KR101992045B1 - 엔진 장치 - Google Patents

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오사무 야마기시
나오야 이케다
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얀마 가부시키가이샤
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Abstract

안정한 운전 동작을 실현함과 동시에 열 효율의 저하를 억제할 수 있는 엔진 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본원 발명의 엔진 장치는 실린더(36) 내에 공기를 공급시키는 흡기 매니폴드(67)와, 상기 흡기 매니폴드(67)로부터 공급되는 공기에 연료 가스를 혼합시켜서 상기 실린더(36)에 흡기하는 가스 인젝터(98)와, 상기 연료 가스를 공기에 예혼합시킨 예혼합 연료를 상기 실린더(36) 내에서 착화시키는 착화 장치(79)와, 상기 실린더(36) 내의 예혼합 연료에 있어서의 공기량의 부족을 판정하는 제어부(73)를 구비하고 있다. 상기 제어부(73)는 공기량이 부족되어 있다고 판정한 경우에 상기 착화 장치(79)에 의한 점화 시기를 단계적으로 지각 제어하는 한편 공기량이 충족되어 있다고 판정한 경우, 상기 점화 시기를 단계적으로 진각 제어한다.

Description

엔진 장치
본원 발명은 구동원이 되는 엔진 장치에 관한 것이며, 특히 연료 가스에 의한 연소에 의거하여 출력축을 회전시키는 엔진 장치에 관한 것이다.
종래부터 예를 들면, 탱커나 수송선 등의 선박이나 육상의 발전 시설에 있어서는 그 구동원으로서 디젤 엔진이 이용되고 있다. 그러나, 디젤 엔진의 배기가스 중에는 환경 보전의 방해가 되는 유해 물질이 되는 질소 산화물, 유황 산화물 및 입자상 물질 등이 많이 포함되어 있다. 그 때문에 최근에는 디젤 엔진의 대체가 되는 엔진으로서 유해 물질의 발생량을 저감할 수 있는 가스 엔진 등이 보급되고 있다.
천연 가스라고 하는 연료 가스를 이용하여 동력을 발생시키는 소위 가스 엔진은 공기에 연료 가스를 혼합한 혼합 가스를 실린더에 공급하여 연소시킨다(특허문헌 1 참조). 또한, 디젤 엔진의 특성과 가스 엔진의 특성 각각을 조합한 엔진 장치로서 천연 가스 등의 기체 연료(연료 가스)를 공기와 혼합시켜서 연소실에 공급하여 연소시키는 예혼합 연소 방식과, 중유 등의 액체 연료를 연소실 내에 분사해서 연소시키는 확산 연소 방식을 병용할 수 있는 듀얼 퓨엘 엔진이 제공되고 있다(특허문헌 2 및 특허문헌 3 참조).
자동차용의 가솔린 엔진에 있어서, 운전 동작의 안정화를 위해 실화 빈도를 추정해서 연료 분사 모드를 스위칭하는 제어 장치(특허문헌 4 참조)나, 실화 판정에 있어서의 회전 한계의 함수에 점화각에 대한 한계값을 파라미터로서 포함시킨 운전 방법(특허문헌 5 참조)이 개시되어 있다.
일본특허공개 2003-262139호 공보 일본특허공개 2002-004899호 공보 일본특허공개 2008-202545호 공보 일본특허공개 평 09-303189호 공보 일본특허공개 2005-036808호 공보
그런데, 예혼합 연소 방식으로 구동시킨 듀얼 퓨엘 엔진이나 가스 엔진에서는 출력이 커질수록 공연비에 대한 노킹 영역 및 실화 영역이 커진다는 특성을 구비하기 때문에 적정한 공연비(공기 유량/연료 유량)로 제어할 필요가 있다. 만약 공연비가 적정값으로부터 벗어나면 예를 들면, 공기 유량이 지나치게 많은 경우(공연비가 큰 경우)는 실화가 발생하고, 엔진의 회전수가 불안정해지고 최종적으로는 엔진이 정지한다. 한편, 공기 유량이 지나치게 적은 경우(공연비가 작은 경우)는 노킹이 발생하고 엔진의 부품(피스톤이나 라이너 등)을 손상시킨다. 여기서, 노킹은 실린더 내에서 화염 전파하는 과정에 있어서 연소하지 않은 개소가 고온 고압이 되어 자착화함으로써 발생한다.
노킹은, 점화 시기를 지연(리타드)시킴으로써 회피할 수 있다. 이것은 점화 시기를 지각(遲角)시킴으로써 연소의 개시 시기가 적정값으로부터 지연되고 연소가 완만해지기 때문이다. 그러나, 점화 시기를 지각시킴으로써 노킹을 회피시켰을 경우, 가스 엔진이나 듀얼 퓨엘 엔진에 있어서 예혼합 연소 방식에 의한 연소 동작을 실행하고 있을 때, 그 연소 효율을 저하시켜 버린다는 문제가 있다.
특히, 선박용이나 발전기용이 되는 대형 엔진 장치에 있어서는 흡기 매니폴드의 용적이 큰 점에서 제어량에 대하여 흡기 매니폴드로부터 공급되는 공기량의 응답성에 지연이 생긴다. 그 때문에 가스 엔진이나 듀얼 퓨엘 엔진에 의한 대형 엔진 장치는 자동차용의 가솔린 엔진 등과는 달리 노킹 발생의 검출에 의거하여 제어했을 경우, 필요한 공기량에 맞춘 점화 시기로 설정하는 것이 곤란할 뿐만 아니라 현 상황의 공기량에 따른 점화 시기로 하는 것도 뜻대로 안 된다. 따라서, 노킹 발생 후에 노킹을 억제시킬 수 있지만 노킹의 발생 사태를 미리 예측해서 억제할 수 없을 뿐만 아니라 연소 효율의 저하를 초래해 버린다.
그래서, 본원 발명은 상기와 같은 현 상황을 검토하여 개선을 실시한 엔진 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 하는 것이다.
본원 발명은 실린더 내에 공기를 공급시키는 흡기 매니폴드와, 상기 흡기 매니폴드로부터 공급되는 공기에 연료 가스를 혼합시켜서 상기 실린더에 흡기하는 가스 인젝터와, 상기 연료 가스를 공기에 예혼합시킨 예혼합 연료를 상기 실린더 내에서 착화시키는 착화 장치를 구비하고, 엔진 장치에 있어서 상기 실린더 내의 예혼합 연료에 있어서의 공기량의 부족을 판정하는 제어부를 구비하고 있으며, 상기 제어부는 공기량이 부족되어 있다고 판정한 경우에 상기 착화 장치에 의한 점화 시기를 단계적으로 지각 제어하는 한편 공기량이 충족되어 있다고 판정한 경우, 상기 점화 시기를 단계적으로 진각 제어한다는 것이다.
상기 엔진 장치에 있어서, 상기 제어부는 지각 제어 중에 있어서 지각 한계값에 도달했을 경우에 지각 제어를 정지하는 한편 진각 제어 중에 있어서 상기 점화 시기가 통상 운전 시의 것이 되었을 경우, 진각 제어를 정지하는 것으로 해도 상관없다.
상기 엔진 장치에 있어서, 상기 제어부는 상기 흡기 매니폴드에서 측정된 흡기 매니폴드 압력을 측정 압력으로서 받고 상기 흡기 매니폴드에서 목표값이 되는 목표 압력으로부터 상기 측정 압력을 감한 차분이 소정 차분 압력보다 클 때, 공기량이 부족되어 있다고 판정하는 것으로 해도 상관없다. 또한, 상기 제어부는 상기 흡기 매니폴드에서 측정된 공기 유량을 측정 유량으로서 받고 상기 흡기 매니폴드에서 목표값이 되는 목표 유량으로부터 상기 측정 유량을 감한 차분이 소정 차분 유량보다 클 때, 공기량이 부족되어 있다고 판정하는 것으로 해도 상관없다. 또한, 상기 제어부는 상기 엔진의 출력 변화량이 소정량보다 클 때, 공기량이 부족되어 있다고 판정한다는 것으로 해도 상관없다.
(발명의 효과)
본원 발명에 의하면 공기량의 부족 시에 있어서 점화 시기를 단계적으로 지각 제어하기 때문에 노킹의 발생을 검지하는 일 없이 노킹의 발생을 저감 할 수 있을 뿐만 아니라 필요 이상으로 점화 시기를 지각시키는 것을 방지하여 연소 효율의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 흡기 매니폴드 내의 공기량의 과부족을 예측 판정하함으로써 점화 시기를 설정할 수 있기 때문에 대형 엔진과 같이 대용적이 되는 흡기 매니폴드를 구비하는 것이어도 점화 시기를 최적으로 설정할 수 있다. 따라서, 엔진 장치의 연소 효율의 저하를 억제할 수 있는 것이면서 노킹 발생을 억제하여 안정한 운전을 실행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시형태에 있어서의 선박의 전체 측면도이다.
도 2는 기관실의 평면 설명도이다.
도 3은 기관실의 평면 설명도이다.
도 4는 본 발명의 실시형태에 있어서의 엔진 장치의 흡배기로의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 5는 동 엔진 장치에 있어서의 실린더 헤드 내의 모식적으로 나타낸 개략도이다.
도 6은 동 엔진 장치의 제어 블록도이다.
도 7은 동 엔진 장치의 측면도이다.
도 8은 동 엔진 장치의 평면도이다.
도 9는 동 엔진 장치의 확대 사시도이다.
도 10은 동 엔진 장치에 있어서의 공기 유량 제어의 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 11은 동 엔진 장치에 있어서의 공기 유량 제어의 동작을 나타내는 타임 차트이다.
도 12는 연료 가스 분사량 제어의 동작을 나타내는 모식도이다.
도 13는 목표 흡기 매니폴드 압력 맵 보정 제어의 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 14는 목표 흡기 매니폴드 압력 맵 보정 제어의 동작을 나타내는 모식도이다.
도 15는 목표 부연료 가스압 맵 보정 제어의 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 16은 엔진 제어 장치에 의한 점화 시기의 설정 제어의 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 17은 동 타임 차트이다.
도 18은 엔진 제어 장치에 의한 점화 시기의 설정 제어의 제 1 변형예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 19는 엔진 제어 장치에 의한 점화 시기의 설정 제어의 제 2 변형예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 20은 제 2 실시형태가 되는 엔진 제어 장치에 의한 점화 시기의 설정 제어의 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 21은 제 1 참고예에 있어서의 선박의 전체 측면도이다.
도 22는 기관실의 측면 단면도이다.
도 23은 기관실의 평면 설명도이다.
도 24는 제 1 참고예에 있어서의 엔진 장치의 연료 공급로의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 25는 동 엔진 장치에 있어서의 흡배기로의 구성을 나타내는 개략도이다.
도 26은 동 엔진 장치에 있어서의 실린더 헤드 내의 구성을 모식적으로 나타내는 개략도이다.
도 27은 동 엔진 장치의 제어 블록도이다.
도 28은 제 1 참고예에 있어서의 엔진 장치의 배기 매니폴드 설치측(우측면)을 나타내는 사시도이다.
도 29는 동 엔진 장치의 연료 분사 펌프 설치측(좌측면)을 나타내는 사시도이다.
도 30은 동 엔진 장치의 좌측면도이다.
도 31은 동 엔진 장치를 가스 모드에서 운전시켰을 때의 부하에 대한 공연비 제어를 설명하기 위한 도면이다.
도 32는 엔진 제어 장치에 의한 점화 시기의 설정 제어의 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
도 33은 동 타임 차트이다.
도 34는 엔진 제어 장치에 의한 점화 시기의 설정 제어의 제 1 참고 변형예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 35는 엔진 제어 장치에 의한 점화 시기의 설정 제어의 제 2 참고 변형예를 나타내는 플로우 차트이다.
도 36은 엔진 제어 장치에 의한 점화 시기의 설정 제어의 제 3 변형예에 있어서의 지각 설정 맵을 나타내는 도면이다.
도 37은 제 2 참고예가 되는 엔진 제어 장치에 의한 점화 시기의 설정 제어의 동작을 나타내는 플로우 차트이다.
이하에 본원 발명을 구체화한 제 1 실시형태를 전기 추진선에 탑재되는 발전 기구에 적용했을 경우의 도면에 의거하여 설명한다.
우선 처음에 선박의 개요에 대하여 설명한다. 도 1~도 3에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 선박(1)은 선체(2)와, 선체(2)의 선미측에 설치된 캐빈(3)(선교)과, 캐빈(3)의 후방에 배치된 펀넬(4)(연돌)과, 선체(2)의 후방 하부에 설치된 한 쌍의 프로펠러(5) 및 키(6)를 구비하고 있다. 이 경우, 선미측의 선저(7)에 한 쌍의 스케그(8)가 일체 형성되어 있다. 각 스케그(8)에는 프로펠러(5)를 회전 구동시키는 추진축(9)이 축 지지된다. 각 스케그(8)는 선체(2)의 좌우 폭방향을 분할하는 선체 중심선(CL)(도 2 참조)을 기준으로 해서 좌우대칭 형상으로 형성되어 있다. 즉, 제 1 실시형태에서는 선체(2)의 선미 형상으로서 트윈 스케그가 채용되고 있다.
선체(2) 내의 선수측 및 중앙부에는 선창(10)이 설치되어 있고, 선체(2) 내의 선미측에는 기관실(11)이 설치되어 있다. 기관실(11)에는 프로펠러(5)의 구동원인 추진 기구(12)가 선체 중심선(CL)을 사이에 둔 좌우로 나우어 한 쌍 배치되어 있다. 각 추진 기구(12)로부터 추진축(9)에 전달된 회전 동력으로 각 프로펠러(5)는 회전 구동한다. 기관실(11)에는 각 추진 기구(12) 등에의 전력 공급을 제어하는 전력 제어반(13)과, 전력 제어반(13)을 통해 공급하는 전력을 발생시키는 복수 기(본 실시예에서는 3기)의 발전 기구(14)가 설치되어 있다. 기관실(11)의 내부는 갑판 및 내저판에 의해 상하로 칸막이 되어 있다. 제 1 실시형태의 추진 기구(12), 전력 제어판(13) 및 발전 기구(14)는 기관실(11) 최하단의 내저판 상에 설치되어 있다. 또한, 상세는 도시하고 있지 않지만 선창(10)은 복수의 구획으로 분할되어 있다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이 추진 기구(12)는 프로펠러(5)의 구동원인 추진 모터 장치(15)(실시형태에서는 듀얼 퓨엘 엔진)와, 추진 모터 장치(15)의 동력을 추진축(9)에 전달하는 감속기(22)를 조합한 것이다. 또한, 발전 기구(14)는 공급하는 전력을 발전하는 발전기(23)와, 발전기(23)의 구동원인 중속 엔진 장치(21)를 조합한 것이다. 여기서, 「중속」의 엔진이란 매분 500~1000회전 정도의 회전 속도로 구동하는 것을 의미하고 있다. 이와 관련하여 「저속」의 엔진은 매분 500회전 이하의 회전 속도로 구동하고, 「고속」의 엔진은 매분 1000회전 이상의 회전 속도로 구동한다. 실시형태의 엔진 장치(21)는 중속의 범위 내(매분 700~750회전 정도)로 정속 구동하도록 구성되어 있다.
