングアームにはプッシュロッドとロッカアームを介して排気弁9が接続されている。 The configuration of the variable intake valve timing mechanism 30 is conventionally known, and has a structure similar to that shown in FIGS. That is, in the variable intake valve timing mechanism 30, for example, a link shaft whose rotation angle range is set via a sector gear according to the moving length of the rod 28a of the actuator 28 and a cam shaft having an eccentric cam are arranged in parallel. I have. An exhaust swing arm is connected to the link shaft, and an intake swing arm is connected to a tappet shaft provided at an eccentric position of the link shaft. The intake swing arm is connected to an intake valve 8 via a push rod and a rocker arm, and the exhaust swing arm is connected to an exhaust valve 9 via a push rod and a rocker arm.

リンクシャフトの回転に応じたタペット軸の回転角度によってカム軸と吸気用スイングアームとの距離が変化し、カム軸の偏心カムが当たり始めるタイミングが変化する。これによって閉弁タイミングを進角(または遅角)に変更できる。タペット軸からカム軸中心までの距離が離れるほど吸気弁8の閉弁タイミングが早くなる。タペット軸の回転角度は、アクチュエータ28のロッド28aの移動長さによって変更される。ロッド28aの移動長さは、アクチュエータ28に供給される制御用空気の圧力P1,P2によって任意に変更される。
吸気弁8の閉開タイミングである進角の大きさは、リンクシャフトのタペット軸に連結された吸気用スイングアームにカム軸の偏心カムが当たり始めるタイミングで決まる。
The distance between the cam shaft and the intake swing arm changes depending on the rotation angle of the tappet shaft according to the rotation of the link shaft, and the timing at which the eccentric cam of the cam shaft starts to hit changes. Thereby, the valve closing timing can be changed to an advanced angle (or a retarded angle). As the distance from the tappet shaft to the center of the cam shaft increases, the closing timing of the intake valve 8 becomes earlier. The rotation angle of the tappet shaft is changed by the moving length of the rod 28a of the actuator 28. The moving length of the rod 28a is arbitrarily changed according to the pressures P1 and P2 of the control air supplied to the actuator 28.
The magnitude of the advance angle, which is the timing of closing and opening the intake valve 8, is determined by the timing at which the eccentric cam of the cam shaft starts to contact the intake swing arm connected to the tappet shaft of the link shaft.

なお、可変吸気弁タイミング機構30におけるタペット軸の回転装置は、アクチュエータ28に代えて、図示しないサーボモータを使用してもよい。この場合、制御部22の第二マップ25から発信された開閉タイミングの信号をサーボモータに入力させる。サーボモータは受けた信号に対応する量だけリンクシャフトを回転させてタペット軸を旋回させることでカム軸に対して接近離間させ、吸気弁8の開閉タイミングを変更することができる。なお、サーボモータを用いた場合、アクチュエータ28と空気圧縮機32〜圧力計38までの構成は不要である。また、電空変換器27に代えてコントローラでサーボモータを駆動させることになる。 The rotary device of the tappet shaft in the variable intake valve timing mechanism 30 may use a servo motor (not shown) instead of the actuator 28. In this case, the opening / closing timing signal transmitted from the second map 25 of the control unit 22 is input to the servomotor. The servo motor rotates the link shaft by an amount corresponding to the received signal to rotate the tappet shaft so as to approach or separate from the cam shaft, thereby changing the opening / closing timing of the intake valve 8. When a servo motor is used, the configuration of the actuator 28 and the air compressor 32 to the pressure gauge 38 is unnecessary. Further, instead of the electropneumatic converter 27, a servomotor is driven by a controller.

また、吸気管13にガス噴射を制御する燃料ガス供給弁15へのガス燃料の供給機構について説明する。図1において、天然ガス等のガス燃料が貯蔵されたLNGガスタンク40からガス燃料がガス気化器41に供給され、更にガス圧力はガスレギュレータ42により必要なガス圧に減圧される。
この際のガス圧は燃料ガス圧力計43に表示され、ガスレギュレータ42のバルブ開度を変更することによって調整し、燃焼用のガス燃料として燃料ガス供給弁15から吸気管13内に供給される。吸気管13内ではガス燃料とエアクーラ16で冷却された過給の空気とが混合されて燃焼室6に供給される。負荷上げの際は、燃料ガス供給弁15の動作によりガス燃料の供給量を増加させる。
A mechanism for supplying gas fuel to the fuel gas supply valve 15 that controls gas injection into the intake pipe 13 will be described. In FIG. 1, gas fuel is supplied to a gas vaporizer 41 from an LNG gas tank 40 in which gas fuel such as natural gas is stored, and the gas pressure is further reduced to a required gas pressure by a gas regulator 42.
The gas pressure at this time is displayed on the fuel gas pressure gauge 43, is adjusted by changing the valve opening of the gas regulator 42, and is supplied from the fuel gas supply valve 15 into the intake pipe 13 as gas fuel for combustion. . In the intake pipe 13, gas fuel and supercharged air cooled by the air cooler 16 are mixed and supplied to the combustion chamber 6. When the load is increased, the supply amount of the gas fuel is increased by the operation of the fuel gas supply valve 15.

しかも、制御部22で設定された開閉タイミングの第二電気信号は電空変換器27とは別に燃料ガス供給タイミング手段44を介して燃料ガス供給弁15に送信される。燃料ガス供給タイミング手段44は、燃料ガス供給弁15を開弁してガス燃料を吸気管13内に供給する開弁タイミングを吸気弁8の閉じるタイミングの進角に応じて進角させるように制御する。ガス圧を調整するガスレギュレータ42と燃料ガス供給弁15の開弁タイミングを進角させる燃料ガス供給タイミング手段44とは燃料ガス供給弁タイミング機構45に含まれる。
なお、燃料ガス供給タイミング手段44は制御部22の外部に設置されていてもよい。燃料ガス供給弁タイミング機構45は第二マップ25からの第二電気信号を受信して吸気弁8の閉じるタイミングの進角に応じて燃料ガス供給弁15の開弁タイミングを進角させることができればよい。
Moreover, the second electric signal of the opening / closing timing set by the control unit 22 is transmitted to the fuel gas supply valve 15 via the fuel gas supply timing means 44 separately from the electropneumatic converter 27. The fuel gas supply timing means 44 controls the valve opening timing of opening the fuel gas supply valve 15 and supplying gaseous fuel into the intake pipe 13 so as to advance the valve opening timing in accordance with the advance of the closing timing of the intake valve 8. I do. The gas regulator 42 for adjusting the gas pressure and the fuel gas supply timing means 44 for advancing the opening timing of the fuel gas supply valve 15 are included in the fuel gas supply valve timing mechanism 45.
Note that the fuel gas supply timing means 44 may be provided outside the control unit 22. If the fuel gas supply valve timing mechanism 45 can receive the second electric signal from the second map 25 and can advance the valve opening timing of the fuel gas supply valve 15 in accordance with the advance of the closing timing of the intake valve 8 Good.

次に制御部22内に記憶する第一マップ24と第二マップ25の作成方法について説明する。図3はクランク軸2の回転速度とエンジン1の出力(負荷率)により、VIVT指令値(吸気弁閉じクランク角度,Intake Valve Closed timing,IVC)である吸気弁8の閉弁時のクランク角度を決定する第一マップ24の詳細を示す3次元マップである。
図3において、常用的(実用的)に運転される領域Bを破線で示している。これに対して、発電で行われる回転速度を一定にした場合の出力の変化に対するVIVT指令値の変化(進角)を矢印線Cで示し、舶用で行われる回転速度と出力(負荷率)が同時に変化する場合のVIVT指令値の変化(進角)を矢印線Dで示す。矢印線Dは舶用三乗特性を示している。舶用三乗特性は出力が回転速度の3乗に比例する舶用主機関の代表的な特性を示すものであり、機関の定格回転速度、定格出力によって決定する回転速度と出力の特性曲線である。そして、常用的な運転領域Bの領域内で舶用三乗特性線Dよりも出力(負荷率)が高い領域はトルクリッチ領域を示し、出力(負荷率)が低い領域はトルクプア領域を示す。
Next, a method of creating the first map 24 and the second map 25 stored in the control unit 22 will be described. FIG. 3 shows a crank angle of the intake valve 8 when the intake valve 8 is closed, which is a VIVT command value (intake valve closed crank timing, IVC), based on the rotation speed of the crankshaft 2 and the output (load factor) of the engine 1. It is a three-dimensional map showing details of the first map 24 to be determined.
In FIG. 3, a region B operated in a usual (practical) manner is indicated by a broken line. On the other hand, the change (advance angle) of the VIVT command value with respect to the change of the output when the rotation speed performed by the power generation is kept constant is indicated by an arrow line C, and the rotation speed and the output (load factor) performed by the ship are The change (advance angle) of the VIVT command value when it changes simultaneously is indicated by an arrow line D. The arrow line D indicates the cubic characteristic for ships. The marine cubic characteristic indicates a typical characteristic of a marine main engine whose output is proportional to the cube of the rotational speed, and is a characteristic curve of the rotational speed and the output determined by the rated rotational speed of the engine and the rated output. A region where the output (load factor) is higher than the cubic characteristic line D for ships in the normal operation region B indicates a torque rich region, and a region where the output (load factor) is low indicates a torque poor region.

第一マップ24は次の実験手順(1)〜(18)の行程に基づいて作成した。
実験には、実際に使用する同一機種のデュアルフューエルエンジン1を用いた。
(1)エンジン1を始動し、回転速度(回転数)nを400min-1、出力(負荷)Aを10%、吸気弁8の閉弁タイミングを545deg(構造上、最も遅い閉弁タイミング)に設定する。
(2)そして、エンジン1の駆動時に発生したノッキングと呼ばれる異常燃焼とそのときの排気温度を計測する。
ノッキングは、各エンジンヘッド5に取付けた不図示のノックセンサにより発生を検出する。ノッキング現象発生時は,通常の燃焼波形に高周波の圧力変動が重なった波形となる。
The first map 24 was created based on the steps of the following experimental procedures (1) to (18).
In the experiment, a dual fuel engine 1 of the same model actually used was used.
(1) Start the engine 1 and set the rotation speed (rotation speed) n to 400 min -1 , the output (load) A to 10%, and the closing timing of the intake valve 8 to 545 deg (slowest closing timing in terms of structure). Set.
(2) Then, abnormal combustion called knocking that occurs when the engine 1 is driven and the exhaust gas temperature at that time are measured.
Knocking is detected by a knock sensor (not shown) attached to each engine head 5. When the knocking phenomenon occurs, the waveform becomes a waveform in which the high-frequency pressure fluctuation overlaps the normal combustion waveform.

また、排気管14に取付けた温度センサによりノッキング測定時の排気温度を測定する。
(3)上記のノッキング測定時の排気温度の測定終了後、吸気弁8の閉弁タイミングを5deg減少させ、再度(2)の計測を行う。閉弁タイミングを500deg(構造上、最も早い閉弁タイミング)まで変更して計測を行う。
(4)上記(3)の計測が終了したら、出力Aを10%ずつ110%になるまで段階的に増加させて、再度(2)と(3)の計測を繰り返して行う。
Further, the exhaust gas temperature at the time of knocking measurement is measured by a temperature sensor attached to the exhaust pipe 14.
(3) After completion of the measurement of the exhaust gas temperature at the time of the knocking measurement, the closing timing of the intake valve 8 is reduced by 5 deg, and the measurement of (2) is performed again. The measurement is performed by changing the valve closing timing to 500 deg (the earliest valve closing timing in terms of structure).
(4) When the measurement of (3) is completed, the output A is increased stepwise by 10% until it reaches 110%, and the measurements of (2) and (3) are repeated.

(5)上記(1)〜(4)の計測により、ノッキング強さが基準値以下であり、排気温度が500℃以下である場合を、ノッキングが抑制されてエンジン1が安全に運転可能であると判断する。
(6)上記(5)の計測結果から、X軸が出力A、Y軸が回転速度n、Z軸が開閉タイミングに設定された図4の3次元グラフにおいて、安全に運転可能な計測点に●(黒丸)、安全ではない計測点に×をプロットする。これによって、出力Aと回転数nと閉弁タイミングとの関係におけるノッキング抑制範囲を選定できる。
(7)上記(1)〜(6)の計測工程を、回転速度nを100min-1ずつ900min-1まで上昇して行い、回転速度n毎の安全に運転できる範囲を計測する。
(5) According to the measurements (1) to (4), when the knocking strength is equal to or lower than the reference value and the exhaust temperature is equal to or lower than 500 ° C., knocking is suppressed and the engine 1 can safely operate. Judge.
(6) From the measurement result of the above (5), in the three-dimensional graph of FIG. 4 in which the X-axis is set to the output A, the Y-axis is set to the rotation speed n, and the Z-axis is set to the opening / closing timing, ● (black circles), plot x at unsafe measurement points. Thereby, the knocking suppression range in the relationship between the output A, the rotation speed n, and the valve closing timing can be selected.
(7) a measuring step of the above (1) to (6), the rotational speed n rises to 900 min -1 by 100 min -1, measured safely driving can range for each rotation speed n.

(8)そして、上記(7)の計測結果を回転速度n、出力A、閉弁タイミングの3軸で表したグラフが図4である。図4で、直線で囲われた範囲はノッキングが抑制されてエンジン1が安全に運転可能な範囲である。
(9)次に上記(1)〜(8)の実験により計測した図4に示す安全にエンジンを運転できる直線で囲った3次元領域の範囲内で、窒素酸化物(以下、NOxという)が基準値以下であり、熱効率が一番高い設定を探すことを目的に更に実験を行う。
エンジン回転速度nを400min-1、出力Aを10%、吸気弁8の閉弁タイミングを545degに設定する。
(8) FIG. 4 is a graph showing the measurement result of the above (7) on three axes of the rotation speed n, the output A, and the valve closing timing. In FIG. 4, a range surrounded by a straight line is a range in which knocking is suppressed and the engine 1 can safely operate.
(9) Next, nitrogen oxides (hereinafter, referred to as NOx) are measured within the three-dimensional area surrounded by a straight line for safely operating the engine shown in FIG. 4 measured by the experiments (1) to (8). Further experiments are performed to find a setting that is below the reference value and has the highest thermal efficiency.
The engine speed n is set to 400 min -1 , the output A is set to 10%, and the closing timing of the intake valve 8 is set to 545 deg.

(10)次にNOxと熱効率を計測する。NOxは排気管14に取付けた排ガス分析器で計測を行う。熱効率は、燃料配管に取付けた燃料流量計から計測される燃料流量Lとトルクセンサ21の計測結果より計算される出力Aにより下記の(3)式で計算する。
熱効率η=360Lo/H/L (3)
但し、H:燃料ガスの低位発熱量(J/Nm)
Lo:現時点の出力
L:燃料流量
(10) Next, NOx and thermal efficiency are measured. NOx is measured by an exhaust gas analyzer attached to the exhaust pipe 14. The thermal efficiency is calculated by the following equation (3) based on the fuel flow rate L measured from the fuel flow meter attached to the fuel pipe and the output A calculated from the measurement result of the torque sensor 21.
Thermal efficiency η = 360Lo / H / L (3)
Where H is the lower heating value of the fuel gas (J / Nm 3 )
Lo: Current output L: Fuel flow rate

(11)上記(10)の測定終了後、吸気弁8の閉弁タイミングを5degずつ減少させ、再度(10)の計測を行う。閉弁タイミングは505degまで変更して計測を行う(図9参照)。
(12)上記(10)と(11)の計測が終了したら出力を10%ずつ110%まで段階的に増加させ、再び(10)及び(11)の計測を繰り返して行う。閉弁タイミングは図4で示す安全に運転できる範囲内で変更する。
(11) After the completion of the measurement in (10), the valve closing timing of the intake valve 8 is decreased by 5 deg, and the measurement in (10) is performed again. Measurement is performed with the valve closing timing changed to 505 deg (see FIG. 9).
(12) When the measurement of (10) and (11) is completed, the output is increased stepwise by 10% to 110%, and the measurement of (10) and (11) is repeated again. The valve closing timing is changed within a safe driving range shown in FIG.

(13)上記(9)〜(12)の計測を、回転速度nを100min-1ずつ段階的に900min-1まで上昇して行い、各回転速度毎の最も性能の良い計測点を決定する。
(14)そして、NOxが所定値以下であり、熱効率が一番高い、吸気弁8の閉弁タイミングを各回転速度nと出力A毎に設定する。この結果により、図3に示す第一マップの原案が作成される。
(13) the measurement of the (9) to (12), the rotational speed n rises stepwise to 900 min -1 by 100 min -1, to determine a good measurement point most performance for each rotational speed.
(14) Then, the valve closing timing of the intake valve 8 where NOx is equal to or less than the predetermined value and which has the highest thermal efficiency is set for each rotation speed n and output A. Based on this result, a draft of the first map shown in FIG. 3 is created.

(15)さらに、任意の負荷上げパターンで回転速度nと出力Aを上昇させてノッキングを検出する。負荷上げパターンとは出力A(負荷率)と回転速度nの時間あたりの変化状態であり、舶用推進装置のプロペラ仕様(形状、回転数)によって変化する。
(16)上記(15)で検出されたノッキング強さが基準値以上であった計測点の閉弁タイミングを3deg減少させる。
(17)つぎに、ノッキング強さが基準値以下になるまで、(15)(16)の工程を繰り返し、ノッキングが抑制された閉弁タイミングを決定する。閉弁タイミングを減少させると熱効率は悪化する。NOx、ノッキング強さが基準値以下で熱効率が一番高い結果が得られた閉弁タイミングの設定を回転速度n、出力Aの設定値とする。
(18)上記(17)よりノッキングが抑制された閉弁タイミングを各回転速度n、出力Aでそれぞれ計測し、その結果により図3に示す最終的な第一マップ24を作成した。
(15) Further, the knocking is detected by increasing the rotation speed n and the output A in an arbitrary load increasing pattern. The load raising pattern is a change state of the output A (load factor) and the rotation speed n per time, and changes depending on the propeller specifications (shape, rotation speed) of the marine propulsion device.
(16) The valve closing timing of the measurement point at which the knocking intensity detected in (15) is equal to or larger than the reference value is reduced by 3 deg.
(17) Next, the steps (15) and (16) are repeated until the knocking strength becomes equal to or less than the reference value, and the valve closing timing at which knocking is suppressed is determined. If the valve closing timing is reduced, the thermal efficiency will deteriorate. The setting of the valve closing timing at which the result of NOx and knocking strength being equal to or less than the reference value and having the highest thermal efficiency is set as the set values of the rotation speed n and the output A.
(18) The valve closing timing in which knocking was suppressed from the above (17) was measured at each rotation speed n and output A, and the final first map 24 shown in FIG. 3 was created based on the results.

図3には、回転速度と出力に応じたVIVT指令値が、3次元平面のグラフで示されており、図中上側がより閉弁タイミングが進角する方向である。3次元平面上で、破線で示された領域が実際の船舶推進装置の運転で使用される実用的な運転領域であり、良好な負荷上げパターンの1例を舶用三乗特性線Dで示す。実用的な運転領域における負荷上げでは、機関の出力が大きくなるほど閉弁タイミングの進角を大きくする制御を行う。
舶用三乗特性線Dで示した良好な負荷上げパターンの1例では、回転速度と出力の小さい図中右下の位置では進角は最少とされ、回転速度と出力が増すに従って進角を大きくする。進角を大きくする比率は一定ではないが、全体として出力が増すほど進角は大きくされる。なお、出力(負荷率)はトルクと回転速度の積で求められるため、出力軸のトルクが増すほど進角を大きくすると表現することもできる。
FIG. 3 is a graph of a three-dimensional plane showing the VIVT command value according to the rotation speed and the output. The upper side in the figure is the direction in which the valve closing timing is advanced. On the three-dimensional plane, a region indicated by a broken line is a practical operation region used in actual operation of the ship propulsion device, and an example of a good load increasing pattern is indicated by a cubic characteristic line D for a ship. In increasing the load in a practical operation range, control is performed to increase the advance angle of the valve closing timing as the output of the engine increases.
In one example of a good load increasing pattern shown by the marine cubic characteristic line D, the advance angle is minimized at the lower right position in the figure where the rotation speed and the output are small, and the advance angle increases as the rotation speed and the output increase. I do. Although the ratio of increasing the advance angle is not constant, the advance angle is increased as the output increases as a whole. Since the output (load ratio) is obtained by the product of the torque and the rotation speed, it can be expressed that the advance angle increases as the torque of the output shaft increases.

次に、第二マップ25を下記の実験で作成した。
可変吸気弁タイミング機構30がアクチュエータ28によって回転制御されるとき、次の手順で第二マップ25を作成する。
(1)アクチュエータ28により閉弁タイミングを変更し、各閉弁タイミングに変更する際の圧力を計測する。
(2)電空変換器27の仕様より上記(1)の圧力を供給する為に必要な第二電気信号を調査する。
(3)上記(1)及び(2)の結果から、横軸に上記第一マップ24で選択した第一電気信号、縦軸に閉弁タイミング(第二電気信号)を示す第二マップ25を作成する。
Next, the second map 25 was created by the following experiment.
When the rotation of the variable intake valve timing mechanism 30 is controlled by the actuator 28, the second map 25 is created in the following procedure.
(1) The valve closing timing is changed by the actuator 28, and the pressure when changing to each valve closing timing is measured.
(2) A second electric signal required to supply the pressure of (1) above is examined based on the specifications of the electropneumatic converter 27.
(3) Based on the results of (1) and (2), the horizontal axis represents the first electric signal selected in the first map 24, and the vertical axis represents the second map 25 indicating the valve closing timing (second electric signal). create.