엔진 장치(21)의 후면측으로부터 엔진 출력축(24)의 후단측이 돌출되어 있다. 엔진 출력축(24)의 후단측에 발전기(23)가 동력 전달가능하게 연결되어 있다. 발전 기구(14)에서는 엔진 장치(21)에 의해 발전기(23)를 회전 구동함으로써 발전기(23)가 발전 전력을 전력 제어반(13)에 송전한다. 전력 제어반(13)은 각 발전기(23)로부터 송전된 전력의 일부를 추진 모터 장치(15)에 공급하고, 추진 모터 장치(15)를 회전 구동시킨다. 또한, 전력 제어반(13)은 각 발전기(23)에 의한 발전 전력을 추진 모터 장치(15) 이외의 선체(2) 내의 전기 계통에도 공급한다.
추진 모터 장치(15)는 전력 제어반(13)으로부터의 전력에 의거하여 회전 구동하는 추진 모터 장치(15)의 동력은 모터 출력축(16)의 후단측으로부터 감속기(22)를 통해 추진축(9)에 전달된다. 추진 모터 장치(15)의 동력의 일부는 감속기(22)에 의해 감속되어서 추진축(9)에 전달된다. 감속기(22)로부터의 감속 동력으로 프로펠러(5)가 회전 구동한다. 또한, 프로펠러(5)에는 프로펠러 날개의 날개각 변경에 의해 선속을 조절가능한 가변 피치 프로펠러가 채용되고 있다.
이어서, 상기 선박(1)에 있어서의 발전 기구(14)로서 사용되는 엔진 장치인 가스 엔진 장치의 구성에 대해서 도 3~도 9를 참조하여 설명한다. 가스 엔진 장치(21)(이하, 단지 「엔진 장치(21)」라고 부른다)는 천연 가스 등의 연료 가스를 공기에 혼합시켜서 연소시키는 예혼합 연소 방식에 의해 구동한다. 도 4는 엔진 장치(21)에 있어서의 흡배기 계통을 나타내는 도면이고, 도 5는 엔진 장치(21)에 있어서의 실린더 헤드 내의 모식적으로 나타낸 개략도이며, 도 6은 엔진 장치(21)에 있어서의 제어 블록도이다.
도 3에 나타내는 바와 같이 엔진 장치(21)는 선박(2)에 설치된 가스 연료 탱크(32)와 기화 장치(34) 및 가스 밸브 유닛(35)을 통해 접속되어 있고, 연료 가스 공급로를 구성하고 있다. 가스 연료 탱크(32)는 기체인 연료 가스를 액화시킨 액화 연료 가스를 저장하고 있다. 기화 장치(34)는 가스 연료 탱크(32)의 액화 연료(연료 가스)를 기화시켜 가스 밸브 유닛(35)을 통해 엔진 장치(21)로 보낸다. 또한, 가스 밸브 유닛(35)은 밀폐 구조로 되어 있고, 가스 배관으로부터 연료 가스가 누설되었을 경우, 유닛 내의 가스압을 검출함으로써 가스 누출을 확인할 수 있고 엔진을 긴급 정지시킬 수 있다.
엔진 장치(21)는 주연료 가스 유로(30) 및 부연료 가스 유로(31)에 의해 가스 밸브 유닛(35)과 접속하고 있다. 주연료 가스 유로(30)는 주연료 가스 압력 조정기(110)를 구비하고 있고, 주연료 가스 압력 조정기(110)로 가스 밸브 유닛(35)으로부터 엔진 장치(21)에 공급하는 연료 가스의 가스압을 조정하고 있다. 주연료 가스 유로(30)는 주연료 가스 압력 조정기(110)를 구비하고 있고, 주연료 가스 압력 조정기(110)로 후술의 가스 인젝터(98)(도 4 참조)로부터 주실(M)(도 5 참조)에 공급하는 연료 가스의 가스압을 조정하고 있다. 또한, 부연료 가스 유로(31)는 부연료 가스 압력 조정기(111)를 구비하고 있고, 부연료 가스 압력 조정기(111)로 후술의 체크 밸브(89)(도 5 참조)로부터 부실(S)(도 5 참조)에 공급하는 연료 가스의 가스압을 조정하고 있다.
엔진 장치(21)는 도 4에 나타내는 바와 같이 후술의 실린더 블록(25)에 복수의 기통(실린더)(36)(본 실시형태에서는 6기통)을 직렬로 늘어놓은 구성을 갖고 있다. 각 기통(36)은 실린더 블록(25) 내에 구성되는 흡기 매니폴드(흡기 유로)(67)와 흡기 포트(37)를 통해 연통되어 있다. 각 기통(36)은 후술의 실린더 헤드(26) 상방에 배치되는 배기 매니폴드(배기 유로)(44)와 배기 포트(38)를 통해 연통되어 있다. 각 기통(36)에 있어서의 흡기 포트(37)에 가스 인젝터(98)를 배치한다.
따라서, 흡기 매니폴드(67)로부터의 공기가 흡기 포트(37)를 통해 각 기통(36)에 공급되는 한편 각 기통(36)으로부터의 배기가스가 배기 포트(38)를 통해 배기 매니폴드(44)에 토출된다. 가스 인젝터(98)로부터 연료 가스를 흡기 포트(37)에 공급하고, 흡기 매니폴드(67)로부터의 공기에 연료 가스를 혼합하여 각 기통(36)에 예혼합 가스를 공급한다. 또한, 흡기 매니폴드(67)에는 흡기 매니폴드(67) 내의 공기 압력을 측정하는 흡기 매니폴드 압력 센서(39)를 배치하고 있다.
또한, 본 실시형태에서는 흡기 매니폴드(67)에 있어서의 공기량을 흡기 매니폴드 압력에 의한 것으로 하지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 흡기 매니폴드(67)에 공급되는 공기 유량을 매스 플로 미터 또는 오리피스 유량계에 의해 검지하고, 검지한 공기 유량을 흡기 매니폴드(67)의 공기량으로 해도 좋다.
배기 매니폴드(44)의 배기 출구측에 과급기(49)의 터빈(49a)의 배기 입구를 접속하고 있고, 흡기 매니폴드(67)의 공기 입구측(신기 입구측)에 인터쿨러(51)의 공기 토출구(신기 출구)를 접속하고 있다. 인터쿨러(51)의 공기 흡입구(신기 입구)에 과급기(49)의 컴프레서(49b)의 공기 토출구(신기 출구)를 접속하고 있다. 컴프레서(49b) 및 인터쿨러(51) 사이에 메인 스로틀 밸브(V1)를 배치하고 있고, 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도를 조절하여 흡기 매니폴드(67)에 공급하는 공기 유량을 조정한다.
컴프레서(49b)를 바이패스시키는 급기 바이패스 유로(17)가 컴프레서(49b)의 공기 흡입구(신기 입구)측과 인터쿨러(51)의 공기 흡입구측을 연결하고 있다. 즉, 급기 바이패스 유로(17)는 컴프레서(49b)의 공기 흡입구보다 상류측에서 외기로 해방되는 한편 인터쿨러(51)와 메인 스로틀 밸브(V1)의 접속 부분에 접속된다. 이 급기 바이패스 유로(17) 상에 급기 바이패스 밸브(V2)를 배치하고 있고, 급기 바이패스 밸브(V2)의 밸브 개방도를 조절하여 메인 스로틀 밸브(V1) 하류측으로부터 급기 바이패스 유로(17)를 통해 외기로 흐르는 공기 유량을 조정한다.
상기한 바와 같이, 엔진 장치(21)의 흡기 계통은 흡기 매니폴드(67)와, 인터쿨러(51)와, 메인 스로틀 밸브(V1)와, 컴프레서(49b)와, 급기 바이패스 밸브(V2)를 구비하고 있다. 엔진 장치(21)의 흡기 계통에서는 흡기 매니폴드(67)로부터 공기의 흐름의 상류측을 향해 인터쿨러(51)와, 메인 스로틀 밸브(V1)와, 컴프레서(49b)가 순서대로 배치되어 있다. 급기 바이패스 밸브(V2)는 컴프레서(49b)를 바이패스하는 바이패스 경로인 급기 바이패스 유로(17) 상에 설치되어 있다. 또한, 엔진 장치(21)의 배기 계통은 배기 매니폴드(44)와 터빈(49a)을 구비하고 있고, 배기 매니폴드(44)로부터 배기가스 흐름의 하류측을 향해 터빈(49a)이 배치되어 있다.
엔진 장치(21)는 도 5에 나타내는 바와 같이 실린더 블록(25) 내에 기통(36)을 설치하고 있고, 기통(36) 내에 피스톤(78)을 슬라이딩가능하게 수납하고 있다. 실린더 블록(25) 상부에 실린더 헤드(26)를 배치하고, 실린더 헤드(26)에는 착화 장치(79)를 삽입하고 있고, 착화 장치(79)의 외주측에 흡기 밸브(80) 및 배기 밸브(81)를 슬라이딩가능하게 설치하고 있다. 그리고, 착화 장치(79) 내에 있어서의 착화 장치(79) 하단측에 부실(S)을 형성하고 있다. 또한, 착화 장치(79)에 스파크 플러그(82) 및 체크 밸브(89)를 각 선단이 부실(S)의 상방에 위치하도록 삽입하고 있다. 기통(36) 내에는 실린더 헤드(26) 하측과 피스톤(78) 정부로 둘러싸이는 주실(M)을 형성한다.
즉, 실린더 블록(25) 내에는 원통 형상의 기통(36)이 삽입되어 있고, 기통(36) 내를 상하방향으로 피스톤(78)이 왕복동함으로써 기통(36) 하측의 엔진 출력축(24)을 회전시킨다. 실린더 블록(25) 상의 실린더 헤드(26) 각각에는 스파크 플러그(82) 및 체크 밸브(89)를 장전하고 있는 착화 장치(79)가 기통(36)에 선단을 향해 삽입되어 있다. 이 착화 장치(79)는 기통(36)의 상단면의 중심 위치에 선단을 배치하고 있고, 체크 밸브(89)가 부연료 가스 유로(31)와 접속되어 있다. 따라서, 엔진 장치(21)가 구동할 때, 착화 장치(79)의 부실(S)에서 체크 밸브(89)로부터 분사되는 연료 가스를 스파크 플러그(82)의 불꽃으로 인화시키고, 기통(36) 내의 주실(M)의 중심 위치에 착화 화염(연소 가스)을 발생시킨다.
흡기 포트(37)에는 가스 인젝터(98)를 배치하고 있고, 흡기 포트(37) 내의 공기 유로에 가스 인젝터(98)의 가스 분사 노즐이 삽입되어 있다. 또한, 가스 인젝터(98)가 주연료 가스 유로(30)와 접속되어 있다. 흡기 포트(37) 내의 공기 유로에서는 가스 인젝터(98)의 가스 분사 노즐로부터 분사된 연료 가스가 흡기 매니폴드(67)로부터 유입하는 공기에 혼합된다. 따라서, 흡기 밸브(80)를 개방했을 때, 흡기 매니폴드(67)로부터의 공기에 가스 인젝터(98)로부터의 연료 가스를 혼합한 예혼합 가스를 주실(M)에 유입시킨다.
각 실린더 헤드(26)에 있어서 흡기 밸브(80)를 상하동시킴으로써 흡기 포트(37)를 개폐하고, 배기 밸브(81)를 상하동시킴으로써 배기 포트(38)를 개폐한다. 즉, 흡기 밸브(80)가 개방됨으로써 흡기 포트(37)를 통해 흡기 매니폴드(67)로부터의 공기를 기통(36) 내의 주실(M)에 흡기시키는 한편 배기 밸브(81)가 개방됨으로써 배기 포트(38)를 통해 기통(36) 내의 주실(M)에서의 연소 가스(배기가스)를 배기 매니폴드(44)에 배기시킨다. 따라서, 엔진 장치(21)가 구동할 때, 착화 장치(79)에 의한 착화 화염(연소 가스)이 발생함으로써 흡기 밸브(80)를 통해 기통(36) 내의 주실(M)에 공급되는 예혼합 가스가 반응하여 예혼합 연소를 발생시킨다.
즉, 엔진 장치(21)가 구동하고 있을 때, 가스 인젝터(98)가 연료 가스를 흡기 포트(37) 내에 분사한다. 그 때문에 흡기 포트(37) 내에서는 가스 인젝터(98)로부터 분사된 연료 가스가 흡기 매니폴드(67)로부터 유입하는 공기에 혼합된다. 그리고, 이 공기에 연료 가스 혼합시킨 혼합 가스는 흡기 포트(37)를 통해 흡기 밸브(80)를 향해 흐르게 된다. 이 때, 흡기 밸브(80)를 개방함으로써 기통(36) 내의 주실(M)에 혼합 가스를 흡기시킨다. 그리고, 흡기 밸브(80)를 폐쇄함과 아울러 피스톤(78)을 슬라이드시켜서 주실(M) 내의 혼합 가스를 압축시킨 후, 착화 장치(79)에 의해 착화 화염을 주실(M) 내에 분출시켜서 주실(M) 내에서 혼합 가스를 연소시킨다. 그 후, 배기 밸브(81)를 개방함으로써 주실(M) 내의 연소 가스(배기가스)를 실린더 헤드(26) 내의 배기 포트(38)를 통해 배기 매니폴드(44)에 배기한다.
주연료 가스 유로(30)에는 유로 내의 연료 가스의 가스 압력 및 가스 온도를 측정하는 주연료 가스압 센서(112) 및 주연료 가스 온도 센서(113)가 설치되어 있다. 주연료 가스압 센서(112)의 측정 결과에 의거하여 가스 인젝터(98)로부터 흡기 포트(37)에 공급되는 연료 가스의 유량이 계측된다. 또한, 주연료 가스 온도 센서(113)에 의해 가스 인젝터(98)로부터 공급하는 연료 가스의 온도가 측정된다. 부연료 가스 유로(31)에는 유로 내의 연료 가스의 가스 압력을 측정하는 부연료 가스압 센서(114)가 설치되어 있고, 부연료 가스압 센서(114)의 측정 결과에 의거하여 체크 밸브(89)에 공급되는 연료 가스의 유량이 계측된다.
엔진 장치(21)는 도 6에 나타내는 바와 같이 엔진 장치(21)의 각 부를 제어하는 엔진 제어 장치(73)를 갖고, 기통(36)마다에 스파크 플러그(82) 및 가스 인젝터(98)를 설치하고 있다. 엔진 제어 장치(73)는 스파크 플러그(82) 및 가스 인젝터(98)에 제어 신호를 주어서 스파크 플러그(82)에 의한 점화, 및 가스 인젝터(98)에 의한 가스 연료 공급을 제어한다.
엔진 제어 장치(73)는 주연료 가스 압력 조정기(110) 및 부연료 가스 압력 조정기(111)를 제어하여 주연료 가스 유로(30) 및 부연료 가스 유로(31)로부터 공급하는 연료 가스의 가스 압력(가스 유량)을 조정한다. 엔진 제어 장치(73)는 메인 스로틀 밸브(V1) 및 급기 바이패스 밸브(V2) 각각에 제어 신호를 주어서 각각 밸브 개방도를 조절하고, 흡기 매니폴드(67)에 있어서의 공기 압력(흡기 매니폴드 압력)을 조정한다.
엔진 제어 장치(73)는 와트 트랜스듀서나 토크 센서 등의 부하 측정기(부하 검출 센서)(19)에 의한 측정 신호를 받고 엔진 장치(21)에 가하는 부하를 산출한다. 엔진 제어 장치(73)는 엔진 출력축(크랭크축)(24)의 회전수를 측정하는 펄스 센서 등의 엔진 회전 센서(20)에 의한 측정 신호를 받고 엔진 장치(21)의 엔진 회전수를 검지한다. 엔진 제어 장치(73)는 흡기 매니폴드(67)에 있어서의 공기 압력을 측정하는 흡기 매니폴드 압력 센서(압력 센서)(39)로부터 측정 신호를 받고 흡기 매니폴드 압력을 검지한다. 엔진 제어 장치(73)는 윤활유 온도 센서로부터 측정 신호를 받고 엔진 장치(21) 내를 순환시키는 윤활유의 윤활유 온도(Tj)를 검지한다.