なお、上記の説明はアクチュエータ28を用いた場合であり、アクチュエータ28に代えてサーボモータによって可変吸気弁タイミング機構30を回転制御する場合には次のように行う。
(1)サーボモータに基づいて閉弁タイミングを変更し、各閉弁タイミングに変更する際の第二電気信号を計測する。
(2)上記(1)の結果により横軸に第一電気信号、縦軸に閉弁タイミング(第二電気信号)を示す第二マップ25を作成する。
第二マップ25は閉弁タイミング(第二電気信号)と第一電気信号との関係を表すマップである。
The above description is of the case where the actuator 28 is used. When the rotation of the variable intake valve timing mechanism 30 is controlled by a servomotor instead of the actuator 28, the following is performed.
(1) The valve closing timing is changed based on the servomotor, and a second electric signal at the time of changing each valve closing timing is measured.
(2) On the basis of the result of the above (1), a second map 25 showing the first electric signal on the horizontal axis and the valve closing timing (second electric signal) on the vertical axis is created.
The second map 25 is a map representing the relationship between the valve closing timing (second electric signal) and the first electric signal.

図3に示す三次元マップにおいて、実線Cで示す発電用の特性線と舶用三乗特性線Dとで、出力によって最適なVIVT指令値が異なる。即ち、図5に一例として示すように、出力が同一の場合でも回転速度が異なる場合には最適なVIVT指令値の吸気弁閉じクランク角度が異なる。
本実施形態において、VIVT指令値の変化に対応して、即ち、各種の吸気弁閉じクランク角度に対して、吸気弁8と排気弁9のバルブオーバーラップ時による未燃焼燃料ガスの排気管14への吹き抜けが少なくなるように燃料ガスを吸気管13に供給する燃料ガス供給弁15の開弁タイミングを設定する。そのために、先ず回転速度と出力に応じたVIVT指令値を設定する。厳密に言えば、空燃比や点火時期も熱効率やNOxを目安として最適な値に設定しておいた方が好ましいが、ここではエンジン1が安定して運転できているとしてこれらの条件は設定しない。
In the three-dimensional map shown in FIG. 3, the optimum VIVT command value differs depending on the output between the power generation characteristic line indicated by the solid line C and the marine cubed characteristic line D. That is, as shown in FIG. 5 as an example, even when the output is the same, when the rotation speed is different, the intake valve closing crank angle of the optimum VIVT command value is different.
In this embodiment, in response to a change in the VIVT command value, that is, with respect to various intake valve closing crank angles, the unburned fuel gas flows to the exhaust pipe 14 when the intake valve 8 and the exhaust valve 9 overlap. The opening timing of the fuel gas supply valve 15 that supplies the fuel gas to the intake pipe 13 is set so that the blow-through of the fuel gas is reduced. For that purpose, first, a VIVT command value according to the rotation speed and the output is set. Strictly speaking, it is preferable to set the air-fuel ratio and the ignition timing to optimal values based on the thermal efficiency and NOx, but here, these conditions are not set assuming that the engine 1 can be operated stably. .

燃料ガス供給弁15の開弁タイミングを設定する一例として、舶用三乗特性線Dにおける最適VIVT指令値に合わせたエンジン運転条件での燃料ガス供給タイミング手段44による燃料ガス供給弁15の開弁タイミングの決め方を以下に説明する。
まず、エンジンの出力(負荷率)を25%、50%、75%、100%とした各運転条件において、吸気弁8の開くタイミングを目安として燃料ガス供給弁15から燃料ガスを供給するが、吸気管13内に燃料ガスを供給することから、燃料ガスは瞬時に吸気弁8に到達しない。そのため、燃料ガス供給弁15から吸気弁8までの距離を考慮した燃料ガス供給弁15の開弁タイミングのクランク角度位置を想定する。そして、燃料ガス供給弁15の開弁タイミングにおけるクランク角度位置をその前後で5deg刻みに変更して、その時の過給機17のガスタービン出口の排ガス中の未燃焼ガスであるトータルハイドロカーボン濃度(THC濃度)を測定する。それぞれの運転条件においてTHC濃度の計測を繰り返して実施する。THC濃度は水素炎イオン化法(JIS B 7956)で測定するのが好ましい。
As an example of setting the valve opening timing of the fuel gas supply valve 15, the valve opening timing of the fuel gas supply valve 15 by the fuel gas supply timing means 44 under engine operating conditions in accordance with the optimum VIVT command value on the cubic characteristic line D for ships How to determine is described below.
First, the fuel gas is supplied from the fuel gas supply valve 15 using the timing of opening the intake valve 8 as a guide under the respective operating conditions where the output (load factor) of the engine is 25%, 50%, 75%, and 100%. Since the fuel gas is supplied into the intake pipe 13, the fuel gas does not reach the intake valve 8 instantaneously. Therefore, the crank angle position of the valve opening timing of the fuel gas supply valve 15 in consideration of the distance from the fuel gas supply valve 15 to the intake valve 8 is assumed. Then, the crank angle position at the valve opening timing of the fuel gas supply valve 15 is changed every 5 deg before and after that, and the total hydrocarbon concentration (the unburned gas in the exhaust gas at the gas turbine outlet of the supercharger 17 at that time) ( (THC concentration) is measured. The measurement of the THC concentration is repeatedly performed under each operating condition. The THC concentration is preferably measured by a flame ionization method (JIS B 7956).

それぞれの条件に応じて燃料ガス供給弁15の開弁タイミングを変更し、各VIVT指令値(吸気弁閉じクランク角度)を例えば40%、65%、85%、100%に設定して、各VIVT指令値における燃料ガス開弁タイミングと測定したTHC濃度との関係を示すと図6のようなる。
図6に示すように、燃料ガス供給弁15の開弁タイミングは、バルブオーバーラップ時に未燃焼燃料ガスの吹き抜けが少なく、THC濃度が最低になるクランク角度を基準とする。一方、出力変化によって急激に燃料ガス供給弁15の開弁タイミングが変化すると前述した燃焼変動や回転速度変動に繋がる。このため、出力に応じた燃料ガス供給弁15の開弁タイミングの変化量が極力小さい傾きになるように、選定した基準から±5deg.C.Aの範囲内で最適な燃料ガス供給弁15の燃料ガス開弁タイミングとなるクランク角度を選定し、それぞれの条件で最適な燃料ガス供給弁15の開弁タイミングに対応するクランク角度を決定する。
The valve opening timing of the fuel gas supply valve 15 is changed in accordance with each condition, and each VIVT command value (intake valve closing crank angle) is set to, for example, 40%, 65%, 85%, and 100%. FIG. 6 shows the relationship between the fuel gas valve opening timing and the measured THC concentration at the command value.
As shown in FIG. 6, the valve opening timing of the fuel gas supply valve 15 is based on the crank angle at which the unburned fuel gas blows through at the time of valve overlap is small and the THC concentration is minimized. On the other hand, a sudden change in the valve opening timing of the fuel gas supply valve 15 due to a change in output leads to the above-described combustion fluctuation and rotation speed fluctuation. Therefore, the amount of change in the valve opening timing of the fuel gas supply valve 15 in accordance with the output has a gradient as small as possible, that is, ± 5 deg. C. A crank angle corresponding to the optimal fuel gas opening timing of the fuel gas supply valve 15 is selected within the range of A, and a crank angle corresponding to the optimal opening timing of the fuel gas supply valve 15 is determined under each condition.

このようにして決定した、舶用三乗特性線Dの最適VIVT指令値における最適な燃料ガス供給弁15の開弁タイミングのクランク角度と、出力(負荷率)の関係を、図7の「回転速度変化」の折れ線で示す。
同様に、図3の発電用特性線Cで行われる回転速度一定とした出力における最適VIVT指令値における最適な燃料ガス供給弁15の開弁タイミングのクランク角度と、出力(負荷率)との関係を、図7の「回転速度一定」の折れ線で示す。
図7に示すように、最適な燃料ガス供給弁15の開弁タイミングは、出力が同一であっても回転速度が変化する条件と回転速度一定の条件とでは異なった結果となる。
The relationship between the crank angle of the optimal valve opening timing of the fuel gas supply valve 15 and the output (load factor) at the optimal VIVT command value of the cubic characteristic line D for ships determined in this way is shown in FIG. Change "is indicated by a polygonal line.
Similarly, the relationship between the crank angle of the optimal valve opening timing of the fuel gas supply valve 15 and the output (load factor) at the optimal VIVT command value at the output at a constant rotational speed performed on the power generation characteristic line C in FIG. Is shown by a polygonal line of "constant rotation speed" in FIG.
As shown in FIG. 7, the optimal valve opening timing of the fuel gas supply valve 15 has different results under the condition that the rotation speed changes and the condition that the rotation speed is constant even if the output is the same.

しかしながら、舶用三乗特性線Dの最適VIVT指令値における最適な燃料ガス供給弁15の開弁タイミングのクランク角度と、発電用特性線C(回転速度一定)の最適VIVT指令値における最適な燃料ガス供給弁15の開弁タイミングのクランク角度とは、図8に示すように、出力に代えて、VIVT指令値を横軸にとって整理すると、一致した一つの線図特性を呈する。すなわち、最適燃料ガス供給弁15の開弁タイミングは出力に依存するものではなく、VIVT指定値(吸気弁閉じクランク角度)に依存することが判る。 However, the optimum crank angle of the valve opening timing of the fuel gas supply valve 15 at the optimum VIVT command value of the marine cube characteristic line D and the optimum fuel gas at the optimum VIVT command value of the power generation characteristic line C (constant rotation speed). As shown in FIG. 8, the crank angle of the valve opening timing of the supply valve 15 exhibits one consistent diagram characteristic when the VIVT command value is arranged on the horizontal axis instead of the output. That is, it can be seen that the valve opening timing of the optimum fuel gas supply valve 15 does not depend on the output, but depends on the specified VIVT value (the intake valve closing crank angle).

図8から明らかなように、可変吸気弁タイミング機構30によって吸気弁8の閉弁時期を変更すると、吸気弁8の閉じるタイミングの進角が進むほど、燃料ガス供給弁15の供給開始タイミングの進角の度合いがより大きくなる。
そのため燃料ガス供給タイミング手段44により、各条件において決定した最適な燃料ガス供給弁15の開弁タイミングのクランク角度を、VIVT指令値を基準として設定することで、VIVT指令値による燃料ガス供給弁15の開弁タイミングの最適化を図ることができる。なお、図8において、計測していないVIVT指令値や燃料ガス供給開始時期等については、測定点前後のデータを結ぶ近似線により決定すればよい。
As is clear from FIG. 8, when the closing timing of the intake valve 8 is changed by the variable intake valve timing mechanism 30, as the advance timing of the closing timing of the intake valve 8 advances, the supply start timing of the fuel gas supply valve 15 advances. The degree of corners is greater.
Therefore, by setting the crank angle of the optimal valve opening timing of the fuel gas supply valve 15 determined under each condition by the fuel gas supply timing means 44 based on the VIVT command value, the fuel gas supply valve 15 according to the VIVT command value is set. Of the valve opening timing can be optimized. In FIG. 8, the unmeasured VIVT command value, fuel gas supply start time, and the like may be determined by an approximate line connecting data before and after the measurement point.

次に、燃料ガス供給弁15による燃料ガス供給終了のタイミング制御について図9及び図10により説明する。
図9は図1に示すエンジン1の要部構成を示すものである。図9において、制御部22には外部に目標回転速度指令部50が設置され、予め設定された目標回転速度が制御部22に入力される。制御部22のガス供給時間算出部51では回転速度センサ20の測定値により演算された実回転速度と目標回転速度との偏差に基づいて燃料ガス供給弁15の開弁期間を直接的にPID制御する。
ガス供給時間算出部51に接続されたガス供給弁制御部52では、燃料ガス供給弁15の開弁タイミングを起点として開弁すべき時間を演算して燃料ガス供給弁15に出力し、開弁すべき時間だけ燃料ガス供給弁15を開弁させるようにフィードバック制御する。
Next, timing control of fuel gas supply end by the fuel gas supply valve 15 will be described with reference to FIGS.
FIG. 9 shows a main configuration of the engine 1 shown in FIG. In FIG. 9, a target rotation speed command unit 50 is provided outside the control unit 22, and a preset target rotation speed is input to the control unit 22. The gas supply time calculation unit 51 of the control unit 22 directly performs PID control of the valve opening period of the fuel gas supply valve 15 based on the deviation between the actual rotation speed and the target rotation speed calculated from the measured value of the rotation speed sensor 20. I do.
A gas supply valve control unit 52 connected to the gas supply time calculation unit 51 calculates a time to be opened from the opening timing of the fuel gas supply valve 15 and outputs the calculated time to the fuel gas supply valve 15 to open the valve. Feedback control is performed so that the fuel gas supply valve 15 is opened only for the time to be performed.

燃料ガス供給弁15の閉弁タイミング制御は次のように行われる。即ち、図10に示すように、制御部22では目標回転速度指令部50で設定された目標回転速度と実回転速度の偏差に基づいて、燃料ガス供給弁15の開弁期間を直接的にPID制御する。具体的には、目標回転速度と実回転速度の偏差に基づき、フィードバック制御により実回転速度が目標回転速度に追従するように各燃料ガス供給弁15が開弁している時間を制御する。
ガス供給弁制御部52では、燃料ガス供給弁15の開弁タイミングを起点として算出された開弁期間に基づいて各燃料ガス供給弁15の閉弁タイミングの制御を行う。制御部22は、供給する燃料ガス量をあらかじめ演算せずに実回転速度が目標回転速度に一致するように、燃料ガス供給弁15の開弁期間を直接的にPID制御している。
The closing timing control of the fuel gas supply valve 15 is performed as follows. That is, as shown in FIG. 10, the control unit 22 directly determines the valve opening period of the fuel gas supply valve 15 based on the deviation between the target rotation speed set by the target rotation speed command unit 50 and the actual rotation speed by the PID. Control. Specifically, based on the deviation between the target rotation speed and the actual rotation speed, the time during which each fuel gas supply valve 15 is open is controlled by feedback control so that the actual rotation speed follows the target rotation speed.
The gas supply valve control unit 52 controls the closing timing of each fuel gas supply valve 15 based on the valve opening period calculated from the opening timing of the fuel gas supply valve 15 as a starting point. The control unit 22 directly performs PID control on the valve opening period of the fuel gas supply valve 15 so that the actual rotation speed matches the target rotation speed without previously calculating the amount of fuel gas to be supplied.

後述する燃料ガスの供給圧力制御は、エンジン1の出力と回転速度のデータをパラメータとして設定した圧力ΔP値に、吸気管13内に設けた給気圧力計54により検出した給気圧力を加えた値と、燃料ガス圧力計43の値との偏差がなくなるように燃料ガスの圧力調整器55をフィードバック制御する。 The supply pressure control of the fuel gas, which will be described later, is performed by adding the supply pressure detected by the supply pressure gauge 54 provided in the intake pipe 13 to the pressure ΔP value set using the output and rotation speed data of the engine 1 as parameters. The fuel gas pressure regulator 55 is feedback-controlled so that the deviation between the value and the value of the fuel gas pressure gauge 43 is eliminated.

上述した結果を表示した可変吸気弁タイミング機構30の進角と燃料ガス供給タイミング手段44による燃料ガス供給弁15の供給開始及び終了のタイミングの関係を示すと図11のようになる。
図11において、エンジン1のクランク角度と吸気弁8及び排気弁9のバルブリフトとの関係を示している。吸気弁8の開閉作動を示す曲線において、実線で示すのはVIVT(可変吸気バルブタイミング)指令値が0%の場合であり、一点鎖線で示すのは進角時(VIVT指令値が100%)の場合の開閉作動イメージを示している。そして、VIVT指令値が0%の場合の燃料ガス供給弁15の開弁期間に対して、進角時(VIVT指令値が100%)の燃料ガス供給弁15の開弁期間がより長くなる。
FIG. 11 shows the relationship between the advance angle of the variable intake valve timing mechanism 30 displaying the above-described results and the timing of starting and ending the supply of the fuel gas supply valve 15 by the fuel gas supply timing means 44.
FIG. 11 shows the relationship between the crank angle of the engine 1 and the valve lifts of the intake valve 8 and the exhaust valve 9. In the curve showing the opening / closing operation of the intake valve 8, the solid line shows the case where the VIVT (variable intake valve timing) command value is 0%, and the one-dot chain line shows the case of the advance angle (the VIVT command value is 100%). 3 shows an opening and closing operation image in the case of. Then, the valve opening period of the fuel gas supply valve 15 at the time of the advance (the VIVT command value is 100%) is longer than the valve opening period of the fuel gas supply valve 15 when the VIVT command value is 0%.

また、吸気弁8の閉弁タイミングが進角するに従って燃料ガスの供給圧力を高くして燃料供給量を増大することが好ましい。そのため、図9において、吸気管13内への燃料ガスの供給圧力は、吸気管13内に設けた給気圧力計54により検出した給気圧力に圧力ΔP値を加えた大きさに設定する。圧力ΔPは後述のように予め測定した複数のエンジン1の出力と回転速度のデータをパラメータとして設定する。その結果、燃料ガス供給弁15から供給する燃料ガスの供給圧力は、吸気弁8が閉じるタイミングの進角に伴って高くすることになる。 Further, it is preferable to increase the fuel gas supply pressure by increasing the fuel gas supply pressure as the valve closing timing of the intake valve 8 advances. Therefore, in FIG. 9, the supply pressure of the fuel gas into the intake pipe 13 is set to a value obtained by adding the pressure ΔP value to the supply pressure detected by the supply pressure gauge 54 provided in the intake pipe 13. As described below, the pressure ΔP is set with parameters of the outputs and the rotational speeds of the plurality of engines 1 measured in advance as parameters. As a result, the supply pressure of the fuel gas supplied from the fuel gas supply valve 15 increases with the advance of the timing at which the intake valve 8 closes.

燃料ガスの圧力ΔPの設定の仕方について説明する。
図12は出力と燃料ガス供給弁15の開弁期間と圧力ΔPとの関係を示す図である。エンジン1の運転条件を出力(負荷率)と回転速度をパラメータとして変化させて、各条件において圧力ΔPを変更し、各出力における圧力ΔPと燃料ガス供給弁15の開弁期間を得る。出力と回転速度に基づいて圧力ΔPを低く設定すると燃料ガス供給弁15の開弁期間は長くなり、開弁期間が長すぎると吸気弁8が開いている間に適正なガス燃料を供給できなくなる。逆に、圧力ΔPを高く設定すると燃料ガス供給弁15の開弁期間は短くなり、供給量の制御性が悪化してしまう。したがって、圧力ΔPはエンジン1の運転状態に対して悪影響を与えない圧力ΔPに設定する。
How to set the pressure ΔP of the fuel gas will be described.
FIG. 12 is a diagram showing the relationship between the output, the valve opening period of the fuel gas supply valve 15, and the pressure ΔP. The operating condition of the engine 1 is changed using the output (load factor) and the rotation speed as parameters, and the pressure ΔP is changed under each condition, and the pressure ΔP at each output and the valve open period of the fuel gas supply valve 15 are obtained. If the pressure ΔP is set low based on the output and the rotation speed, the valve-opening period of the fuel gas supply valve 15 becomes long, and if the valve-opening period is too long, it becomes impossible to supply appropriate gas fuel while the intake valve 8 is open. . Conversely, if the pressure ΔP is set high, the opening period of the fuel gas supply valve 15 is shortened, and controllability of the supply amount is deteriorated. Therefore, the pressure ΔP is set to a pressure ΔP that does not adversely affect the operation state of the engine 1.

回転速度をパラメータ化した際も同様の手順を繰り返して、圧力ΔPを決定する。図12において、燃料ガス供給弁15に関し、圧力ΔPの上限を設定したことで開弁時間の下限値を設定し、圧力ΔPの下限を設定したことで開弁期間の上限値を設定する。これら開弁期間の上限値と下限値の範囲内を変更可能幅として圧力ΔPの設定値を適宜設定するものとし、好ましくは上限値と下限値の中央値を設定値とする。
なお、燃料ガスの供給圧力により混合気の分布は変化するため、燃焼状態にも注意を払う必要がある。図12において、計測していない条件については計測点前後のデータを結ぶ近似線により決定すればよい。
When the rotation speed is parameterized, the same procedure is repeated to determine the pressure ΔP. 12, regarding the fuel gas supply valve 15, the lower limit of the valve opening time is set by setting the upper limit of the pressure ΔP, and the upper limit of the valve opening period is set by setting the lower limit of the pressure ΔP. The set value of the pressure ΔP is appropriately set as a changeable range within the range between the upper limit value and the lower limit value of the valve opening period, and preferably, the center value between the upper limit value and the lower limit value is set as the set value.
Since the distribution of the air-fuel mixture changes depending on the supply pressure of the fuel gas, it is necessary to pay attention to the combustion state. In FIG. 12, the condition not measured may be determined by an approximate line connecting data before and after the measurement point.