엔진 제어 장치(73)는 주연료 가스 압력(주실 가스 압력)(Pm)을 검지하는 주연료 가스압 센서(112), 주연료 가스 온도(Tm)를 검지하는 연료 가스 온도 센서(113), 및 부실 연료 유량으로서의 부연료 가스 압력(부실 가스 압력)(Ps)를 검지하는 부연료 가스압 센서(114)로부터 측정 신호를 받는다. 엔진 제어 장치(73)는 주연료 가스압 센서(112) 및 주연료 가스 온도 센서(113) 각각으로부터의 측정 신호에 의거하여 주연료 가스 압력 조정기(110)를 구동 제어하고, 각 흡기 포트(37)의 가스 인젝터(98)에 공급하는 주연료 가스 유량을 조정한다. 엔진 제어 장치(73)는 부연료 가스압 센서(114)로부터의 측정 신호에 의거하여 부연료 가스 압력 조정기(111)를 구동 제어하고, 각 착화 장치(79)의 체크 밸브(89)에 공급하는 부연료 가스 유량을 조정한다.
엔진 제어 장치(73)는 가스 인젝터(98)에 있어서의 밸브의 개방 기간을 조절하여 각 기통(36)의 주실(M) 내에 공급하는 연료 가스 유량을 설정한다. 그리고, 엔진 제어 장치(73)는 스파크 플러그(82)의 점화 동작을 제어하여 각 기통(36)에 있어서의 연소를 소정 타이밍으로 발생시킨다. 즉, 가스 인젝터(98)가 밸브 개방도에 따른 유량의 연료 가스를 흡기 포트(37)에 공급하여 흡기 매니폴드(67)로부터의 공기에 혼합하여 예혼합 연료를 기통(36)에 공급시킨다. 그리고, 각 기통(36)의 분사 타이밍에 맞춰 스파크 플러그(82)에 의해 착화 장치(79)에 있어서의 부실(S) 내에 체크 밸브(89)로부터 공급되는 부연료 가스를 착화시킨다. 이 착화 장치(79)에서 발생한 연소 가스가 주실(M) 내에 분사되고, 예혼합 가스를 공급한 기통(36) 내에서 발화시킨다.
이어서, 가스 엔진 장치(21)(엔진 장치(21))의 외관 구성에 대해서 도 7~도 9를 참조하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 발전기(23)와의 접속측을 후측으로 해서 엔진 장치(21)의 구성에 있어서의 전후좌우의 위치 관계를 지정하는 것이으로 한다.
엔진 장치(21)는 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이 베이스대(27) 상에 거치되는 실린더 블록(25)에 엔진 출력축(24)을 구비하고, 복수의 헤드 커버(40)가 전후 일렬로 배열된 실린더 헤드(26)를 실린더 블록(25) 상에 탑재하고 있다. 엔진 장치(21)는 실린더 헤드(26)의 우측면에 주연료 가스 유로(30)의 일부인 주연료 가스 배관(41)을 헤드 커버(40)열과 평행하게 연장 설치하는 한편 실린더 블록(25)의 좌측면에 부연료 가스 유로(31)의 일부인 부연료 가스 배관(42)을 헤드 커버(40)열과 평행하게 연장 설치하고 있다.
주연료 가스 배관(41)의 상측에 있어서, 배기 매니폴드(배기 유로)(44)가 헤드 커버(40)열과 평행하게 연장 설치되어 있고, 이 배기 매니폴드(44)의 외주가 차열 커버(45)로 덮여 있다. 차열 커버(45)는 배기 매니폴드(44)의 외주면 및 후단을 덮도록 구성되어 있다. 이 차열 커버(45)와 배기 매니폴드(44) 사이에 형성되는 공기층이 단열층으로서 기능하기 때문에 배기 매니폴드(44)로부터의 배열에 의한 주위의 영향을 저감시킨다. 또한, 실린더 블록(25)의 좌측면에 부연료 가스 배관(42)을 덮는 사이드 커버(43)를 배치하고 있다.
도 7~도 9에 나타내는 바와 같이 배기 매니폴드(44)의 전단(배기 출구측)은 배기 중계관(48)을 통해 과급기(49)와 접속되어 있다. 따라서, 배기 매니폴드(44)를 통해 배기되는 배기가스가 배기 중계관(48)을 통해 과급기(49)의 터빈(49a)에 유입함으로써 터빈(49a)이 회전하여 터빈(49a)과 동축이 되는 컴프레서(49b)를 회전시킨다. 과급기(49)는 엔진 장치(21)의 전단 상측에 배치되어 있고, 그 우측에 터빈(49a)을, 그 좌측에 컴프레서(49b)를 각각 갖는다. 그리고, 배기 출구관(50)이 과급기(49)의 우측에 배치됨과 아울러 터빈(49a)의 배기 출구와 연결되고, 터빈(49a)으로부터의 배기가스를 배기시킨다.
과급기(49)의 하측에는 과급기(49)의 컴프레서(49b)로 압축 공기를 냉각시키는 인터쿨러(51)가 배치되어 있다. 즉, 실린더 블록(25)의 전단측에 인터쿨러(51)가 설치됨과 아울러 이 인터쿨러(51)의 상부에 과급기(49)가 적재된다. 과급기(49)의 좌우 중층 위치에는 컴프레서(49b)의 공기 토출구가 후방(실린더 블록(25)측)을 향해 개구되도록 해서 설치되어 있다. 한편, 인터쿨러(51) 상면에는 상방을 향해 개구된 공기 흡입구가 설치되어 있고, 이 공기 흡입구를 통해 컴프레서(49b)로부터 토출되는 압축 공기가 인터쿨러(51) 내부에 유입한다. 그리고, 컴프레서(49b)의 공기 토출구와 인터쿨러(51)의 공기 흡입구는 일단이 접속되어 있는 급기 중계관(52)에 의해 연통된다. 이 급기 중계관(52) 내부에는 메인 스로틀 밸브(V1)를 축 지지하고 있다.
과급기(49)는 좌우 각각으로 나누어 배치된 컴프레서(49b) 및 터빈(49a)을 동축에서 축 지지하고, 배기 중계관(48)을 통해 배기 매니폴드(44)로부터 도입되는 터빈(49a)의 회전에 의거하여 컴프레서(49b)가 회전한다. 또한, 과급기(49)는 신기 취입측이 되는 컴프레서(49b)의 좌측에 도입하는 외기를 제진하는 흡기 필터(63)와, 흡기 필터(63)와 컴프레서(49b)를 접속하는 신기 통로관(64)을 구비한다. 이것에 의해 터빈(49a)과 동기해서 컴프레서(49b)가 회전함으로써 흡기 필터(63)에 의해 흡인된 외기(공기)는 과급기(49)를 통해 컴프레서(49b)에 도입된다. 그리고, 컴프레서(49b)는 좌측으로부터 흡인한 공기를 압축하여 후측에 설치되어 있는 급기 중계관(52)에 압축 공기를 토출한다.
급기 중계관(52)은 그 상부 전방을 개구시켜서 컴프레서(49b) 후방의 토출구와 접속하고 있는 한편 그 하측을 개구시켜서 인터쿨러(51) 상면의 흡기구와 접속하고 있다. 또한, 인터쿨러(51)는 전면의 통기로에 설치한 분기구에 있어서 급기 바이패스관(66)(급기 바이패스 유로(17))의 일단과 접속하고 있고, 인터쿨러(51)에 의해 냉각된 압축 공기의 일부를 급기 바이패스관(66)에 토출한다. 급기 바이패스관(66)의 타단이 신기 통로관(64)의 전면에 설치한 분기구에 접속하여 인터쿨러(51)에 의해 냉각된 압축 공기의 일부가 급기 바이패스관(66)을 통해 신기 통로관(64)에 환류되고 급기 필터(63)로부터의 외기와 합류한다. 또한, 급기 바이패스관(66)은 그 중도부에 급기 바이패스 밸브(V2)를 축 지지하고 있다.
인터쿨러(51)는 급기 중계관(52)을 통해 컴프레서(49b)로부터의 압축 공기를 좌측 후방으로부터 유입시키면 급수 배관(62)으로부터 급수되는 냉각수와의 열교환 작용에 의거하여 압축 공기를 냉각시킨다. 인터쿨러(51) 내부에 있어서 좌실에서 냉각된 압축 공기는 전방의 통기로를 흘러서 우실에 도입된 후, 우실 후방에 설치된 토출구를 통해 흡기 매니폴드(67)(도 4 참조)에 토출된다.
또한, 과급기(49)의 터빈(49a)은 후방의 흡입구를 배기 중계관(48)과 접속시키고 있고, 우측의 토출구를 배기 출구관(50)과 접속시키고 있다. 이것에 의해 과급기(49)는 배기 중계관(48)을 통해 배기 매니폴드(44)로부터 배기가스를 터빈(49a) 내부에 도입시켜서 터빈(49a)을 회전시킴과 동시에 컴프레서(49b)를 회전시켜 배기가스를 배기 출구관(50)으로부터 배기한다. 배기 중계관(48)은 그 후방을 개구시켜서 배기 매니폴드(44)의 토출구와 접속하고 있는 한편 그 전방을 개구시켜서 터빈(49a) 후방의 흡입구와 접속하고 있다.
또한, 엔진 장치(21) 각 부의 동작을 제어하는 엔진 제어 장치(73)가 지지 스테이(지지 부재)(74)를 통해 실린더 블록(25)의 후단면에 고정된다. 실린더 블록(25)의 후단측에는 발전기(23)와 연결해서 회전시키는 플라이 휠(76)이 설치되어 있고, 플라이 휠(76)을 덮는 플라이 휠 하우징(76a)의 상부에 엔진 제어 장치(73)가 배치되어 있다. 이 엔진 제어 장치(73)는 엔진 장치(21) 각 부에 있어서의 센서(압력 센서나 온도 센서)와 전기적으로 접속되어 엔진 장치(21) 각 부의 온도 데이터나 압력 데이터 등을 수집함과 아울러 엔진 장치(21) 각 부에 있어서의 전자 밸브 등에 신호를 주고 엔진 장치(21)의 각종 동작(플러그 점화, 가스압 조정, 밸브 개방도 조정, 가스 분사, 냉각수 온도 조정 등)을 제어한다.
상술한 바와 같이, 본 실시형태의 엔진 장치(21)는 과급기(49)의 공기 배출구와 인터쿨러(51) 입구의 접속 개소에 메인 스로틀 밸브(V1)를 설치하고 있다. 또한, 엔진 장치(21)는 과급기(49)의 공기 유입구와 인터쿨러(51) 입구를 연결하는 급기 바이패스관(66)을 구비함과 아울러 급기 바이패스관(66)에 급기 바이패스 밸브(V2)를 배치하고 있다. 메인 스로틀 밸브(V1)와 급기 바이패스 밸브(V2)를 구비한 구조로 함으로써 흡기 매니폴드(67)의 공기 유량을 고정밀도로 제어할 수 있기 때문에 부하 변동에 대해서도 응답성 좋게 공기 유량을 제어할 수 있다. 급기 바이패스관(66)이 과급기(49)의 컴프레서(49b)와 흡기 매니폴드(67)에 대한 완충 유로로서 기능하기 때문에 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도를 제어함으로써 부하의 증감에 맞춰 최적으로 공기 유량을 설정하는 응답 속도를 빠르게 할 수 있다.
엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하가 증가했을 때에 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도 제어를 실행함으로써 흡기 매니폴드(67)에 공급하는 공기 유량을 설정한다. 부하가 높을 때에 바이패스 밸브 제어를 실행함으로써 메인 스로틀 밸브(V1)를 통과시키는 공기 유량을 최적으로 제어할 수 있기 때문에 흡기 매니폴드(67)에 공급하는 공기 유량의 부족을 방지할 수 있다. 이것에 의해 부하의 급상승에 대해서도 응답성 좋고 공기 유량을 제어할 수 있기 때문에 적정한 공연비를 제공하는 것이 가능해지고, 엔진 장치(21)의 운전을 안정한 것으로 할 수 있다.
엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하가 감소했을 때에 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도 제어를 실행함으로써 흡기 매니폴드(67)에 공급하는 공기 유량을 설정한다. 저부하 시에 있어서 메인 스로틀 밸브(V1)만으로 제어하는 경우, 과급기(49)의 컴프레서(49b) 출구측에서 급격하게 공기 유량이 감소하게 되고, 컴프레서(49b) 내의 공기가 역행하는 서징이 생기지만 급기 바이패스 밸브(V2)도 동시에 제어함으로써 컴프레서(49b) 출입구의 공기 압력을 안정시킬 수 있어 서징의 발생을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시형태의 엔진 장치(21)에 있어서 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하가 저부하역이 될 때, 메인 스로틀 밸브(V1)에 대하여 개방도 제어를 실행한다. 한편, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하가 중고부하역이 될 때, 메인 스로틀 밸브(V1)를 소정 개방도로 함과 아울러 급기 바이패스 밸브(V2)에 대하여 개방도 제어를 실행한다. 부하 변동에 의한 영향이 큰 중고부하역에 있어서 응답성이 좋은 바이패스 밸브 제어를 실행하기 때문에 부하 변동에 대하여 공기 유량의 과부족을 억제하여 엔진 장치(21)를 원활하게 운전할 수 있다.
엔진 제어 장치(73)는 도 10의 플로우 차트에 나타내는 바와 같이 부하 측정기(부하 검출 센서)(19)에 의한 측정 신호를 받으면(STEP1) 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도 제어(바이패스 밸브 제어)를 실행하고 있는지 아닌지를 확인한다(STEP2). 바이패스 밸브 제어를 실행하고 있지 않은 경우(STEP2에서 No), 엔진 제어 장치(73)는 STEP1에서 받은 측정 신호에 의거하여 엔진 부하(Ac)를 소정 부하(제 1 역치)(Ac1)와 비교한다(STEP3). 한편, 바이패스 밸브 제어를 실행하고 있는 경우(STEP2에서 Yes), 엔진 제어 장치(73)는 STEP1에서 받은 측정 신호에 의거하여 엔진 부하(Ac)를 소정 부하(제 2 역치)(Ac2)(0<Ac2<Ac1)와 비교한다(STEP4).
STEP3에 있어서, 엔진 부하(Ac)가 소정 부하(Ac1) 이하인 경우(No), 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하(Ac)가 저부하역인 것으로 해서 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도에 대하여 피드백 제어(PID 제어)를 행한다(STEP5). 이 때, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하에 따른 흡기 매니폴드 압력의 목표값(목표 압력)을 설정한다. 그리고, 엔진 제어 장치(73)는 압력 센서(39)로부터의 측정 신호를 받고 흡기 매니폴드 압력의 측정값(측정 압력)을 확인하여 목표 압력과의 차분을 구한다. 이것에 의해 엔진 제어 장치(73)는 목표 압력과 측정 압력의 차분값에 의거하여 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도의 PID 제어를 실행하여 흡기 매니폴드(67)의 공기 압력을 목표 압력에 가깝게 한다. 이하, 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도 제어를 「메인 밸브 제어」라고 부른다.
한편, STEP3에 있어서, 엔진 부하(Ac)가 소정 부하(Ac1)를 초과했을 경우(Yes), 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하(Ac)가 중고부하역인 것을 하고 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도를 소정 개방도로 고정한다(STEP6). 그리고, 엔진 제어 장치(73)는 급기 바이패스 밸브(V2)의 밸브 개방도에 대하여 피드백 제어(PID 제어)를 행한다(STEP7). 이 때, 엔진 제어 장치(73)는 메인 밸브 제어의 경우와 같이 압력 센서(39)로부터의 측정 신호를 받고 목표 압력과 측정 압력의 차분값에 의거하여 급기 바이패스 밸브(V2)의 밸브 개방도의 PID 제어를 실행하여 흡기 매니폴드(67)의 공기 압력을 목표 압력에 가깝게 한다.
즉, 엔진 부하(Ac)가 상승하고 있는 경우에 있어서, 소정 부하(Ac1)를 초과했을 때에는 엔진 제어 장치(73)는 흡기 매니폴드 압력의 압력 제어로서 메인 밸브 제어로부터 바이패스 밸브 제어로 스위칭한다. 또한, 본 실시형태에서는 부하 상승 시에 소정 부하(Ac1)를 초과했을 때, STEP4에 있어서 엔진 제어 장치(73)는 메인 스로틀 밸브(V1)를 전개로 하고 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도 제어에 의해 급기 바이패스 유로(17)의 공기 유량을 제어하여 급기 매니폴드 압력을 조정한다. 부하 변동에 의한 영향이 큰 중고부하역에 있어서 응답성이 좋은 바이패스 밸브 제어를 실행하기 때문에 부하 변동에 대하여 공기 유량의 과부족을 억제하여 최적의 공연비를 설정할 수 있다.
STEP4에 있어서, 엔진 부하(Ac)가 소정 부하(Ac2) 이상인 경우(No), 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하(Ac)가 중고부하역인 것으로 하고 급기 바이패스 밸브(V2)의 밸브 개방도에 대한 피드백 제어(바이패스 밸브 제어)를 계속시킨다(STEP8). 한편, STEP4에 있어서, 엔진 부하(Ac)가 소정 부하(Ac2)를 하회했을 경우(Yes), 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하(Ac)가 저부하역인 것으로 하고 급기 바이패스 밸브(V2)의 밸브 개방도를 소정 개방도로 고정한다(STEP9). 그리고, 엔진 제어 장치(73)는 메인 스로틀 밸브(V1)의 밸브 개방도에 대하여 피드백 제어(메인 밸브 제어)를 행한다(STEP10).
즉, 엔진 부하(L)가 하강하고 있는 경우에 있어서 소정 부하(Ac1)보다 높은 소정 부하(Ac2)를 하회했을 때에는 엔진 제어 장치(73)는 흡기 매니폴드 압력의 압력 제어로서 메인 밸브 제어로부터 바이패스 밸브 제어로 스위칭한다. 이렇게 흡기 매니폴드 압력의 압력 제어의 스위칭에 대하여 부하 상승 시와 부하 하강 시 각각의 역치에 히스테리시스를 부여함으로써 스위칭 동작을 원활하게 실행할 수 있다
도 11에 나타내는 바와 같이 본 실시형태의 엔진 장치(21)에 있어서 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하(Ac)가 증가할 때, 엔진 부하(Ac)가 제 1 역치(Ac1)보다 낮은 경우에 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도 제어를 실행하고 있고, 엔진 부하(Ac)가 제 1 역치(Ac1)를 초과하면 메인 스로틀 밸브의 개방도 제어로부터 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도 제어로 스위칭한다. 한편, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하(Ac)가 감소할 때, 엔진 부하(Ac)가 제 1 역치(Ac1)보다 낮은 제 2 역치(Ac2) 이상인 경우는 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도 제어를 실행하고 있고, 엔진 부하(Ac)가 제 2 역치(Ac2)를 하회하면 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도 제어로부터 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도 제어로 스위칭한다.
메인 스로틀 밸브(V1)와 급기 바이패스 밸브(V2)를 구비한 구조로 함으로써 흡기 매니폴드(67)의 공기 유량을 고정밀도로 제어할 수 있기 때문에 부하 변동에 대해서도 응답성 좋게 공기 유량을 제어할 수 있다. 또한, 부하 변동에 의한 영향이 큰 고부하 영역에 있어서 응답성이 좋은 바이패스 밸브 제어를 실행하기 때문에 부하 변동에 대하여 공기 유량의 과부족이 적어 안정하게 운전할 수 있다. 또한, 제어 스위칭을 위한 역치에 히스테리시스를 형성함으로써 제어 스위칭을 원활하게 실행할 수 있다.
이어서, 엔진 제어 장치(73)에 의한 연료 분사량(주연료 가스 분사량) 제어에 대하여 이하에 설명한다. 엔진 제어 장치(73)는 도 12에 나타내는 바와 같이 연료 분사량 맵(M1)을 기억하고 있고, 이 연료 분사량 맵(M1)에 의거하여 가스 인젝터(98)로부터 분사시키는 주연료 가스 유량을 결정한다. 또한, 연료 분사량 맵(M1)은 엔진 회전수(Ne)와 엔진 부하(Ac)와 연료 유량으로서의 지령 연료 분사량(Q)의 상관을 나타내는 것이며, 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)에 대하여 지령 연료 분사량(Q)을 결정하는 것이다.
엔진 제어 장치(73)는 부하 측정기(부하 검출 센서)(19)에서 측정된 엔진 부하(Ac)와, 엔진 회전 센서(20)에서 측정된 엔진 회전수(Ne)를 받으면 연료 분사량 맵(M1)을 참조하여 지령 연료 분사량(Q)을 결정한다. 그리고, 엔진 제어 장치(73)는 결정한 지령 연료 분사량(Q)에 대하여 주연료 가스 압력(Pm)에 의한 제 1 보정량(ΔQp), 주연료 가스 온도(Pt)에 의한 제 2 보정량(ΔQt), 또는 윤활유 온도(Tj)에 의한 제 3 보정량(ΔQtj)에 의한 보정 연산을 실행하고 보정 분사량(Q1)을 산출한다. 따라서, 가스 인젝터(98)로부터 분사되는 주연료 가스 유량이 엔진 제어 장치(73)에 의해 결정된 보정 분사량(Q1)이 되도록 유량 제어된다.
엔진 장치(21)는 주연료 가스 압력(Pm)이 상승하면 주연료 가스의 밀도가 상승하고, 소정 엔진 회전수(Ne)로 동일 엔진 부하(Ac)에 대응하기 위한 필요한 연료 분사량이 감소한다. 그 때문에 엔진 제어 장치(73)는 주연료 가스압 센서(112)에서 측정된 주연료 가스 압력(Pm)을 받으면 상기 보정 분사량(Q1) 산출을 위한 보정 연산에 있어서 주연료 가스 압력(Pm)의 상승에 비례시킨 제 1 보정량(ΔQp)에 의해 지령 연료 분사량(Q)을 감소시켜서 보정 분사량(Q1)을 산출한다. 즉, 제 1 보정량(ΔQp)은 주연료 가스 압력(Pm)의 상승에 비례해서 감소하는 보정량이다.
엔진 장치(21)는 주연료 가스 온도(Tm)가 상승하면 주연료 가스의 밀도가 저하하고, 소정 엔진 회전수(Ne)로 동일 엔진 부하(Ac)에 대응하기 위한 필요한 연료 분사량이 증가한다. 그 때문에 엔진 제어 장치(73)는 주연료 가스 온도 센서(113)에서 측정된 주연료 가스 온도(Tm)를 받으면 상기 보정 분사량(Q1) 산출을 위한 보정 연산에 있어서 주연료 가스 온도(Pt)의 상승에 비례시킨 제 2 보정량(ΔQt)에 의해 지령 연료 분사량(Q)을 증가시켜서 보정 분사량(Q1)을 산출한다. 즉, 제 2 보정량(ΔQt)은 주연료 가스 온도(Pt)의 상승에 비례해서 증가하는 보정량이다.
엔진 장치(21)는 윤활유 온도(Tj)가 상승하면 윤활유의 점도가 저하하여 소정 엔진 회전수(Ne)로 동일 엔진 부하(Ac)에 대응하기 위한 필요한 연료 분사량이 감소한다. 그 때문에 엔진 제어 장치(73)는 윤활유 온도 센서(115)에서 측정된 윤활유 온도(Tj)를 받으면 상기 보정 분사량(Q1) 산출을 위한 보정 연산에 있어서 윤활유 온도(Tj)의 상승에 비례시킨 제 3 보정량(ΔQtj)에 의해 지령 연료 분사량(Q)을 감소시켜서 보정 분사량(Q1)을 산출한다. 즉, 제 3 보정량(ΔQtj)은 윤활유 온도(Tj)의 상승에 비례해서 감소하는 보정량이다.
엔진 제어 장치(73)는 상기 메인 밸브 제어 또는 바이패스 밸브 제어를 실행할 때에 엔진 부하에 따른 흡기 매니폴드 압력의 목표값(목표 압력)(Pim)을 설정한다. 이 때, 엔진 제어 장치(73)는 기억하고 있는 목표 흡기 매니폴드 압력 맵(M2)을 참조하여 목표 압력(Pim)을 결정한다. 목표 흡기 매니폴드 압력 맵(M2)은 엔진 회전수(Ne)와 엔진 부하(Ac)와 목표 압력(Pim)의 상관을 나타내는 것이며, 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)에 대하여 목표 압력(Pim)을 결정하는 것이다.
또한, 엔진 제어 장치(73)는 도 13에 나타내는 바와 같이 결정한 연료 분사량 이상의 연료 분사량이 필요로 되는 경우에 목표 흡기 매니폴드 압력 맵(M2)의 기억 내용을 개서한다. 즉, 엔진 제어 장치(73)는 부하 측정기(19)에서 측정된 엔진 부하(Ac)와, 엔진 회전 센서(20)에서 측정된 엔진 회전수(Ne)에 의해 가스 인젝터(98)로부터의 연료 분사량이 부족되어 있는지 아닌지를 판정한다(STEP101). 그리고, 가스 인젝터(98)로부터의 연료 분사량이 부족되어 있다고 판정한 경우(STEP101에서 Yes), 엔진 제어 장치(73)는 목표 흡기 매니폴드 압력 맵(M2)에 있어서의 목표 압력(Pim)이 작아지도록 보정해서(개서해서) 기억한다(STEP102).
가스 인젝터(98)로부터의 연료 분사량이 설정한 연료 분사량에 대하여 많이 필요한 경우란 예를 들면, 설정한 연료 분사량으로는 엔진 부하(Ac)에 대하여 목표 엔진 회전수(Nem)에 도달하지 않는, 또는 소정의 엔진 회전수(Ne)와 소정의 엔진 부하(Ac)에 있어서 연료 분사량 맵에 의해 산출된 지령 연료 분사량(Q)보다 많은 연료 분사량이 필요로 되는 등의 경우이다.
이러한 경우에 목표 흡기 매니폴드 압력 맵(M2)에 있어서의 목표 압력(Pim)이 작아지도록 목표 흡기 매니폴드 압력 맵(M2) 내의 기억 요소를 개서한다. 따라서, 연료 분사량이 부족해진 경우이어도 소정의 엔진 회전수(Ne)와 소정의 엔진 부하(Ac)에 있어서의 흡기 매니폴드 압력을 저하시켜서 필요한 연소 효과가 얻어지는 공연비로 할 수 있다. 즉, 엔진 장치(21)에 조성이 다른 연료 가스가 공급되면 조성이 다른 연료 가스의 발열량이 낮기 때문에 통상보다 연료 분사량이 많이 필요해진다. 이 때, 목표 압력(Pim)이 작아지도록 보정함으로써 적정한 공기 과잉률을 실현하여 연료 소비의 악화를 방지할 수 있다.
또한, 엔진 제어 장치(73)는 도 14에 나타내는 바와 같이 목표 흡기 매니폴드 압력 맵(M2)에 의거하여 결정한 목표 압력(Pim)을 윤활유 온도(Tj)에 의거하여 보정량(ΔPtj)에 의해 보정 연산을 실행하여 보정 목표 압력(Pim1)을 산출한다. 따라서, 엔진 제어 장치(78)는 압력 센서(39)로부터의 측정 압력과 보정 목표 압력(Pim1)의 차분에 의해 메인 스로틀 밸브(V1) 또는 급기 바이패스 밸브(V2)의 밸브 개방도에 대하여 PID 제어를 실행한다.
엔진 장치(21)는 윤활유 온도(Tj)가 상승하면 냉태(冷態)(윤활유 온도(Tj)가 저하하고 있는 상태)에서는 공기 과잉률이 리치측으로 시프트하기 때문에 연소가 불안정해져서 조속 제어를 할 수 없어져서 엔진 스톨에 이를 우려가 있다. 그 때문에 엔진 제어 장치(73)는 윤활유 온도 센서(115)에서 측정된 윤활유 온도(Tj)를 받으면 상기 보정 목표 압력(Pim1) 산출을 위한 보정 연산에 있어서 윤활유 온도(Tj)의 하강에 비례시킨 보정량(ΔPtj)에 의해 목표 압력(Pim)을 증가시켜서 보정 목표 압력(Pim1)을 산출한다. 이 보정 목표 압력(Pim1)에 의거하여 흡기 매니폴드(67)의 압력 제어를 실행함으로써 냉태 시이어도 적정한 공기 과잉률을 유지할 수 있다.
엔진 제어 장치(73)는 상술의 메인 밸브 제어 또는 바이패스 밸브 제어를 실행할 때에 엔진 부하에 따른 흡기 매니폴드 압력의 목표값(목표 압력)(Pim)을 설정한다. 이 때, 엔진 제어 장치(73)는 기억하고 있는 목표 흡기 매니폴드 압력 맵(M2)을 참조하여 목표 압력(Pim)을 결정한다. 목표 흡기 매니폴드 압력 맵(M2)은 엔진 회전수(Ne)와 엔진 부하(Ac)와 목표 압력(Pim)의 상관을 나타내는 것이며, 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)에 대하여 목표 압력(Pim)을 결정하는 것이다.
엔진 제어 장치(73)는 도 15에 나타내는 바와 같이 부하 측정기(19)에서 측정된 엔진 부하(Ac)와, 엔진 회전 센서(20)에서 측정된 엔진 회전수(Ne)를 받으면 목표 부연료 가스압 맵(M3)을 참조하여 목표 부연료 가스압(Psm)을 결정한다. 목표 부연료 가스압 맵(M3)은 엔진 회전수(Ne)와 엔진 부하(Ac)와 목표 부연료 가스압(Psm)의 상관을 나타내는 것이며, 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)에 대하여 목표 부연료 가스압(Psm)을 결정하는 것이다.
또한, 엔진 제어 장치(73)는 도 15에 나타내는 바와 같이 결정한 연료 분사량 이상의 연료 분사량이 필요로 되는 경우에 목표 부연료 가스압 맵(M3)의 기억 내용을 개서한다. 즉, 엔진 제어 장치(73)는 도 13의 STEP101과 같이 부하 측정기(19)에서 측정된 엔진 부하(Ac)와, 엔진 회전 센서(20)에서 측정된 엔진 회전수(Ne)에 의해 체크 밸브(89)로부터의 연료 분사량이 부족되어 있는지 아닌지를 판정한다(STEP201). 그리고, 체크 밸브(89)로부터의 연료 분사량이 부족되어 있다고 판정한 경우(STEP201에서 Yes), 엔진 제어 장치(73)는 목표 부연료 가스압 맵(M3)에 있어서의 목표 부연료 가스압(Psm)이 커지도록 보정해서(개서해서) 기억한다(STEP202).