このようにして、出力(負荷率)と回転速度をパラメータとして、設定したΔPをプロットすると図13のようになる。図13に示す出力と回転速度と圧力ΔPをパラメータとする三次元マップにおいて、破線で示す範囲が常用的(実用的)な運転領域であり、実線が舶用三乗特性を示している。
なお、燃料ガス供給圧力は圧力ΔPにより決定されるため、給気圧力が変化した場合は燃料ガスの供給圧力も変化する。すなわち、燃料ガス供給弁15の上流と下流の差圧を設定していることを示し、燃料ガスの量は燃料ガス供給弁15の前後の差圧と開弁期間により定まるため、給気圧力が変化した場合であっても、ここで決定した燃料ガス供給圧力と燃料ガス供給弁15の開弁期間の関係に大きな影響はない。
図13から明らかなように、エンジン1の出力(負荷率)が大きくなれば、すなわち吸気弁8が閉じるタイミングの進角に伴って、圧力ΔPを含む燃料ガスの供給圧力も高くなる。
FIG. 13 is a plot of the set ΔP using the output (load factor) and the rotation speed as parameters. In the three-dimensional map in which the output, the rotation speed, and the pressure ΔP shown in FIG. 13 are used as parameters, a range shown by a broken line is a normal (practical) operation region, and a solid line shows a cubic characteristic for ships.
Since the fuel gas supply pressure is determined by the pressure ΔP, when the supply pressure changes, the supply pressure of the fuel gas also changes. In other words, this indicates that the differential pressure upstream and downstream of the fuel gas supply valve 15 is set, and the amount of fuel gas is determined by the differential pressure before and after the fuel gas supply valve 15 and the valve opening period. Even if it changes, there is no significant effect on the relationship between the fuel gas supply pressure determined here and the valve opening period of the fuel gas supply valve 15.
As is clear from FIG. 13, as the output (load factor) of the engine 1 increases, that is, as the timing of closing the intake valve 8 advances, the supply pressure of the fuel gas including the pressure ΔP also increases.

次にエンジン1における給気圧力(空燃比)の決定の仕方について説明する。
上述した本実施形態によるVIVT指令値(吸気弁閉じクランク角度)の変化に対応して、吸気管13から吸気弁8に供給される給気圧力は、予め測定したエンジン1の出力と回転速度をパラメータとして設定した目標給気圧力によって、図9に示す過給機17の例えばコンプレッサ側及びタービン側それぞれにバイパスラインを設けた流量調整弁を制御して、給気圧力を制御するようにした(例えば特願2016−027359号出願に示すもの参照)。なお、給気圧力の制御はこの制御方式に限定されない。従来公知の給気圧力制御方式でもよい。
Next, how to determine the supply pressure (air-fuel ratio) in the engine 1 will be described.
In response to the change in the VIVT command value (intake valve closing crank angle) according to the above-described embodiment, the supply pressure supplied to the intake valve 8 from the intake pipe 13 is determined by the output and the rotational speed of the engine 1 measured in advance. According to the target supply pressure set as a parameter, a flow regulating valve provided with a bypass line on each of the compressor side and the turbine side of the supercharger 17 shown in FIG. 9 is controlled to control the supply pressure ( For example, see the one disclosed in Japanese Patent Application No. 2006-027359). The control of the supply pressure is not limited to this control method. A conventionally known supply pressure control method may be used.

上述した給気圧力(空燃比)の決定方法について以下に説明する。
空燃比のベースとなる燃料の量は、上述した図12、図13に示す燃料ガスの供給圧力と燃料ガス供給弁15の開弁期間との関係で決定されるものであり、エンジン1の所定の出力(負荷率)と回転速度で好適な燃料の量が定まる。空燃比は空気量と燃料ガス量の比で決定される。そのため、給気圧力を変更することで、燃焼室6に供給する空気量を変化させる。すなわち、空燃比は給気圧力によって調整する。
空燃比の設定の仕方は、エンジン1の運転条件を出力(負荷率)と回転速度をパラメータとして変化させて、例えば出力(負荷率)を25%、50%、75%、100%などに設定し、各種の空燃比(給気圧力)における熱効率とNOxデータを測定して得る。そして、任意の出力及び回転速度において、空燃比を変更した場合におけるNOxのデータ例を図14に示す。
A method of determining the above-described supply pressure (air-fuel ratio) will be described below.
The amount of fuel serving as the base of the air-fuel ratio is determined by the relationship between the supply pressure of the fuel gas and the opening period of the fuel gas supply valve 15 shown in FIGS. The suitable amount of fuel is determined by the output (load factor) and the rotation speed of the fuel cell. The air-fuel ratio is determined by the ratio between the amount of air and the amount of fuel gas. Therefore, the amount of air supplied to the combustion chamber 6 is changed by changing the supply pressure. That is, the air-fuel ratio is adjusted by the supply pressure.
The air-fuel ratio is set by changing the operating conditions of the engine 1 using the output (load factor) and the rotation speed as parameters, and setting the output (load factor) to, for example, 25%, 50%, 75%, 100%, and the like. Then, thermal efficiency and NOx data at various air-fuel ratios (supply pressure) are measured and obtained. FIG. 14 shows an example of NOx data when the air-fuel ratio is changed at an arbitrary output and rotational speed.

図14において、空燃比の変化に対応したNOxデータの測定値を「計測データ」として曲線で示す。計測データにおいて、空燃比を小さく(給気圧力を低く)調整することでNOxが増加することを認識できる。
ここで、NOxの値は用途により基準値が異なる。基準値は、例えば舶用では改正MARPOL条約附属書VI規則13に基づくIMO NOx規制に基づき、陸用は大気汚染防止法などにより示されるNOx排出量により上限値と下限値が規制される。
空燃比の下限値は上述したNOx排出量の法規制に基づく上限値により制限される。ただし、NOxデータが上限の規制値に達する前にノッキングなどの異常燃焼が起こる場合には、異常燃焼が起こる直前の空燃比を下限値に設定する。
他方、空燃比を大きくしていくとNOxは低下するものの、失火などによりエンジン1が安定運転できなくなる。そのため、安定運転を継続できる空燃比の上限を上限値に設定する。これらにより設定可能な空燃比の範囲が定まる。
In FIG. 14, the measured value of the NOx data corresponding to the change in the air-fuel ratio is indicated by a curve as “measured data”. From the measurement data, it can be recognized that NOx increases by adjusting the air-fuel ratio to a small value (lower supply pressure).
Here, the reference value of the NOx value differs depending on the application. For example, the upper limit value and the lower limit value of the reference value are regulated based on the IMO NOx regulation based on the revised MARPOL Annex VI Regulation 13 for marine use, and the NOx emission indicated by the Air Pollution Control Law and the like for land use.
The lower limit of the air-fuel ratio is limited by the upper limit based on the above-mentioned laws and regulations on NOx emissions. However, if abnormal combustion such as knocking occurs before the NOx data reaches the upper limit value, the air-fuel ratio immediately before the abnormal combustion occurs is set to the lower limit.
On the other hand, as the air-fuel ratio increases, NOx decreases, but the engine 1 cannot be operated stably due to misfire or the like. Therefore, the upper limit of the air-fuel ratio at which stable operation can be continued is set to the upper limit. These determine the range of the air-fuel ratio that can be set.

ここで、設定可能な空燃比の範囲を決定し、設定可能範囲の中間の空燃比を好適値として、その時の給気圧力を設定する。常用的に運用される範囲内の任意の出力と回転速度で同計測を繰り返す。言い換えると、各出力と回転速度の運転条件において、給気圧力(空燃比)を変更して目標となる性能を満足する好適な給気圧力(空燃比)を得る。
図15は出力と回転速度に対応して設定した吸気圧力をプロットした三次元マップである。図中、破線で示す領域が常用的(実用的)な運転領域のイメージであり、その範囲内に実線で示す舶用三乗特性が設定されている。なお、計測していない条件については、計測点前後のデータを結ぶ近似線により決定すればよい。
図15から明らかなように、エンジン1の出力が大きくなれば、すなわち吸気弁8が閉じるタイミングの進角に伴って、必要な給気圧力も高くなる。
以上述べたように、燃料ガス供給弁15の供給開始及び終了のタイミング制御と燃料ガスの供給圧力制御と給気圧力制御によって、空燃比制御がなされる。
Here, the range of the air-fuel ratio that can be set is determined, and the air-fuel ratio in the middle of the settable range is set as a suitable value, and the supply pressure at that time is set. The same measurement is repeated at an arbitrary output and a rotation speed within a range that is normally used. In other words, the air supply pressure (air-fuel ratio) is changed to obtain a suitable air supply pressure (air-fuel ratio) that satisfies the target performance under the operating conditions of each output and rotation speed.
FIG. 15 is a three-dimensional map in which the intake pressure set in accordance with the output and the rotation speed is plotted. In the figure, a region indicated by a broken line is an image of a normal (practical) operation region, and a cubic characteristic for a ship indicated by a solid line is set within the range. Note that the condition not measured may be determined by an approximate line connecting data before and after the measurement point.
As is clear from FIG. 15, as the output of the engine 1 increases, that is, with the advance of the timing at which the intake valve 8 closes, the required supply pressure also increases.
As described above, the air-fuel ratio control is performed by controlling the timing of starting and ending the supply of the fuel gas supply valve 15, controlling the supply pressure of the fuel gas, and controlling the supply pressure.

なお、吸気弁8が閉じるタイミングを進角した場合、同一給気圧力では空燃比は小さくなる。このため、図16に示す出力と吸気圧力との関係において、吸気弁8の閉じタイミングが一定である場合と比較すると、吸気弁8が閉じるタイミングの進角に伴って、出力増加に伴う最適な給気圧力の増加割合(増加の勾配)が、大きくなる。 When the timing of closing the intake valve 8 is advanced, the air-fuel ratio decreases at the same supply pressure. For this reason, in the relationship between the output and the intake pressure shown in FIG. 16, as compared with the case where the closing timing of the intake valve 8 is constant, the optimal timing associated with the increase in the output increases with the advance of the timing at which the intake valve 8 closes. The rate of increase (gradient of increase) of the supply pressure increases.