엔진 제어 장치(73)는 체크 밸브(89)로부터의 연료 분사량의 부족을 판정했을 때에 목표 부연료 가스압(Psm)을 증가시키도록 보정한다. 즉, 엔진 장치(73)에 조성이 다른 연료 가스가 공급되면 조성이 다른 연료 가스의 발열량이 낮기 때문에 통상보다 연료 분사량이 많이 필요해진다. 이 때, 목표 부연료 가스압(Psm)이 커지도록 보정함으로써 적정한 공연비를 실현하여 연료 소비의 악화를 방지할 수 있다.
엔진 제어 장치(73)는 도 16에 나타내는 바와 같이 부하 측정기(19)에서 측정된 엔진 부하(발전기 출력 또는 엔진 토크)(Ac)를 받으면 목표 점화 시기 맵(M4)을 참조하여 스파크 플러그(82)의 목표 점화 시기(통상 점화 시기)를 결정한다. 목표 점화 시기 맵(M4)은 엔진 부하(Ac)와 목표 점화 시기(DTm)의 상관을 나타내는 것이며, 엔진 부하(Ac)에 대하여 목표 점화 시기(DTm)를 결정하는 것이다. 또한, 엔진 제어 장치(73)는 기체 연료를 공기에 예혼합시킨 예혼합 연료에 있어서의 공기량이 부족되어 있다고 판정한 경우, 점화 시기를 단계적으로 지각 제어하는 한편 공기량이 충족되어 있다고 판정한 경우, 점화 시기를 단계적으로 진각 제어한다.
엔진 제어 장치(73)에 의한 점화 시기의 설정 제어의 상세에 대하여 도 16의 플로우 차트를 참조하여 이하에 설명한다. 엔진 제어 장치(73)는 부하 측정기(19)에서 측정된 엔진 부하(Ac)를 받으면(STEP301), 목표 점화 시기 맵(M4)을 참조하여 목표 점화 시기(DTm)를 결정하여 기억한다(STEP302). 엔진 제어 장치(73)는 목표 점화 시기(DTm)를 결정한 후, 흡기 매니폴드 압력 센서(39)에 의한 흡기 매니폴드 압력의 실측값(Pa)(측정 압력)을 받는다(STEP303). 그 후, 엔진 제어 장치(73)는 도 10의 플로우 차트에 의거하는 밸브 제어 동작에 있어서 설정한 흡기 매니폴드 압력의 목표값(Pa0)(목표 압력)과 흡기 매니폴드 압력의 실측값(Pa)(측정 압력)의 차분(Pa0-Pa)에 의거하여 공기량의 부족의 유무를 판정한다(STEP304).
엔진 제어 장치(73)는 목표 압력(Pa0)과 측정 압력(Pa)의 차분(Pa0-Pa)이 소정 압력차(Path)보다 큰 경우(STEP304에서 Yes), 공기량이 부족한 것으로 판정하고, STEP305 이후의 지각 제어로 이행한다. 한편, 목표 압력(Pa0)과 측정 압력(Pa)의 차분(Pa0-Pa)이 소정 압력차(Path) 이하가 되는 경우(STEP304에서 No), 공기량이 충족되어 있는 것으로 판정하고 STEP307 이후의 진각 제어로 이행한다.
엔진 제어 장치(73)는 지각 제어로 이행하면 우선, 설정한 점화 시기(DTd)가 지각 한계값이 되는 점화 시기(한계 점화 시기)(DTlim)인지 아닌지를 확인한다 (STEP305). 그리고, 점화 시기(DTd)가 한계 점화 시기(DTlim)에 이르고 있지 않은 경우에(STEP305에서 No), 점화 시기(DTd)를 소정량(Δdt)(예를 들면, 1°)만큼 각 시킨다(STEP306). 즉, 엔진 제어 장치(73)는 지각 제어 중에 있어서 지각 한계값에 도달했을 경우, 지각 제어를 정지한다.
이 엔진 제어 장치(73)에 의한 지각 제어에 의해 도 17에 나타내는 바와 같이 목표 압력(Pa0)과 측정압량(Pa)의 차분에 의거하여 공기량에 부족이 있는 것으로 추정되는 경우에 한계 점화 시기(DTlim)에 이르기까지 단계적으로 점화 시기(DTd)를 지각시킬 수 있다. 따라서, 출력의 변동에 의거하는 노킹의 발생률을 저하시킬 수 있도록 점화 시기(DTd)를 지각할 수 있는 한편 그 지각 범위를 최적으로 제한할 수 있기 때문에 점화 시기의 지각에 의거하는 열 효율(엔진 출력 효율)의 저하를 최저한으로 억제할 수 있다.
엔진 제어 장치(73)는 진각 제어로 이행하면 우선, 설정한 점화 시기(DTd)가 목표 점화 시기(DTm)인지 아닌지를 확인한다(STEP307). 그리고, 점화 시기(DTd)가 목표 점화 시기(DTm)에 이르고 있지 않은 경우에(STEP305에서 No) 점화 시기(DTd)를 소정량(Δdt)만큼 진각시킨다(STEP308). 즉, 엔진 제어 장치(73)는 진각 제어 중에 있어서 점화 시기(DTd)가 통상 운전 시의 것이 되었을 경우, 진각 제어를 정지한다.
이 엔진 제어 장치(73)에 의한 진각 제어에 의해 목표 압력(Pa0)과 측정압량(Pa)의 차분에 의거하여 공기량이 충족되어 있는 것으로 추정되는 경우에 통상 운전 시의 목표 점화 시기(DTm)에 이르기까지 단계적으로 점화 시기(DTd)를 진각 시킬 수 있다. 따라서, 출력이 안정한 것으로 해서 점화 시기(DTd)를 진각시켜서 그 열 효율을 향상시킴과 동시에 점화 시기(DTd)를 서서히 변화시키고 있는 점에서 출력이 재변동되었을 경우에 있어서도 노킹의 발생률을 억제할 수 있다.
또한, 상술의 점화 시기의 설정 제어에서는 목표 압력(Pa0)과 측정압량(Pa)의 차분에 의거하여 공기량의 과부족을 확인하는 것으로 했지만 별도의 파라미터에 의해 공기량의 과부족을 확인하는 것으로 해도 상관없다. 이하에서는 엔진 제어 장치(73)에 의한 점화 시기의 설정 제어의 제 1 변형예를 도 18의 플로우 차트를 참조하여 설명한다. 도 18의 플로우 차트에 있어서, 도 16의 플로우 차트와 동일 동작 스텝에 대해서는 상술의 설명을 참조하는 것으로서 그 상세한 설명은 생략한다.
본 변형예에서는 엔진 제어 장치(73)는 목표 점화 시기 맵(M4)을 참조하여 엔진 부하(Ac)에 의거하여 목표 점화 시기(DTm)를 결정한 후(STEP301~STEP302), 흡기 매니폴드(67)에 있어서의 공기 유량(흡기 매니폴드 유량)의 실측값(Fa)(측정 유량)을 유량 센서(도시 생략)로부터 받는다(STEP313). 그 후, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하(Ac) 등으로부터 설정한 흡기 매니폴드 유량의 목표값(Fa0)(목표 유량)과 흡기 매니폴드 유량의 실측값(Fa)(측정 유량)의 차분(Fa0-Fa)에 의거하여 공기량의 부족의 유무를 판정한다(STEP314).
엔진 제어 장치(73)는 목표 유량(Fa0)과 측정 유량(Fa)의 차분(Fa0-Fa)이 소정 유량차(Fath)보다 큰 경우(STEP314에서 Yes), 공기량이 부족한 것으로 판정하고 STEP305 이후의 지각 제어로 이행한다. 한편, 목표 유량(Fa0)과 측정 유량(Fa)의 차분(Fa0-Fa)이 소정 유량차(Fath) 이하가 되는 경우(STEP314에서 No), 공기량이 충족되어 있는 것으로 판정하고 STEP307 이후의 진각 제어로 이행한다.
이어서, 엔진 제어 장치(73)에 의한 점화 시기의 설정 제어의 제 2 변형예를 도 19의 플로우 차트를 참조하여 설명한다. 도 19의 플로우 차트에 있어서, 도 16의 플로우 차트와 동일 동작 스텝에 대해서는 상술의 설명을 참조하는 것으로서 그 상세한 설명은 생략한다.
본 변형예에서는 엔진 제어 장치(73)는 목표 점화 시기 맵(M4)을 참조하여 엔진 부하(Ac)에 의거하여 목표 점화 시기(DTm)를 결정한 후(STEP301~STEP302), 엔진 부하(Ac)의 변화량(출력 변화량)(ΔAc)을 산출한다(STEP323). 이 때, 예를 들면 전회 측정한 엔진 부하(Ac)와의 차분에 의해 출력 변화량(ΔAc)을 산출하는 것으로 해도 좋다. 그 후, 엔진 제어 장치(73)는 출력 변화량(ΔAc)에 의거하여 공기량의 부족의 유무를 판정한다(STEP324).
엔진 제어 장치(73)는 출력 변화량(ΔAc)이 소정 변화량(ΔActh)보다 큰 경우(STEP324에서 Yes), 공기량이 부족한 것으로 판정하고 STEP305 이후의 지각 제어로 이행한다. 한편, 출력 변화량(ΔAc)이 소정 변화량(ΔActh) 이하가 되는 경우(STEP324에서 No), 공기량이 충족되어 있는 것으로 판정하고 STEP307 이후의 진각 제어로 이행한다.
본 실시형태에 있어서, 상술의 점화 시기의 설정 제어와 같이 진각량 및 지각량 각각을 Δt로 일정하게 해서 단계적으로 변화시키는 것으로 했지만, 예를 들면 공기량의 과부족을 판정하는 파라미터량에 의거하여 점화 시기의 지각량을 미리 기억시키는 것으로 해도 상관없다. 이하에서는 별도 실시형태(제 2 실시형태)가 되는 엔진 장치에 있어서의 제어 동작을 도 20을 참조하여 설명한다.
제 2 실시형태에 있어서의 엔진 장치에서는 도 20에 나타내는 바와 같이 엔진 제어 장치(73)가 목표 점화 시기 맵(M4)을 참조하여 목표 점화 시기(DTm)를 설정함과 아울러 지각 설정 맵(M5)을 참조하여 지각량(ΔDTd)을 설정함으로써 점화 시기(DTm+ΔDTd)에 스파크 플러그(82)를 점화시킨다. 목표 점화 시기 맵(M4)은 부하 측정기(19)에서 측정된 엔진 부하(발전기 출력 또는 엔진 토크)(Ac)와 목표 점화 시기(DTm)의 상관을 나타내는 것이며, 엔진 부하(Ac)에 대하여 목표 점화 시기(DTm)를 결정하는 것이다. 지각 설정 맵(M5)은 공기량의 부족 상태를 예측하는 파라미터와 지각량(ΔDTd)의 상관을 나타내는 것이며, 예측되는 공기량의 부족 상태에 대하여 지각량(ΔDTd)을 결정하는 것이다.
본 실시형태에 있어서의 엔진 제어 장치(73)에 의한 점화 시기의 설정 제어의 상세에 대하여 도 20의 플로우 차트를 참조하여 이하에 설명한다. 본 실시형태에서는 흡기 매니폴드 압력의 목표값(Pa0)(목표 압력)과 흡기 매니폴드 압력의 실측값(Pa)(측정 압력)의 차분(Pa0-Pa)에 의해 공기량의 부족 상태를 예측하는 예를 들어 설명한다.
엔진 제어 장치(73)는 도 20에 나타내는 바와 같이 부하 측정기(19)에서 측정된 엔진 부하(발전기 출력 또는 엔진 토크)(Ac)를 받으면(STEP401) 목표 점화 시기 맵(M4)을 참조하여 스파크 플러그(82)의 목표 점화 시기(통상 점화 시기)(DTm)를 결정해서 기억한다(STEP402). 엔진 제어 장치(73)는 목표 점화 시기(DTm)를 결정한 후, 흡기 매니폴드 압력 센서(39)에 의한 흡기 매니폴드 압력의 실측값(Pa)(측정 압력)을 받는다(STEP403).
이어서, 엔진 제어 장치(73)는 지각 설정 맵(M5)을 참조하여 도 10의 플로우 차트에 의거하는 밸브 제어 동작에 있어서 설정한 흡기 매니폴드 압력의 목표값(Pa0)(목표 압력)과 흡기 매니폴드 압력의 실측값(Pa)(측정 압력)의 차분(Pa0-Pa)에 의거하여 지각량(ΔDTd)을 결정한다(STEP404). 그리고, 엔진 제어 장치(73)는 STEP401에서 기억한 목표 점화 시기(DTm)와 STEP404에서 결정한 지각량(ΔDTd)으로부터 점화 시기(DTm+ΔDTd)를 설정한다(STEP405).
이 엔진 제어 장치(73)에 의한 점화 시기의 설정 제어에 있어서, 지각 설정 맵(M5)을 참조하여 지각량을 결정하기 때문에 목표 압력(Pa0)과 측정 압력(Pa)의 차분에 의거하여 추정되는 공기의 부족량에 맞춰 단계적으로 점화 시기를 지각시킬 수 있다. 따라서, 출력의 변동에 의거하는 노킹의 발생률을 저하시키는 한편 열 효율(엔진 출력 효율)의 저하를 최저한으로 억제할 수 있다.
또한, 본 실시형태에 있어서 지각 설정 맵(M5)에 있어서의 공기량의 부족 상태를 예측하는 파라미터를 흡기 매니폴드 압력의 목표값(Pa0)(목표 압력)과 흡기 매니폴드 압력의 실측값(Pa)(측정 압력)의 차분(Pa0-Pa)으로 했지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 지각 설정 맵(M5)에 있어서의 공기량의 부족 상태를 예측하는 파라미터를 상술의 제 1 변형예와 같이 흡기 매니폴드 유량의 목표값(Fa0)(목표 유량)과 흡기 매니폴드 유량의 실측값(Fa)(측정 유량)의 차분(Fa0-Fa)으로 해도 상관없고, 상술의 제 2 변형예와 같이 엔진 부하(Ac)의 변화량(출력 변화량)(ΔAc)으로 해도 상관없다.
또한, 지각 설정 맵(M5)을 상기 2차원 맵이 아니라 공기량의 부족 상태를 예측하는 파라미터 및 엔진 부하(발전기 출력 또는 엔진 토크)(Ac)와 지각량(ΔDTd)의 상관을 나타내는 3차원 맵으로 해도 상관없다. 즉, 도 20의 플로우 차트의 예에 있어서, STEP404에서 목표 압력(Pa0)과 측정 압력(Pa)에 의한 차분(Pa0-Pa)과 엔진 부하(Ac)에 의해 지각량(ΔDTd)을 결정한다. 이렇게 3차원의 지각 설정 맵(M5)을 참조하는 것으로 함으로써 보다 고정밀도로 지각 제어를 실행할 수 있기 때문에 노킹의 발생을 미연에 방지하면서도 열 효율(엔진 출력 효율)의 저하를 억제할 수 있다.
그 외, 각 부의 구성은 도시의 실시형태에 한정되는 것은 아니고 본원 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다. 또한, 본 실시형태의 엔진 장치는 선체 내의 전기 계통에 전력을 공급하기 위한 발전 장치나 육상의 발전 시설에 있어서의 구동원으로서 구성하는 등 상술의 추진 겸 발전 기구 이외의 구성에 있어서도 적용가능하다. 또한, 본원 발명의 엔진 장치로서 가스 엔진을 예로 들어 설명했지만, 기체 연료를 연소시키는 가스 모드에서 듀얼 퓨엘 엔진을 구동시켰을 경우에 있어서 상술의 각 제어 동작을 적용할 수 있다. 또한, 부실에서 불꽃 점화시키는 구성으로 했지만 착화 방식을 마이크로 파일럿 분사 방식에 의한 것으로 해도 상관없다.
그런데, 듀얼 퓨엘 엔진은 디젤 모드와 가스 모드에서는 공연비가 다르고 동일 부하에 대하여 디젤 모드에 비해 가스 모드에서 필요한 공기 유량이 적다. 그 때문에 과급기를 디젤 모드에 있어서의 사양에 맞출 필요가 있는 한편 가스 모드에서 동작할 때에는 가스 모드의 공연비에 맞춘 공기 유량을 공급가능하게 하지 않으면 안 된다. 또한, 종래의 듀얼 퓨엘 엔진은 가스 모드에서 운전했을 경우에 공기 유량 제어에 있어서의 응답성이 나빠 부하 변동에 대하여 추종성 좋게 적정한 공연비 제어를 실행시키는 것이 곤란했다.
참고예의 엔진 장치는 실린더 내에 공기를 공급시키는 흡기 매니폴드와, 상기 실린더로부터의 배기가스를 배기시키는 배기 매니폴드와, 상기 흡기 매니폴드로부터 공급되는 공기에 기체 연료를 혼합시키는 가스 인젝터와, 상기 기체 연료를 공기에 예혼합시킨 예혼합 연료를 상기 실린더 내에서 착화시키는 착화 장치를 구비한 엔진 장치에 있어서, 상기 착화 장치에 의한 점화 시기를 지각 제어하기 위한 지각량을 상기 실린더 내의 예혼합 연료에 있어서의 공연비에 따라 단계적으로 기억시킨 지각량 설정 맵과, 예혼합시킨 상기 예혼합 연료의 공연비를 추정하는 제어부를 구비하고 있고, 상기 제어부는 상기 지각량 설정 맵을 참조하여 추정한 상기 예혼합 연료의 공연비에 의해 상기 착화 장치에 의한 점화 시기를 지각 제어한다는 것이다.
이러한 엔진 장치에 있어서, 상기 제어부가 상기 흡기 매니폴드에서 측정된 흡기 매니폴드 압력을 측정 압력으로서 받고 상기 흡기 매니폴드에서 목표값이 되는 목표 압력으로부터 상기 측정 압력을 감한 차분을 산출함과 아울러 상기 지각량 설정 맵이 상기 목표 압력으로부터 상기 측정 압력을 감한 차분에 대하여 지각량을 단순 증가시킨 값을 기억하고 있고, 상기 제어부는 상기 지각량 설정 맵을 참조함으로써 상기 목표 압력으로부터 상기 측정 압력에 의해 공연비를 추정하여 상기 점화 시기를 지각 제어한다는 것으로 해도 상관없다.
또한, 상기 제어부가 상기 흡기 매니폴드에서 측정된 공기 유량을 측정 유량으로서 받고 상기 흡기 매니폴드에서 목표값이 되는 목표 유량으로부터 상기 측정 유량을 감한 차분을 산출함과 아울러 상기 지각량 설정 맵이 상기 목표 유량으로부터 상기 측정 유량을 감한 차분에 대하여 지각량을 단순 증가시킨 값을 기억하고 있고, 상기 제어부는 상기 지각량 설정 맵을 참조함으로써 상기 목표 유량으로부터 상기 측정 유량에 의해 공연비를 추정하여 상기 점화 시기를 지각 제어한다는 것으로 해도 상관없다.
또한, 상기 제어부가 상기 엔진의 출력 변화량을 산출함과 아울러 상기 지각량 설정 맵이 상기 엔진의 출력 변화량에 대하여 지각량을 단순 증가시킨 값을 기억하고 있고, 상기 제어부는 상기 지각량 설정 맵을 참조함으로써 상기 출력 변화량에 의해 공연비를 추정하여 상기 점화 시기를 지각 제어하는 것으로 해도 상관없다.
상술의 각 엔진 장치에 있어서, 상기 지각 설정 맵을 상기 엔진의 출력에 대해서도 지각량을 변화시킨 값을 기억하는 3차원 맵으로 해도 상관없다.
또한, 상기 실린더에 액체 연료를 분사하여 연소시키는 메인 연료 분사 밸브와, 상기 배기 매니폴드로부터의 배기가스에 의해 공기를 압축하는 과급기와, 상기 과급기에서 압축된 압축 공기를 냉각하여 상기 흡기 매니폴드에 공급하는 인터쿨러를 더 구비함과 아울러 상기 배기 매니폴드 출구와 상기 과급기의 배기 출구를 연결하는 배기 바이패스 유로를 구비함과 아울러 상기 배기 바이패스 유로에 배기 바이패스 밸브를 배치하는 한편 상기 과급기의 컴프레서를 바이패스하는 급기 바이패스 유로를 구비함과 아울러 상기 급기 바이패스 유로에 급기 바이패스 밸브를 배치하고 있고, 상기 기체 연료 및 상기 액체 연료를 택일적으로 선택하여 연소시켜서 구동하는 구성을 갖고 있는 것으로 해도 상관없다.
상기 참고예에 의하면 공기량의 부족 상황에 따라 점화 시기를 단계적으로 지각 제어하기 때문에 노킹의 발생을 검지하는 일 없이 노킹의 발생을 저감할 수 있을 뿐만 아니라 필요 이상으로 점화 시기를 지각시키는 것을 방지하여 연소 효율의 저하를 억제할 수 있다. 또한, 흡기 매니폴드 내의 공기량의 과부족을 예측 판정함으로써 점화 시기를 설정할 수 있기 때문에 대형 엔진과 같이 대용적이 되는 흡기 매니폴드를 구비하는 것이어도 점화 시기를 최적으로 설정할 수 있다. 따라서, 엔진 장치의 연소 효율의 저하를 억제할 수 있는 것이면서 노킹 발생을 억제하여 안정한 운전을 실행할 수 있다.
이하에 상기 참고예를 구체화한 제 1 참고예를 2기 2축 방식의 선박에 탑재되는 한 쌍의 추진 겸 발전 기구에 적용한 경우의 도면에 의거하여 설명한다.
우선 처음에 선박의 개요에 대하여 설명한다. 도 21~도 23에 나타내는 바와 같이 제 1 참고예의 선박(301)은 선체(302)와, 선체(302)의 선미측에 설치된 캐빈(303)(선교)과, 캐빈(303)의 후방에 배치된 펀넬(304)(연돌)과, 선체(302)의 후방 하부에 설치된 한 쌍의 프로펠러(305) 및 키(306)를 구비하고 있다. 이 경우, 선미측의 선저(307)에 한 쌍의 스케그(308)가 일체 형성되어 있다. 각 스케그(308)에는 프로펠러(305)를 회전 구동시키는 추진축(9)이 축 지지된다. 각 스케그(308)는 선체(302)의 좌우 폭방향을 분할하는 선체 중심선(CL)(도 23 참조)을 기준으로 해서 좌우대칭 형상으로 형성되어 있다. 즉, 제 1 참고예에서는 선체(2)의 선미 형상으로서 트윈 스케그가 채용되고 있다.
선체(302) 내의 선수측 및 중앙부에는 선창(310)이 설치되어 있고, 선체(302) 내의 선미측에는 기관실(311)이 설치되어 있다. 기관실(311)에는 프로펠러(305)의 구동원과 선박(301)의 전력 공급원을 겸하는 추진 겸 발전 기구(312)가 선체 중심선(CL)을 사이에 둔 좌우로 나누어서 한 쌍 배치되어 있다. 각 추진 겸 발전 기구(312)로부터 추진축(309)에 전달된 회전 동력으로 각 프로펠러(305)는 회전 구동한다. 기관실(311)의 내부는 상갑판(313), 제 2 갑판(314), 제 3 갑판(315) 및 내저판(316)에 의해 상하로 칸막이 되어 있다. 제 1 참고예의 각 추진 겸 발전 기구(312)는 기관실(311) 최하단의 내저판(316) 상에 설치되어 있다. 또한, 상세한 것은 도시하지 않지만 선창(310)은 복수의 구획으로 분할되어 있다.
도 22 및 도 23에 나타내는 바와 같이 각 추진 겸 발전 기구(312)는 프로펠러(305)의 구동원인 중속 엔진 장치(321)(제 1 참고예에서는 듀얼 퓨엘 엔진)와, 엔진 장치(321)의 동력을 추진축(309)에 전달하는 감속기(322)와, 엔진 장치(321)의 동력으로 발전하는 축 구동 발전기(323)를 조합한 것이다. 여기서, 「중속」의 엔진이란 매분 500~1000회전 정도의 회전 속도로 구동하는 것을 의미하고 있다. 이와 관련하여 「저속」의 엔진은 매분 500회전 이하의 회전 속도로 구동하고, 「고속」의 엔진은 매분 1000회전 이상의 회전 속도로 구동한다. 제 1 참고예의 엔진 장치(321)는 중속의 범위 내(매분 700~750회전 정도)로 정속 구동하도록 구성되어 있다.
엔진 장치(321)는 엔진 출력축(크랭크축)(324)을 갖는 실린더 블록(325)과, 실린더 블록(325) 상에 탑재된 실린더 헤드(326)를 구비하고 있다. 기관실(311) 최하단의 내저판(316) 상에 직접 부착 또는 방진체(도시 생략)를 통해 베이스대(327)가 설치되어 있다. 베이스대(327) 상에 엔진 장치(321)의 실린더 블록(325)이 탑재되어 있다. 엔진 출력축(324)은 선체(302)의 전후 길이방향을 따르는 방향으로 연장되어 있다. 즉, 엔진 장치(321)는 엔진 출력축(324)의 방향을 선체(302)의 전후 길이방향을 따르게 한 상태에서 기관실(311) 내에 배치되어 있다.
감속기(322) 및 축 구동 발전기(323)가 엔진 장치(321)보다 선미측에 배치되어 있다. 엔진 장치(321)의 후면측으로부터 엔진 출력축(324)의 후단측이 돌출되어 있다. 엔진 출력축(324)의 후단측에 감속기(322)가 동력 전달가능하게 연결되어 있다. 감속기(322)를 사이에 두고 엔진 장치(321)와 반대측에 축 구동 발전기(323)가 배치되어 있다. 기관실(311) 내의 전방으로부터 엔진 장치(321), 감속기(322), 축 구동 발전기(323)의 순서로 나란히 배치되어 있다. 이 경우, 선미측에 있는 스케그(308) 내 또는 그 근방에 감속기(322) 및 축 구동 발전기(323)가 배치되어 있다. 따라서, 선박(301)의 버턱 라인의 제약에 불구하고 엔진 장치(321)를 가능한 한 선미측에 대고 배치하는 것이 가능하게 되어 있어서 기관실(311)의 컴팩트화에 기여하고 있다.
감속기(322)의 동력 전달 하류측에 추진축(309)이 설치되어 있다. 감속기(322)의 외형은 엔진 장치(321) 및 축 구동 발전기(323)보다 하측으로 돌출되어 있다. 상기 돌출 부분의 후면측에 추진축(309)의 전단측이 동력 전달가능하게 연결되어 있다. 엔진 출력축(324)(축심선)과 추진축(309)은 평면으로 볼 때에 동축 형상으로 위치되어 있다. 추진축(309)은 엔진 출력축(324)(축심선)에 대하여 연직방향으로 이심(異芯)한 상태에서 선체(302)의 전후 길이방향으로 연장되어 있다. 이 경우, 추진축(309)은 측면에서 볼 때 축 구동 발전기(323) 및 엔진 출력축(324)(축심선)보다 낮게 내저판(316)에 가까운 위치에 놓여져 있다. 즉, 축 구동 발전기(323)와 추진축(309)이 상하로 나누어져 서로 간섭하지 않는다. 따라서, 각 추진 겸 발전 기구(312)의 컴팩트화가 가능해진다.
엔진 장치(321)의 정속 동력은 엔진 출력축(324)의 후단측으로부터 감속기(322)를 통해 축 구동 발전기(323)와 추진축(309)에 분기되어 전달된다. 엔진 장치(321)의 정속 동력의 일부는 감속기(322)에 의해 예를 들면, 매분 100~120회전 전후의 회전 속도로 감속되어서 추진축(309)에 전달된다. 감속기(322)로부터의 감속 동력으로 프로펠러(305)가 회전 구동한다. 또한, 프로펠러(305)에는 프로펠러 날개의 날개각 변경에 의해 선속을 조절가능한 가변 피치 프로펠러가 채용되고 있다. 또한, 엔진 장치(321)의 정속 동력의 일부는 감속기(322)에 의해 예를 들면 매분 1200이나 1800회전 정도의 회전 속도로 증속되어서 감속기(322)에 회전가능하게 축 지지된 PTO축에 전달된다. 이 감속기(322)의 PTO축의 후단측이 축 구동 발전기(323)에 동력 전달가능하게 연결되어 있고, 감속기(322)로부터의 회전 동력에 의거하여 축 구동 발전기(323)가 발전 구동한다. 축 구동 발전기(323)의 구동으로 생긴 발전 전력이 선체(302) 내의 전기 계통에 공급된다.
엔진 장치(321)에는 공기 취입용의 흡기 경로(도시 생략)와 배기가스 배출용의 배기 경로(328)가 접속되어 있다. 흡기 경로를 통해 취입된 공기는 엔진 장치(321)의 각 기통(336) 내(흡기 행정의 기통 내)로 보내진다. 또한, 엔진 장치(321)는 2기 있기 때문에 배기 경로(328)는 2개 존재한다. 각 배기 경로(328)는 각각 연장 경로(329)에 접속되어 있다. 연장 경로(329)는 펀넬(304)까지 연장되어 있어서 외부에 직접 연통되도록 구성되어 있다. 각 엔진 장치(321)로부터의 배기가스는 각 배기 경로(328) 및 연장 경로(329)를 경유하여 선박(301) 외로 방출된다.
이상의 설명으로부터 명확해지는 바와 같이 엔진 장치(321)와, 선박 추진용의 프로펠러(305)를 회전 구동시키는 추진축(309)에 상기 엔진 장치(321)의 동력을 전달하는 감속기(322)와, 상기 엔진 장치(321)의 동력으로 발전하는 축 구동 발전기(323)를 조합한 추진 겸 발전 기구(312)를 1대 구비하고 있고, 한 쌍의 추진 겸 발전 기구(312)는 선체(302) 내의 기관실(311)에 선체 중심선(CL)을 사이에 둔 좌우로 나누어 배치되기 때문에 복수대의 엔진(주기관 및 보조 기관)을 기관실 내에 배치하는 종래 구조에 비해 기관실(311)의 엔진 설치 스페이스를 축소할 수 있다. 이 때문에 기관실(311)의 전후 길이를 단축해서 기관실(311)을 컴팩트하게 구성할 수 있고, 나아가서는 선체(302)에 있어서의 선창 스페이스(기관실(311) 이외의 스페이스)의 확보를 하기 쉽다. 2개의 프로펠러(305)의 구동에 의해 선박(301)의 추진 효율 향상도 도모할 수 있다.