次にVIVT指定値(吸気弁閉じタイミングのクランク角)の変化に対応して燃料の点火タイミングを変化させることが必要である。エンジン1の点火タイミングとは例えばマイクロパイロット油噴射弁11による点火用の燃料油噴射タイミングであり、この点火タイミングは予め測定したエンジン1の出力値と回転数とのデータをパラメータとして設定した図17に示す点火タイミングの値から設定される。 Next, it is necessary to change the ignition timing of the fuel in accordance with the change in the designated value of the VIVT (the crank angle of the intake valve closing timing). The ignition timing of the engine 1 is, for example, fuel oil injection timing for ignition by the micro pilot oil injection valve 11, and the ignition timing is set in FIG. 17 in which data of the output value and the rotation speed of the engine 1 measured in advance are set as parameters. Is set from the value of the ignition timing shown in FIG.

この点火タイミングの決定方法について説明する。
エンジン1の運転条件を出力(負荷率)と回転数をパラメータとして変化させて、例えば負荷率25%、50%、75%、100%等の各種の点火タイミングの熱効率、NOxデータを得る。任意の出力、回転速度において、点火タイミングを変更した時の熱効率とNOxのデータ例を示すと図18のようになる。図18に実線で示すように、点火タイミングを進角させていくとNOxは増加し、熱効率は向上する関係にある。そのため、熱効率とNOxとはトレードオフの関係にある。
上述したようにNOxは所定の基準値があるため、給気圧力と同様の基準となるNOxを満たす設定範囲内において、熱効率が最も高くなるように進角した点火タイミングを好適なタイミングとして設定する。
A method for determining the ignition timing will be described.
By changing the operating conditions of the engine 1 using the output (load ratio) and the rotation speed as parameters, the thermal efficiency and NOx data of various ignition timings such as, for example, 25%, 50%, 75%, and 100% of the load ratio are obtained. FIG. 18 shows a data example of the thermal efficiency and NOx when the ignition timing is changed at an arbitrary output and a rotation speed. As shown by the solid line in FIG. 18, as the ignition timing is advanced, NOx increases, and the thermal efficiency improves. Therefore, there is a trade-off relationship between thermal efficiency and NOx.
As described above, since NOx has a predetermined reference value, the ignition timing advanced so that the thermal efficiency becomes highest is set as a suitable timing within a set range that satisfies the same reference NOx as the supply pressure. .

ただし、NOxデータが所定の基準値に達する前にノッキング等の異常燃焼が始まる場合には、異常燃焼が始まる前の点火タイミングを好適な点火タイミングとする。マイクロパイロット油噴射弁11の点火タイミングについて常用的に運用される範囲内において任意の出力と回転速度で計測を繰り返す。言い換えると、各「出力(負荷率)と回転速度」の運転条件において、点火タイミングを変更して目標となる性能を満足する点火タイミングを得るようにした。常用的に運用される範囲内における任意の回転速度及び出力で同じ調整を繰り返すことで点火タイミングを決定した。なお、計測していない条件については、計測点前後のデータを結ぶ近似線により決定すればよい。 However, if abnormal combustion such as knocking starts before the NOx data reaches a predetermined reference value, the ignition timing before the abnormal combustion starts is set to a suitable ignition timing. The measurement of the ignition timing of the micro pilot oil injection valve 11 is repeated at an arbitrary output and a rotational speed within a range that is normally used. In other words, the ignition timing is changed under each operating condition of "output (load factor) and rotation speed" to obtain an ignition timing that satisfies the target performance. The ignition timing was determined by repeating the same adjustment at an arbitrary rotational speed and output within a range that is normally used. Note that the condition not measured may be determined by an approximate line connecting data before and after the measurement point.

図17から明らかなように、破線で示す常用的な運転領域の範囲内において舶用三乗特性のイメージを示す実線よりも出力が低い領域はトルクプア領域を示す。トルクプア領域においては、エンジン1の出力が大きくなれば、すなわち吸気弁8が閉じるタイミングの進角に伴って、エンジン1のマイクロパイロット油噴射弁11の点火タイミングも進角する。 As is evident from FIG. 17, a region where the output is lower than the solid line showing the image of the marine cubic characteristic within the range of the normal operation region shown by the broken line indicates the torque poor region. In the torque poor region, as the output of the engine 1 increases, that is, as the timing of closing the intake valve 8 advances, the ignition timing of the micro pilot oil injection valve 11 of the engine 1 also advances.

他方、実線で示す舶用三乗特性線よりも出力が高い領域はトルクリッチ領域を示す。トルクリッチ領域内では、点火タイミングは常用的な運転領域の破線上をピークとし、その点火タイミングがピーク値に対して最大で30〜50%の範囲で進角度合いが減じられ得る。ただし、トルクプア領域及びトルクリッチ領域内であれば、同一回転速度においてはVIVT指令値を進角していない場合よりも点火タイミングは進角した状態を維持できる。すなわち、VIVT指令値の吸気弁閉じクランク角の進角に伴って、点火タイミングも、舶用三乗特性を示す実線のライン上をピークとして進角される。トルクリッチ領域内で進角の度合いは減じられているものの、VIVT指令値を進角していない場合よりは、全体的にはエンジン1のマイクロパイロット油噴射弁11の燃料噴射タイミング(点火タイミング)も進角する。 On the other hand, a region where the output is higher than the marine cubic characteristic line shown by the solid line indicates a torque-rich region. In the torque rich region, the ignition timing has a peak on the broken line in the normal operation region, and the advance angle can be reduced within a range of 30 to 50% of the ignition timing with respect to the peak value. However, within the torque poor region and the torque rich region, the ignition timing can be maintained at an advanced state at the same rotational speed as compared with the case where the VIVT command value is not advanced. That is, with the advance of the intake valve closing crank angle of the VIVT command value, the ignition timing is also advanced with the peak on the solid line indicating the cubic characteristic for ships. Although the degree of advance is reduced in the torque rich region, the fuel injection timing (ignition timing) of the micropilot oil injection valve 11 of the engine 1 is generally smaller than when the VIVT command value is not advanced. Also advances.

上述したように、本発明の実施形態によるエンジン1の制御方法及びエンジン1によれば、常用的な運転領域において、排出される未燃ガス燃料を削減できるため、熱効率の向上とともに、温室効果ガスの削減など環境に対しても優位性を得られる。
また、エンジン1は出力が高くなるほど、空燃比に対する運転可能範囲が狭くなるため、安定した運転状態の維持は、特に舶用三乗特性よりも出力が高いトルクリッチ領域の運転範囲拡大に対して効果を得られる。
また、エンジン1の出力軸の出力が増大した場合にエンジン1内の混合気の圧縮比を下げることができるため、負荷上げ時のノッキングを抑制すると共に負荷上げ時間の短縮もできる。
As described above, according to the control method of the engine 1 and the engine 1 according to the embodiment of the present invention, the unburned gas fuel to be discharged can be reduced in the normal operation range, so that the thermal efficiency is improved and the greenhouse gas is reduced. Advantages can also be gained for the environment, such as reducing emissions.
Also, as the output of the engine 1 becomes higher, the operable range with respect to the air-fuel ratio becomes narrower. Therefore, maintaining a stable operating state is particularly effective for expanding the operating range in a torque-rich region where the output is higher than the cubic characteristic for ships. Can be obtained.
Further, when the output of the output shaft of the engine 1 increases, the compression ratio of the air-fuel mixture in the engine 1 can be reduced, so that knocking during load increase can be suppressed and the load increase time can be shortened.

なお、本発明によるエンジンは、上述した実施形態によるデュアルフューエルエンジン1に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜の変更や置換等が可能である。以下に、本発明の変形例等について説明するが、上述した実施形態で説明した部品や部材等と同一または同様なものについては同一の符号を用いて説明を省略する。 Note that the engine according to the present invention is not limited to the dual fuel engine 1 according to the above-described embodiment, and can be appropriately changed or replaced without departing from the gist of the present invention. Hereinafter, modified examples and the like of the present invention will be described, and the same or similar parts as those described in the above-described embodiment will be denoted by the same reference numerals and description thereof will be omitted.

本発明によるエンジンは、液体燃料を主な燃料とするディーゼルモードDとガスを主な燃料とするガスモードGの切換が可能なデュアルフューエルエンジン1に限定されることなく、ガスを燃料として使用するガス燃料エンジンにも適用できる。
しかも、舶用エンジンの負荷上げパターンに限定されることなく、車両用や非常用発電機などで活用できる負荷上げパターンにも適用できる。
The engine according to the present invention is not limited to the dual fuel engine 1 capable of switching between the diesel mode D using liquid fuel as the main fuel and the gas mode G using gas as the main fuel, and uses gas as fuel. Also applicable to gas fueled engines.
In addition, the present invention is not limited to the load raising pattern of a marine engine, and can be applied to a load raising pattern that can be used in a vehicle or an emergency generator.

なお、上述した実施形態では、可変吸気弁タイミング機構30は開弁タイミング及び閉弁タイミングの両方を変更し、吸気弁8が開いている時間は変更しなかったが、吸気弁8の閉弁タイミングと開弁タイミングのいずれか一方または両方を選択して変更制御してもよい。 In the above-described embodiment, the variable intake valve timing mechanism 30 changes both the valve opening timing and the valve closing timing and does not change the time during which the intake valve 8 is open. The change control may be performed by selecting one or both of and the valve opening timing.

本発明は、ガス燃料と空気の予混合気を用いて負荷上げ時にノッキングを抑制して負荷上げ時間を短縮できるようにしたエンジンの制御方法とエンジンシステムを提供する。 The present invention provides an engine control method and an engine system capable of suppressing knocking at the time of increasing the load by using a pre-mixed gas of gaseous fuel and air and shortening the time of increasing the load.