또한, 주기관인 엔진 장치(321)가 2기 구비되기 때문에 예를 들면, 1기의 엔진 장치(321)가 고장나서 구동 불능이 되었다고 해도 다른 1기의 엔진 장치(321)에 의해 항행가능하며 선박용 원동기 장치, 나아가서는 선박(301)의 용장성을 확보할 수 있다. 또한, 상술한 대로 엔진 장치(321)에 의해 프로펠러(305)의 회전 구동과 축 구동 발전기(323)의 구동을 행할 수 있기 때문에 통상 항행 시는 어느 한쪽의 축 구동 발전기(323)를 예비로 할 수 있다. 따라서, 예를 들면 1기의 엔진 장치(321)또는 축 구동 발전기(323)의 고장에 의해 전력 공급이 정지되었을 경우, 다른 1기의 축 구동 발전기(323)를 기동시켜 주파수 및 전압을 확립해서 급전을 복귀시키면 좋다. 또한, 1기의 엔진 장치(321)만으로의 항행 시에 엔진 장치(321)를 정지시킨 경우는 다른 1기의 정지 중의 엔진 장치(321), 나아가서는 이것에 대응한 축 구동 발전기(323)를 기동시켜 주파수 및 전압을 확립해서 급전을 복귀시키면 좋다.
이어서, 상기 선박(301)에 있어서의 주기관으로서 사용되는 듀얼 퓨엘 엔진(321)의 개략 구성에 대해서 도 24~도 27을 참조하여 설명한다. 듀얼 퓨엘 엔진(321)(이하, 단지 「엔진 장치(321)」라고 부른다)은 천연 가스 등의 연료 가스를 공기에 혼합시켜서 연소시키는 예혼합 연소 방식과, 중유 등의 액체 연료(연료유)를 확산시켜서 연소시키는 확산 연소 방식을 택일적으로 선택하여 구동한다. 도 24는 엔진 장치(321)에 대한 연료 계통을 나타내는 도면이고, 도 25는 엔진 장치(321)에 있어서의 흡배기 계통을 나타내는 도면이고, 도 27은 엔진 장치(321)에 있어서의 제어 블록도이다.
엔진 장치(321)는 도 24에 나타내는 바와 같이 2계통의 연료 공급 경로(330, 331)로부터 연료가 공급되는 것이며, 한쪽의 연료 공급 경로(330)에 가스 연료 탱크(332)가 접속됨과 아울러 다른 쪽의 연료 공급 경로(331)에 액체 연료 탱크(333)가 접속된다. 즉, 엔진 장치(321)는 연료 공급 경로(330)로부터 연료 가스가 엔진 장치(321)에 공급되는 한편 연료 공급 경로(331)로부터 연료유가 엔진 장치(321)에 공급된다. 연료 공급 경로(330)는 액화 상태의 기체 연료를 저장하는 가스 연료 탱크(332)와, 가스 연료 탱크(332)의 액화 연료(연료 가스)를 기화시키는 기화 장치(334)와, 기화 장치(334)로부터 엔진 장치(321)에의 연료 가스의 공급량을 조정하는 가스 밸브 유닛(335)을 구비한다. 즉, 연료 공급 경로(330)는 가스 연료 탱크(332)로부터 엔진 장치(321)를 향해 기화 장치(334) 및 가스 밸브 유닛(335)이 순번대로 배치되어서 구성된다.
엔진 장치(321)는 도 25에 나타내는 바와 같이 실린더 블록(325)에 복수의 기통(336)(제 1 참고예에서는 6기통)을 직렬로 늘어놓은 구성을 갖고 있다. 각 기통(336)은 실린더 블록(325) 내에 구성되는 흡기 매니폴드(흡기 유로)(367)(도 28 참조)와 흡기 포트(337)를 통해 연통되어 있다. 각 기통(336)은 실린더 헤드(326)상방에 배치되는 배기 매니폴드(배기 유로)(344)와 배기 포트(338)를 통해 연통되어 있다. 각 기통(336)에 있어서의 흡기 포트(337)에 가스 인젝터(398)를 배치한다. 따라서, 흡기 매니폴드(367)로부터의 공기가 흡기 포트(337)를 통해 각 기통(336)에 공급되는 한편 각 기통(336)으로부터의 배기가스가 배기 포트(338)를 통해 배기 매니폴드(344)에 토출된다. 또한, 엔진 장치(321)를 가스 모드에서 운전하고 있는 경우에는 가스 인젝터(398)로부터 연료 가스를 흡기 포트(337)에 공급하고, 흡기 매니폴드(367)로부터의 공기에 연료 가스를 혼합하여 각 기통(336)에 예혼합 가스를 공급한다.
배기 매니폴드(344)의 배기 출구측에 과급기(349)의 터빈(349a)의 배기 입구를 접속하고 있고, 흡기 매니폴드(367)의 공기 입구측(신기 입구측)에 인터쿨러(351)의 공기 토출구(신기 출구)를 접속하고 있다. 인터쿨러(351)의 공기 흡입구(신기 입구)에 과급기(349)의 컴프레서(349b)의 공기 토출구(신기 출구)를 접속하고 있다. 컴프레서(349b) 및 인터쿨러(351) 사이에 메인 스로틀 밸브(V301)를 배치하고 있고, 메인 스로틀 밸브(V301)의 밸브 개방도를 조절하여 흡기 매니폴드(344)에 공급하는 공기 유량을 조정한다.
컴프레서(349b) 출구로부터 배출되는 공기의 일부를 컴프레서(349b) 입구에 재순환시키는 급기 바이패스 유로(317)가 컴프레서(349b)의 공기 흡입구(신기 입구)측과 인터쿨러(351)의 공기 배출구측을 연결하고 있다. 즉, 급기 바이패스 유로(317)는 컴프레서(349b)의 공기 흡입구보다 상류측에서 외기로 해방되는 한편 인터쿨러(351)와 흡기 매니폴드(367)의 접속 부분에 접속된다. 이 급기 바이패스 유로(317) 상에 급기 바이패스 밸브(V302)를 배치하고 있고, 급기 바이패스 밸브(V302)의 밸브 개방도를 조절하여 인터쿨러(351) 하류측으로부터 흡기 매니폴드(367)로 흐르는 공기 유량을 조정한다.
터빈(349a)을 바이패스시키는 배기 바이패스 유로(318)가 터빈(349a)의 배기 출구측과 배기 매니폴드(344)의 배기 출구측을 연결하고 있다. 즉, 배기 바이패스 유로(318)는 터빈(349a)의 배기 출구보다 하류측에서 외기로 해방되는 한편 터빈(349a)의 배기 출구와 터빈(349a)의 배기 입구의 접속 부분에 접속된다. 이 배기 바이패스 유로(318) 상에 배기 바이패스 밸브(V303)를 배치하고 있고, 배기 바이패스 밸브(V303)의 밸브 개방도를 조절함으로써 터빈(349a)에 흐르는 배기가스 유량을 조정하여 컴프레서(349b)에 있어서의 공기 압축량을 조정한다.
엔진 장치(321)는 배기 매니폴드(344)로부터의 배기가스에 의해 공기를 압축하는 과급기(349)와, 과급기(349)에서 압축된 압축 공기를 냉각하여 흡기 매니폴드(367)에 공급하는 인터쿨러(351)를 갖고 있다. 엔진 장치(321)는 과급기(349) 출구와 인터쿨러(351) 입구의 접속 개소에 메인 스로틀 밸브(V301)를 설치하고 있다. 엔진 장치(321)는 배기 매니폴드(344) 출구와 과급기(349)의 배기 출구를 연결하는 배기 바이패스 유로(318)를 구비함과 아울러 배기 바이패스 유로(318)에 배기 바이패스 밸브(V303)를 배치한다. 과급기(349)를 디젤 모드 사양으로 최적화한 경우에 가스 모드 시에 있어서도 엔진 부하의 변동에 맞춰 배기 바이패스 밸브(V303)의 개방도를 제어함으로써 엔진 부하에 최적인 공연비를 실현할 수 있다. 그 때문에 부하 변동 시에 있어서 연소에 필요한 공기량의 과부족을 방지할 수 있고, 엔진 장치(321)는 디젤 모드에서 최적화한 과급기를 사용한 상태에서 가스 모드에서도 최적으로 가동한다.
엔진 장치(321)는 과급기(349)를 바이패스하는 급기 바이패스 유로(317)를 구비하고, 급기 바이패스 유로(317)에 급기 바이패스 밸브(V302)를 배치한다. 엔진 부하의 변동에 맞춰 급기 바이패스 밸브(V302)의 개방도를 제어함으로써 연료 가스의 연소에 필요한 공연비에 맞춘 공기를 엔진에 공급할 수 있다. 또한, 응답성이 좋은 급기 바이패스 밸브(V302)에 의한 제어 동작을 병용함으로써 가스 모드에 있어서의 부하 변동에의 응답 속도를 빠르게 할 수 있다.
엔진 장치(321)는 인터쿨러(351) 입구와 메인 스로틀 밸브(V301) 사이가 되는 위치에 급기 바이패스 유로(317)를 접속하고, 컴프레서(349b)로부터 토출된 압축 공기를 컴프레서(349b) 입구에 귀환시킨다. 이것에 의해 배기 바이패스 밸브(V303)에 의한 유량 제어의 응답성을 급기 바이패스 밸브(V302)에 의해 보충함과 동시에 급기 바이패스 밸브(V302)의 제어폭을 배기 바이패스 밸브(V303)에 의해 보충할 수 있다. 따라서, 선박용 용도에서의 부하 변동이나 운전 모드의 스위칭 시에 있어서 가스 모드에 있어서의 공연비 제어의 추종성을 양호한 것으로 할 수 있다.
엔진 장치(321)는 도 26에 나타내는 바와 같이 실린더 블록(325) 내에 원통형상의 실린더(377)(기통(336))가 삽입되어 있고, 실린더(377) 내를 상하방향으로 피스톤(378)이 왕복동함으로써 실린더(377) 하측의 엔진 출력축(324)을 회전시킨다. 실린더 블록(325) 상의 실린더 헤드(326)에는 연료유관(342)으로부터 연료유(액체 연소)가 공급되는 메인 연료 분사 밸브(379)가 선단을 실린더(377)를 향하게 해서 삽입되어 있다. 이 연료 분사 밸브(379)는 실린더(377)의 상단면의 중심 위치에 선단을 배치하고 있고, 피스톤(378) 상면과 실린더(377)의 내벽면으로 구성되는 주연소실에 연료유를 분사한다. 따라서, 엔진 장치(321)가 확산 연소 방식으로 구동할 때, 연료 분사 밸브(379)로부터 연료유가 실린더(377) 내의 주연소실에 분사됨으로써 주연소실에서는 압축 공기와 반응해서 확산 연소를 발생시킨다.
각 실린더 헤드(326)에 있어서, 메인 연료 분사 밸브(379)의 외주측에 흡기 밸브(380) 및 배기 밸브(381)를 슬라이딩가능하게 설치하고 있다. 흡기 밸브(380)가 개방됨으로써 흡기 매니폴드(367)로부터의 공기를 실린더(377) 내의 주연소실에 흡기시키는 한편 배기 밸브(381)가 개방됨으로써 실린더(377) 내의 주연소실에서의 연소 가스(배기가스)에 배기 매니폴드(344)로 배기시킨다. 캠 샤프트(도시 생략)의 회전에 따라 푸시 로드(도시 생략) 각각이 상하동함으로써 로커 암(도시 생략)이 요동하여 흡기 밸브(380) 및 배기 밸브(381) 각각을 상하동시킨다.
주연소실에 착화 화염을 발생시키는 파일럿 연료 분사 밸브(382)가 그 선단이 메인 연료 분사 밸브(379) 선단의 근방에 배치되도록 각 실린더 헤드(326)에 대하여 경사지게 해서 삽입되어 있다. 파일럿 연료 분사 밸브(382)는 마이크로 파일럿 분사 방식을 채용하고 있고, 선단에 파일럿 연료가 분사되는 부실을 갖고 있다. 즉, 파일럿 연료 분사 밸브(382)는 커먼레일(347)로부터 공급되는 파일럿 연료를 부실에 분사하여 연소시켜서 실린더(377) 내의 주연소실의 중심 위치에 착화 화염을 발생시킨다. 따라서, 엔진 장치(321)가 예혼합 연소 방식으로 구동할 때, 파일럿 연료 분사 밸브(382)에서 착화 화염이 발생함으로써 흡기 밸브(380)를 통해 실린더(377) 내의 주연소실에 공급되는 예혼합 가스가 반응하고, 예혼합 연소를 발생시킨다.
엔진 장치(321)는 도 27에 나타내는 바와 같이 엔진 장치(321)의 각 부를 제어하는 엔진 제어 장치(373)를 갖고 있다. 엔진 장치(321)는 기통(336)마다에 파일럿 연료 분사 밸브(382), 연료 분사 펌프(389), 및 가스 인젝터(398)를 설치하고 있다. 엔진 제어 장치(373)는 파일럿 연료 분사 밸브(382), 연료 분사 펌프(389),및 가스 인젝터(98) 각각에 제어 신호를 주어서 파일럿 연료 분사 밸브(382)에 의한 파일럿 연료 분사, 연료 분사 펌프(389)에 의한 연료유 공급, 및 가스 인젝터(398)에 의한 가스 연료 공급 각각을 제어한다.
엔진 장치(321)는 도 27에 나타내는 바와 같이 배기 캠, 흡기 캠, 및 연료 캠(도시 생략)을 기통(336)마다에 구비한 캠축(200)을 구비하고 있다. 캠축(200)은 기어 기구(도시 생략)를 통해 크랭크축(324)으로부터의 회전 동력이 전달됨으로써 배기 캠, 흡기 캠, 및 연료 캠을 회전시켜서 기통(336)마다에 흡기 밸브(380) 및 배기 밸브(381)를 개폐시킴과 아울러 연료 분사 펌프(389)를 구동시킨다. 또한, 엔진 장치(321)는 연료 분사 펌프(389)에 있어서의 컨트롤 랙(202)의 랙 위치를 조정하는 조속기(201)를 구비하고 있다. 조속기(201)는 캠축(200) 선단의 회전수로부터 엔진 장치(321)의 엔진 회전수를 측정하고, 연료 분사 펌프(389)에 있어서의 컨트롤 랙(202)의 랙 위치를 설정하고, 연료 분사량을 조정한다.
엔진 제어 장치(373)는 메인 스로틀 밸브(V301), 급기 바이패스 밸브(V302),및 배기 바이패스 밸브(V303) 각각에 제어 신호를 주어서 각각 밸브 개방도를 조절하고, 흡기 매니폴드(367)에 있어서의 공기 압력(흡기 매니폴드 압력)을 조정한다. 엔진 제어 장치(373)는 흡기 매니폴드(367)에 있어서의 공기 압력을 측정하는 압력 센서(339)로부터 측정 신호를 받고 흡기 매니폴드 압력을 검지한다. 엔진 제어 장치(373)는 와트 트랜스듀서나 토크 센서 등의 부하 측정기(319)에 의한 측정 신호를 받고 엔진 장치(321)에 가하는 부하를 산출한다. 엔진 제어 장치(373)는 크랭크축(324)의 회전수를 측정하는 펄스 센서 등의 엔진 회전 센서(320)에 의한 측정 신호를 받고 엔진 장치(321)의 엔진 회전수를 검지한다.