1 デュアルフューエルエンジン
2 クランク軸
8 吸気弁
9 排気弁
13 吸気管
14 排気管
15 燃料ガス供給弁
17 過給機
20 回転速度センサ
21 トルクセンサ
22 制御部
24 第一マップ
25 第二マップ
27 電空変換器
28 アクチュエータ
30 可変吸気弁タイミング機構
42 ガスレギュレータ
44 燃料ガス供給タイミング手段
45 燃料ガス供給弁タイミング機構
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Dual fuel engine 2 Crankshaft 8 Intake valve 9 Exhaust valve 13 Intake pipe 14 Exhaust pipe 15 Fuel gas supply valve 17 Supercharger 20 Rotation speed sensor 21 Torque sensor 22 Control unit 24 First map 25 Second map 27 Electro-pneumatic conversion Device 28 actuator 30 variable intake valve timing mechanism 42 gas regulator 44 fuel gas supply timing means 45 fuel gas supply valve timing mechanism

【0005】
機関の運転モードを満たすために負荷上げ時間を20秒程度にまで短縮する必要があった。
[0014]
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、ガス燃料エンジンの出力を上昇させる際に発生するノッキングを抑制して負荷上げ時間を短縮できると共に、バルブオーバーラップ中の未燃ガス燃料の吹き抜けによる燃費悪化のないエンジンの制御方法とエンジンシステムを提供することを目的とする。
課題を解決するための手段
[0015]
すなわち、本発明者らは、各VIVT角度で燃料ガス供給弁の開弁(供給開始)タイミングを変更して、THC濃度、燃焼状態から最適値を決定し、VIVT角度に応じて燃料ガス供給弁の開弁タイミングを設定することにより、ガス燃料エンジンの出力を上昇させる際に発生するノッキングを抑制して負荷上げ時間を短縮することができ、更にはトルクリッチ領域、トルクプア領域において燃料ガス供給弁の開弁タイミングに起因していた燃焼変動、回転速度ハンチングを改善できることを見いだし本発明に至った。
[0016]
本発明によるエンジンの制御方法は、ガスを燃料とするエンジンの制御方法であって、エンジンの出力の増加に伴い、吸気弁が閉じるタイミングを吸入下死点からの進角を調整することで燃焼室内における混合気の圧縮比を下げる制御を行うと共に、進角の変化に対応して燃料ガス供給弁の開弁タイミングを進角させ、前記吸気弁が閉じるタイミングの進角が進むほど、前記燃料ガス供給弁の開弁タイミングの進角の度合いが、より大きくなり、前記燃料ガス供給弁の閉弁タイミングは、前記燃料ガス供給弁の開弁タイミングを起点として開弁期間を設定することで決定されることを特徴とする。
[0017]
エンジンのノッキング抑制技術として、可変吸気弁タイミング(Variable Intake Valve Timing;VIVT)機構を用いて有効圧縮比を下げることができる。この点についてノッキング抑制技術を図19A、19Bより説明する。図19Aは通常の4ストロークサイクルの工程を示し、図19Bはミラーサイクルの工程を示している。
例えばガス燃料エンジンにおいて、通常、吸気弁はピストンの下死点に閉まる(図19A参照)。一方、図19Bに示すように閉まるタイミングを下死点より早くすると、吸気弁の閉弁後にも混合気の膨張が続くため、筒内温度
[0005]
In order to satisfy the operation mode of the engine, it was necessary to reduce the load raising time to about 20 seconds.
[0014]
The present invention has been made in view of the above-described problems, and it is possible to suppress the knocking that occurs when increasing the output of a gas-fueled engine, shorten the load raising time, and to reduce the unburned gas fuel during valve overlap. It is an object of the present invention to provide an engine control method and an engine system that do not deteriorate fuel efficiency due to blow-by of a vehicle.
Means for Solving the Problems [0015]
That is, the present inventors change the valve opening (supply start) timing of the fuel gas supply valve at each VIVT angle, determine the optimum value from the THC concentration and the combustion state, and change the fuel gas supply valve according to the VIVT angle. By setting the valve opening timing, knocking that occurs when increasing the output of the gas fuel engine can be suppressed to reduce the load raising time, and furthermore, the fuel gas supply valve can be used in the torque rich region and the torque poor region. It has been found that the combustion fluctuation and the rotational speed hunting caused by the valve opening timing can be improved, and the present invention has been achieved.
[0016]
The control method of the engine according to the present invention is a control method of an engine using gas as a fuel. In accordance with an increase in the output of the engine, the timing of closing the intake valve is adjusted by adjusting the advance angle from the intake bottom dead center. While performing control to lower the compression ratio of the air-fuel mixture in the room, the valve opening timing of the fuel gas supply valve is advanced in response to a change in the advance angle, and the more the advance angle of the timing at which the intake valve closes, the more the fuel The degree of advance of the valve opening timing of the gas supply valve becomes larger, and the valve closing timing of the fuel gas supply valve is determined by setting the valve opening period starting from the valve opening timing of the fuel gas supply valve. It is characterized by being performed.
[0017]
As an engine knocking suppression technique, the effective compression ratio can be reduced by using a variable intake valve timing (VIVT) mechanism. Regarding this point, a knocking suppression technique will be described with reference to FIGS. 19A and 19B. FIG. 19A shows a normal four-stroke cycle process, and FIG. 19B shows a mirror cycle process.
For example, in a gas fuel engine, the intake valve usually closes at the bottom dead center of the piston (see FIG. 19A). On the other hand, if the closing timing is earlier than the bottom dead center as shown in FIG. 19B, the air-fuel mixture continues to expand even after the intake valve is closed.

【0006】
Tsが図19Aの場合より下がる(Ts*<Ts)。その分だけ上死点時の最高圧縮温度も低下することより(Tc*<Tc)、自着火を防ぐことができてノッキングが抑制される。
ミラーサイクルの欠点として、圧縮温度が下がって低負荷域の着火性が悪化するため、起動時や低負荷時には図19Aに示す通常の吸気弁の開弁タイミングに戻し、高負荷時のみ吸気弁の開弁タイミングを早くする必要がある。
[0018]
本発明によるエンジンの制御方法では、ガス燃料の供給量を増やして出力を増大させるガス燃料エンジンにおいて、吸気弁が閉じるタイミングを吸入下死点から進める(進角)ことで、エンジンの燃焼室内における混合気の圧縮比を下げる制御を行う。圧縮比を下げることで圧縮時の燃焼室内の温度が低くなるためノッキングを抑制することができる。
なお、燃焼室内で混合気の圧縮比を下げると、起動時や低出力時では着火性が悪化する上に燃焼効率の点で有利な条件から離れてしまい、燃費が悪化するデメリットが生じる。そこで、本発明では、よりノッキングが生じ易い出力がより高い運転領域において吸気弁が閉じるタイミングをより大きく変更させて、より大きい割合で圧縮比を下げる制御を行う。これにより、出力の変化に応じてノッキングを抑制させ、燃費の悪化を防止しつつ負荷上げ時間を短縮させることができる。しかも、吸気弁の進角の変化に対応して燃料ガス供給弁の開弁タイミングを進角させることで、吸気弁と排気弁のバルブオーバーラップ時に未燃焼燃料ガスの吹き抜けを少なくすることができる。
[0019]
[0020]
また、燃料ガス供給弁の前記開弁期間は、目標回転速度と実回転速度の偏差に基づいて算出されることが好ましい。
エンジンの目標回転速度と実回転速度の偏差に基づいて例えばPID制御
[0006]
Ts is lower than in the case of FIG. 19A (Ts * <Ts). By lowering the maximum compression temperature at the top dead center by that amount (Tc * <Tc), self-ignition can be prevented and knocking can be suppressed.
As a drawback of the Miller cycle, the compression temperature decreases and the ignitability in the low load region deteriorates. Therefore, at the time of startup or at a low load, the normal intake valve opening timing shown in FIG. 19A is returned. It is necessary to make the valve opening timing earlier.
[0018]
According to the engine control method of the present invention, in a gas fuel engine in which the output is increased by increasing the supply amount of the gas fuel, the timing of closing the intake valve is advanced (advanced) from the intake bottom dead center, so that the inside of the combustion chamber of the engine is increased. Control for lowering the compression ratio of the air-fuel mixture is performed. By lowering the compression ratio, the temperature in the combustion chamber at the time of compression becomes lower, so that knocking can be suppressed.
If the compression ratio of the air-fuel mixture is reduced in the combustion chamber, ignitability deteriorates at the time of start-up or low output, and the combustion efficiency departs from an advantageous condition in terms of combustion efficiency. Therefore, in the present invention, in the operating region where the output in which knocking is more likely to occur is higher, the timing at which the intake valve closes is changed to a greater extent to control the compression ratio to decrease at a higher rate. As a result, knocking can be suppressed in accordance with the change in output, and the load raising time can be reduced while preventing deterioration of fuel efficiency. Moreover, by advancing the valve opening timing of the fuel gas supply valve in accordance with the change in the advance angle of the intake valve, it is possible to reduce blow-through of unburned fuel gas when the intake valve and the exhaust valve overlap. .
[0019]
[0020]
Further, it is preferable that the valve opening period of the fuel gas supply valve is calculated based on a deviation between a target rotation speed and an actual rotation speed.
For example, PID control based on the difference between the target engine speed and the actual engine speed

【0008】
ンサにより実際にトルクの測定を行うことで回転速度との関係で出力を演算するが好ましい。しかも、回転速度センサを備えることで得られる出力軸の回転速度の測定値とトルクセンサによるトルク測定値の積をとることで、エンジンの出力軸の出力(負荷)をリアルタイムに求めることができる。そのため、エンジンの吸気弁の閉じるタイミングの進角と燃料ガス供給弁の開弁タイミングの進角とを精度良く設定できるため、出力が増大しても燃焼効率を向上させて適切にガス燃料エンジンの運転が行える。
[0025]
また、吸気弁が閉じるタイミングの進角は、予め測定した複数の出力軸の出力値及び回転速度のデータをパラメータとして設定した進角の値から設定されることが好ましい。
吸気弁の閉じるタイミングの進角の好適な値は、出力が大きい場合により大きくなるが、これに加えて回転速度にも依存する。そのため、少なくともこれら二種のパラメータを含むマップを予め作成し、エンジンの出力と回転速度の変化に応じて吸気弁の閉じるタイミングの進角を制御することでノッキングをより抑制できる。
[0026]
本発明によるエンジンシステムは、ガスを燃料とする4ストロークのエンジンを備えたエンジンシステムであって、エンジンの出力軸の出力が増大した場合にエンジンの吸気弁が閉じるタイミングを進角させると共に、その進角の変化に対応して、燃料ガス供給弁の開弁タイミングを進角させる制御部と、制御部で設定された前記吸気弁の閉じるタイミングに応じて吸気弁が閉じるタイミングを変更させる可変吸気弁タイミング機構と、制御部で設定された吸気弁の進角の変化に対応して燃料ガス供給弁の開弁タイミングを進角させる燃料ガス供給弁タイミング機構とを備え、エンジンの出力軸の出力の増大に伴い、可変吸気弁タイミング機構によってエンジン内のガスと空気の混合気の圧縮比をより下げる制御を行い、前記燃料ガス供給弁の閉弁タイミングは、前記燃料ガス供給弁の開弁期間を算出するガス供給時間算出部と、前記燃料ガス供給弁の開弁タイミングを起点として前記開弁期間に基づいて前記燃料ガス供給弁による燃料ガスの閉弁タイミングを指示するガス供給弁制御部と、によって設定されたことを特徴とする。
本発明によるエンジンシステムの制御方法では、ガス燃料の供給量を増やしてエンジンの出力軸の出力が増大した場合に、吸気弁が閉じるタイミングを吸入下死点から進角することで、エンジンの燃焼室内における混合気の圧縮
[0008]
Preferably, the output is calculated in relation to the rotational speed by actually measuring the torque with a sensor. Moreover, the output (load) of the output shaft of the engine can be obtained in real time by multiplying the measured value of the rotational speed of the output shaft obtained by providing the rotational speed sensor and the measured torque value of the torque sensor. Therefore, since the advance angle of the closing timing of the intake valve of the engine and the advance angle of the opening timing of the fuel gas supply valve can be accurately set, the combustion efficiency can be improved and the gas You can drive.
[0025]
Further, it is preferable that the advance angle of the timing at which the intake valve closes is set from the advance value set using the output values of the plurality of output shafts and the data of the rotational speed measured in advance as parameters.
The preferred value of the advance angle of the closing timing of the intake valve becomes larger when the output is large, but also depends on the rotational speed. Therefore, a map including at least these two parameters is created in advance, and knocking can be further suppressed by controlling the advance of the closing timing of the intake valve according to the change in the output and the rotation speed of the engine.
[0026]
The engine system according to the present invention is an engine system including a four-stroke engine using gas as a fuel, and when the output of the output shaft of the engine increases, the timing of closing the intake valve of the engine is advanced, and A control unit for advancing the opening timing of the fuel gas supply valve in response to a change in the advancing angle; and a variable intake for changing the timing of closing the intake valve according to the closing timing of the intake valve set by the control unit. A valve timing mechanism, and a fuel gas supply valve timing mechanism for advancing the valve opening timing of the fuel gas supply valve in accordance with a change in the advance angle of the intake valve set by the control unit. With the increase of the fuel gas supply valve, the variable intake valve timing mechanism controls the compression ratio of the mixture of gas and air in the engine to be further reduced. The valve closing timing includes a gas supply time calculation unit that calculates a valve opening period of the fuel gas supply valve, and a fuel supply by the fuel gas supply valve based on the valve opening period starting from the valve opening timing of the fuel gas supply valve. And a gas supply valve control unit for instructing a valve closing timing of the gas.
In the control method of the engine system according to the present invention, when the supply amount of the gas fuel is increased and the output of the output shaft of the engine is increased, the timing at which the intake valve closes is advanced from the intake bottom dead center, whereby the combustion of the engine is started. Compression of air-fuel mixture in a room

Claims (14)

ガスを燃料とするエンジンの制御方法であって、
該エンジンの出力の増加に伴い、吸気弁が閉じるタイミングを吸入下死点からの進角を調整することで燃焼室内における混合気の圧縮比を下げる制御を行うと共に、
前記進角の変化に対応して燃料ガス供給弁の開弁タイミングを進角させることを特徴とするエンジンの制御方法。
A method for controlling a gas-fueled engine, comprising:
With the increase in the output of the engine, while controlling the timing at which the intake valve closes by adjusting the advance angle from the bottom dead center of the intake, the compression ratio of the air-fuel mixture in the combustion chamber is reduced, and
An engine control method, wherein the valve opening timing of a fuel gas supply valve is advanced in accordance with the change in the advance angle.
前記吸気弁が閉じるタイミングの進角が進むほど、前記燃料ガス供給弁の開弁タイミングの進角の度合いが、より大きくなることを特徴とする請求項1記載されたエンジンの制御方法。   2. The control method according to claim 1, wherein the advance of the timing of opening the fuel gas supply valve increases as the advance of the timing at which the intake valve closes increases. 前記燃料ガス供給弁の閉弁タイミングは、目標回転速度と実回転速度の偏差に基づいて開弁期間を算出し、当該開弁期間を前記燃料ガス供給弁の開弁タイミングを起点として設定することで決定されることを特徴とする請求項1または2に記載されたエンジンの制御方法。   The valve closing timing of the fuel gas supply valve is calculated based on a deviation between a target rotation speed and an actual rotation speed, and the valve opening period is set with the valve opening timing of the fuel gas supply valve as a starting point. The method for controlling an engine according to claim 1, wherein the control method is determined by: 前記吸気弁が閉じるタイミングの進角に伴って、燃料ガスの供給圧力を高くすることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載されたエンジンの制御方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the supply pressure of the fuel gas is increased with an advance of the timing at which the intake valve is closed. 前記吸気弁が閉じるタイミングの進角に伴って、前記エンジンの点火タイミングを進角させることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載されたエンジンの制御方法。   The method according to any one of claims 1 to 4, wherein the ignition timing of the engine is advanced with the advance of the timing at which the intake valve closes. 前記点火タイミングの進角度合いは、予め測定した前記エンジンの出力と回転速度とをパラメータとして設定したトルクリッチ領域とトルクプア領域の境界である舶用三乗特性線をピークとし、
前記トルクリッチ領域においては前記舶用三乗特性線より進角度合いが減じられることを特徴とする請求項5に記載されたエンジンの制御方法。
The advance angle of the ignition timing has a peak at a cubic characteristic line for a ship, which is a boundary between a torque rich region and a torque poor region in which the output and the rotational speed of the engine measured in advance are set as parameters.
The engine control method according to claim 5, wherein in the torque rich region, the advance angle is reduced from the cubic characteristic line for ships.
前記エンジンの出力は、前記エンジンの出力軸のトルクをトルクセンサで測定したトルク測定値と、前記エンジンの出力軸の回転速度を回転速度センサで測定した回転速度測定値と、から求めた出力軸の出力値であることを特徴とする請求項1から6のいずれか1項に記載されたエンジンの制御方法。   The output of the engine is an output shaft obtained from a torque measurement value obtained by measuring the torque of the output shaft of the engine with a torque sensor, and a rotation speed measurement value obtained by measuring the rotation speed of the output shaft of the engine with a rotation speed sensor. The engine control method according to any one of claims 1 to 6, wherein the output value is an output value. 前記前記吸気弁が閉じるタイミングの進角は、予め測定した複数の出力軸の出力及び回転速度のデータをパラメータとして設定した進角の値から設定されるようにしたことを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載されたエンジンの制御方法。   2. The advance angle of the timing at which the intake valve closes is set from an advance angle value set as a parameter using data of outputs and rotational speeds of a plurality of output shafts measured in advance. 8. The method for controlling an engine according to any one of claims 1 to 7. ガスを燃料とする4ストロークのエンジンを備えたエンジンシステムであって、
前記エンジンの出力軸の出力が増大した場合に前記エンジンの吸気弁が閉じるタイミングを進角させると共に、その進角の変化に対応して、燃料ガス供給弁の開弁タイミングを進角させる制御部と、
前記制御部で設定された前記吸気弁の閉じるタイミングに応じて前記吸気弁が閉じるタイミングを変更させる可変吸気弁タイミング機構と、
前記制御部で設定された前記吸気弁の進角の変化に対応して前記燃料ガス供給弁の開弁タイミングを進角させる燃料ガス供給弁タイミング機構と、を備え、
前記エンジンの出力軸の出力の増大に伴い、前記可変吸気弁タイミング機構によって前記エンジン内のガスと空気の混合気の圧縮比をより下げる制御を行うことを特徴とするエンジンシステム。
An engine system having a four-stroke engine using gas as fuel,
A control unit for advancing the timing of closing the intake valve of the engine when the output of the output shaft of the engine increases, and for advancing the valve opening timing of the fuel gas supply valve in response to a change in the advance angle; When,
A variable intake valve timing mechanism that changes the timing at which the intake valve closes according to the timing at which the intake valve closes set at the control unit;
A fuel gas supply valve timing mechanism for advancing the valve opening timing of the fuel gas supply valve in response to a change in the advance angle of the intake valve set by the control unit,
An engine system according to claim 1, wherein the variable intake valve timing mechanism controls the compression ratio of a gas-air mixture in the engine to be further reduced as the output of the output shaft of the engine increases.
請求項9に記載されたエンジンシステムであって、
前記エンジンの出力軸のトルクを測定するトルクセンサと、
前記エンジンの出力軸の回転速度を測定する回転速度センサとを備え、
前記トルクセンサによるトルク測定値と前記回転速度センサによる回転速度測定値から前記出力軸の出力を求めて、前記制御部における吸気弁の閉じるタイミングの変更を設定するようにしたエンジンシステム。
The engine system according to claim 9, wherein:
A torque sensor for measuring the torque of the output shaft of the engine,
A rotation speed sensor that measures the rotation speed of the output shaft of the engine,
An engine system wherein an output of the output shaft is obtained from a torque measurement value obtained by the torque sensor and a rotation speed measurement value obtained by the rotation speed sensor, and a change in the closing timing of the intake valve in the control unit is set.
請求項9または10に記載されたエンジンシステムであって、
前記燃料ガス供給弁の閉弁タイミングは、
目標回転速度と実回転速度の偏差に基づいて開弁期間を算出するガス供給時間算出部と、
前記開弁期間に基づいて前記燃料ガス供給弁による燃料ガスの閉弁タイミングを指示するガス供給弁制御部と、によって設定されたエンジンシステム。
The engine system according to claim 9, wherein:
The closing timing of the fuel gas supply valve,
A gas supply time calculation unit that calculates a valve opening period based on a deviation between the target rotation speed and the actual rotation speed,
An engine system set by a gas supply valve control unit for instructing a timing of closing the fuel gas by the fuel gas supply valve based on the valve opening period.
請求項9から11のいずれか1項に記載されたエンジンシステムであって、
前記吸気弁が閉じるタイミングの進角に伴って、燃料ガスの供給圧力を高くするように設定されたエンジンシステム。
An engine system according to any one of claims 9 to 11, wherein:
An engine system configured to increase the supply pressure of the fuel gas in accordance with the advance of the timing at which the intake valve closes.
請求項9から12のいずれか1項に記載されたエンジンシステムであって、
前記吸気弁が閉じるタイミングの進角に伴って、前記エンジンの点火タイミングも進角させるエンジンシステム。
The engine system according to any one of claims 9 to 12, wherein
An engine system for advancing the ignition timing of the engine with the advance of the timing at which the intake valve closes.
請求項9から13のいずれか1項に記載されたエンジンシステムであって、
前記吸気弁が閉じるタイミングの進角に伴う前記エンジンの点火タイミングの進角度合いは、予め測定した前記エンジンの出力値と回転数とをパラメータとして設定したトルクリッチ領域とトルクプア領域の境界である舶用三乗特性線をピークとし、前記トルクリッチ領域においては進角度合いが減じられるエンジンシステム。
An engine system according to any one of claims 9 to 13, wherein
The advance of the ignition timing of the engine accompanying the advance of the timing at which the intake valve closes is a boundary between the torque rich region and the torque poor region in which the output value and the rotation speed of the engine measured in advance are set as parameters. An engine system having a peak of a cubic characteristic line and reducing an advance angle in the torque rich region.
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