디젤 모드에서 엔진 장치(321)를 운전하는 경우, 엔진 제어 장치(373)는 연료 분사 펌프(389)에 있어서의 제어 밸브를 개폐 제어하여 각 기통(336)에 있어서의 연소를 소정 타이밍으로 발생시킨다. 즉, 각 기통(336)의 분사 타이밍에 맞춰 연료 분사 펌프(389)의 제어 밸브를 개방함으로써 메인 연료 분사 밸브(379)를 통해 각 기통(336) 내에 연료유를 분사시키고 기통(336) 내에서 발화시킨다. 또한, 디젤 모드에 있어서 엔진 제어 장치(373)는 파일럿 연료 및 연료 가스의 공급을 정지시키고 있다.
디젤 모드에 있어서, 엔진 제어 장치(373)는 부하 측정기(319)에서 측정된 엔진 부하(엔진 출력)와, 엔진 회전 센서(320)에서 측정된 엔진 회전수에 의거하여 각 기통(336)에 있어서의 메인 연료 분사 밸브(379)의 분사 타이밍을 피드백 제어 한다. 이것에 의해 엔진(321)은 추진 겸 발전 기구(312)에서 필요로 되는 엔진 부하를 출력함과 동시에 선박의 추진 속도에 따른 엔진 회전수로 회전한다. 또한, 엔진 제어 장치(373)는 압력 센서(339)에서 측정된 흡기 매니폴드 압력에 의거하여 메인 스로틀 밸브(V301)의 개방도를 제어함으로써 필요한 엔진 출력에 따른 공기 유량이 되는 압축 공기를 과급기(349)로부터 흡기 매니폴드(367)에 공급시킨다.
가스 모드에서 엔진 장치(321)를 운전하는 경우는 엔진 제어 장치(373)는 가스 인젝터(398)에 있어서의 밸브 개방도를 조절하여 각 기통(336) 내에 공급하는 연료 가스 유량을 설정한다. 그리고, 엔진 제어 장치(373)는 파일럿 연료 분사 밸브(382)를 개폐 제어하여 각 기통(336)에 있어서의 연소를 소정 타이밍으로 발생시킨다. 즉, 가스 인젝터(398)가 밸브 개방도에 따른 유량의 연료 가스를 흡기 포트(337)에 공급하여 흡기 매니폴드(367)로부터의 공기에 혼합하여 예혼합 연료를 기통(336)에 공급시킨다. 그리고, 각 기통(336)의 분사 타이밍에 맞춰 파일럿 연료 분사 밸브(382)의 제어 밸브를 개방함으로써 파일럿 연료의 분사에 의한 점화원인을 발생시키고 예혼합 가스를 공급한 기통(336) 내에서 발화시킨다. 또한, 가스 모드에 있어서, 엔진 제어 장치(373)는 연료유의 공급을 정지시키고 있다.
가스 모드에 있어서 엔진 제어 장치(373)는 부하 측정기(319)에서 측정된 엔진 부하와, 엔진 회전 센서(320)에서 측정된 엔진 회전수에 의거하여 가스 인젝터(398)에 의한 연료 가스 유량과, 각 기통(336)에 있어서의 파일럿 연료 분사 밸브(382)에 의한 분사 타이밍을 피드백 제어한다. 또한, 엔진 제어 장치(373)는 압력 센서(339)에서 측정된 흡기 매니폴드 압력에 의거하여 메인 스로틀 밸브(V301), 급기 바이패스 밸브(V302), 및 배기 바이패스 밸브(V303) 각각의 개방도를 조절한다. 이것에 의해 흡기 매니폴드 압력을 필요한 엔진 출력에 따른 압력으로 조절하고, 가스 인젝터(398)로부터 공급되는 연료 가스와의 공연비를 엔진 출력에 따른 값으로 조정할 수 있다.
이어서, 상기 개략 구성을 갖는 듀얼 퓨엘 엔진(321)(엔진 장치(321))의 상세 구성에 대하여 도 28~도 30을 참조하여 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 감속기(322)와의 접속측을 후측으로 해서 엔진 장치(321)의 구성에 있어서의 전후 좌우의 위치 관계를 지정하는 것으로 한다.
엔진 장치(321)는 도 28~도 30에 나타내는 바와 같이 베이스대(327)(도 22 참조) 상에 거치되는 실린더 블록(325)에 복수의 헤드 커버(340)가 전후 일렬로 배열된 실린더 헤드(326)를 탑재하고 있다. 엔진 장치(321)는 실린더 헤드(326)의 우측면에 헤드 커버(340)열과 평행하게 가스 매니폴드(기체 연료 배관)(341)을 연장 설치하는 한편 실린더 블록(325)의 좌측면에 헤드 커버(340)열과 평행하게 연료유관(액체 연료 배관)(342)을 연장 설치하고 있다. 또한, 가스 매니폴드(341)의 상측에 있어서, 후술의 배기 매니폴드(배기 유로)(344)가 헤드 커버(340)열과 평행하게 연장 설치되어 있다.
헤드 커버(340)열과 배기 매니폴드(344) 사이에는 실린더 헤드(326) 내의 냉각수로와 연결하는 실린더 헤드 상 냉각수 배관(346)이 헤드 커버(340)열과 평행하게 연장 설치되어 있다. 냉각수 배관(346)의 상측에는 경유 등에 의한 파일럿 연료를 공급하는 커먼레일(파일럿 연료 배관)(47)이 냉각수 배관(346)과 같이 헤드 커버(340)열과 평행하게 연장 설치되어 있다. 이 때, 냉각수 배관(346)이 실린더 헤드(326)와 연결되어 지지됨과 아울러 커먼레일(347)이 냉각수 배관(346)과 연결되어 지지된다.
배기 매니폴드(344)의 전단(배기 출구측)은 배기 중계관(348)을 통해 과급기(349)와 접속되어 있다. 따라서, 배기 매니폴드(344)를 통해 배기되는 배기가스가 배기 중계관(348)을 통해 과급기(349)의 터빈(349a)에 유입함으로써 터빈(349a)이 회전하여 터빈(349a)과 동축이 되는 컴프레서(349b)를 회전시킨다. 과급기(349)는 엔진 장치(321)의 전단 상측에 배치되어 있고, 그 우측에 터빈(349a)을, 그 좌측에 컴프레서(349b)를 각각 갖는다. 그리고, 배기 출구관(350)이 과급기(349)의 우측에 배치됨과 아울러 터빈(349a)의 배기 출구와 연결되고 터빈(349a)으로부터의 배기가스를 배기 경로(328)(도 22 참조)로 배기시킨다.
과급기(349)의 하측에는 과급기(349)의 컴프레서(349b)로부터의 압축 공기를 냉각시키는 인터쿨러(351)가 배치되어 있다. 즉, 실린더 블록(325)의 전단측에 인터쿨러(351)가 설치됨과 아울러 이 인터쿨러(351)의 상부에 과급기(349)가 적재된다. 과급기(349)의 좌우 중층 위치에는 컴프레서(349b)의 공기 토출구가 후방(실린더 블록(325)측)을 향해 개구되도록 해서 설치되어 있다. 한편, 인터쿨러(351) 상면에는 상방을 향해 개구된 공기 흡입구가 설치되어 있고, 이 공기 흡입구를 통해 컴프레서(349b)로부터 토출되는 압축 공기가 인터쿨러(351) 내부에 유입한다. 그리고, 컴프레서(349b)의 공기 토출구와 인터쿨러(351)의 공기 흡입구는 일단이 접속되어 있는 흡기 중계관(352)에 의해 연통된다. 이 흡기 중계관(352)은 상술의 메인 스로틀 밸브(V301)(도 25 참조)를 갖고 있다.
엔진 장치(321)의 전단면(정면)에는 엔진 출력축(324)의 외주측에 냉각수 펌프(353), 파일럿 연료 펌프(354), 윤활유 펌프(프라이밍 펌프)(355), 및 연료유 펌프(356) 각각이 설치되어 있다. 이 때, 냉각수 펌프(353) 및 연료유 펌프(356) 각각이 좌측면 근처의 상하에 배치되고, 파일럿 연료 펌프(354) 및 윤활유 펌프(355) 각각이 우측면 근처의 상하에 배치된다. 또한, 엔진 장치(321)의 전단 부분에는 엔진 출력축(324)의 회전 동력을 전달하는 회전 전달 기구(도시 생략)가 설치되어 있다. 이것에 의해 엔진 출력축(324)으로부터의 회전 동력이 상기 회전 전달 기구를 통해 전달됨으로써 엔진 출력축(324) 외주에 설치된 냉각수 펌프(353), 파일럿 연료 펌프(354), 윤활유 펌프(355), 및 연료유 펌프(356) 각각도 회전한다. 또한, 실린더 블록(325)내에 있어서, 냉각수 펌프(353)의 상측에 전후를 축방향으로 하는 캠 샤프트(도시 생략)가 축 지지되어 있고, 상기 캠 샤프트도 상기 회전 전달 기구를 통해 엔진 출력축(324)의 회전 동력이 전달되어서 회전한다.
실린더 블록(325)의 하측에는 오일팬(357)이 설치되어 있고, 이 오일팬(57)에 실린더 블록(325)을 흐르는 윤활유가 고인다. 윤활유 펌프(355)는 윤활유 배관 을 통해 오일팬(357)과 하측의 흡인구에 의해 접속되어 있고, 오일팬(357)에 고여 있는 윤활유를 흡인한다. 또한, 윤활유 펌프(355)는 상측의 토출구가 윤활유 배관 을 통해 윤활유 쿨러(358)의 윤활유 입구와 접속함으로써 오일팬(357)으로부터 흡인한 윤활유를 윤활유 쿨러(358)에 공급한다. 윤활유 쿨러(358)는 그 전방을 윤활유 입구로 하는 한편 후방을 윤활유 출구로 해서 윤활유 출구를 윤활유 스트레이너(359)와 윤활유 배관을 통해 연결시킨다. 윤활유 스트레이너(359)는 그 전방을 윤활유 입구로 하는 한편 후방을 윤활유 출구로 해서 윤활유 출구를 실린더 블록(325)과 접속하고 있다. 따라서, 윤활유 펌프(355)로부터 보내져 오는 윤활유는 윤활유 쿨러(358)에서 냉각된 후에 윤활유 스트레이너(359)에 의해 정화된다.
과급기(349)는 좌우 각각으로 나누어 배치된 컴프레서(349b) 및 터빈(349a)을 동축에서 축 지지하고, 배기 중계관(348)을 통해 배기 매니폴드(344)로부터 도입되는 터빈(349a)의 회전에 의거하여 컴프레서(349b)가 회전한다. 또한, 과급기(349)는 신기 취입측이 되는 컴프레서(349b)의 좌측에 도입하는 외기를 제진하는 흡기 필터(363)와, 흡기 필터(363)와 컴프레서(349b)를 접속하는 신기 통로관(364)을 구비한다. 이것에 의해 터빈(349a)과 동기해서 컴프레서(349b)가 회전함으로써 흡기 필터(363)에 의해 흡인된 외기(공기)는 과급기(349)를 통해 컴프레서(349b)에 도입된다. 그리고, 컴프레서(349b)는 좌측으로부터 흡인한 공기를 압축하여 후측에 설치되어 있는 흡기 중계관(352)에 압축 공기를 토출한다.
흡기 중계관(352)은 그 상부 전방을 개구시켜서 컴프레서(349b) 후방의 토출구와 접속하고 있는 한편 그 하측을 개구시켜서 인터쿨러(351) 상면의 흡기구와 접속하고 있다. 또한, 인터쿨러(351)는 전면의 통기로에 설치한 분기구에 있어서 급기 바이패스관(366)(급기 바이패스 유로(317))의 일단과 접속하고 있고, 인터쿨러(351)에서 냉각한 압축 공기의 일부를 급기 바이패스관(366)에 토출한다. 급기 바이패스관(366)의 타단이 신기 통로관(364)의 전면에 설치한 분기구에 접속하여 인터쿨러(351)에서 냉각된 압축 공기의 일부가 급기 바이패스관(366)을 통해 신기 통로관(364)에 환류되어 흡기 필터(363)로부터의 외기와 합류한다. 또한, 급기 바이패스관(366)은 그 중도부에 급기 바이패스 밸브(V302)가 배치되어 있다.
인터쿨러(351)는 흡기 중계관(352)을 통해 컴프레서(349b)로부터의 압축 공기를 좌측 후방으로부터 유입시키면 급수 배관(362)으로부터 급수되는 냉각수와의 열 교환 작용에 의거하여 압축 공기를 냉각시킨다. 인터쿨러(351) 내부에 있어서 좌실에서 냉각된 압축 공기는 전방의 통기로를 흘러 우실에 도입된 후, 우실 후방에 설치된 토출구를 통해 흡기 매니폴드(367)에 토출된다. 흡기 매니폴드(367)는 실린더 블록(325)의 우측면에 설치되어 있고, 가스 매니폴드(341)의 하측에 있어서 헤드 커버(340)열과 평행하게 전후로 연장 설치되어 있다. 또한, 급기 바이패스 밸브(V302)의 개방도에 따라 인터쿨러(351)로부터 컴프레서(349b)에 환류시키는 압축 공기의 유량이 결정됨으로써 흡기 매니폴드(367)에 공급하는 압축 공기의 유량이 설정된다.
또한, 과급기(349)의 터빈(349a)은 후방의 흡입구를 배기 중계관(348)과 접속시키고 있고, 우측의 토출구를 배기 출구관(350)과 접속시키고 있다. 이것에 의해 과급기(349)는 배기 중계관(348)을 통해 배기 매니폴드(344)로부터 배기가스를 터빈(349a) 내부에 도입시켜서 터빈(349a)을 회전시킴과 동시에 컴프레서(349b)를 회전시켜 배기가스를 배기 출구관(350)으로부터 배기 경로(328)(도 22 참조)로 배기한다. 배기 중계관(348)은 그 후방을 개구시켜서 배기 매니폴드(344)의 토출구와 사복관(368)을 통해 접속하고 있는 한편 그 전방을 개구시켜서 터빈(349a) 후방의 흡입구와 접속되어 있다.
또한, 배기 중계관(348)의 중도 위치에 있어서 우측면측에 분기구가 설치되어 있고, 이 배기 중계관(348)의 분기구에 배기 바이패스관(369)(배기 바이패스 유로(318))의 일단이 접속되어 있다. 배기 바이패스관(369)은 그 타단이 배기 출구관(350)의 후방에 설치된 합류구와 접속되고, 배기 매니폴드(344)로부터 토출되는 배기가스의 일부를 과급기(349)를 통하지 않고 배기 출구관(350)에 바이패스시킨다. 또한, 배기 바이패스관(369)은 그 중도부에 배기 바이패스 밸브(V303)가 배치되어 있고, 배기 바이패스 밸브(V303)의 개방도에 따라 배기 매니폴드(344)로부터 배기 출구관(350)에 바이패스시키는 배기가스의 유량을 설정하고,터빈(349a)에 공급하는 배기가스 유량을 조절한다.
엔진 장치(321)의 시동·정지 등의 제어를 행하는 기측 조작용 제어 장치(371)가 지지 스테이(지지 부재)(372)를 통해 인터쿨러(351)의 좌측면에 고정되어 있다. 기측 조작용 제어 장치(371)는 작업자에 의한 엔진 장치(321)의 시동·정지를 받아들이는 스위치와 함께 엔진 장치(321) 각 부의 상태를 표시하는 디스플레이를 구비한다. 조속기(201)가 실린더 헤드(326)의 좌측면 전단에 고정되어 있다. 실린더 블록(325)의 좌측면 후단측에는 엔진 장치(321)를 시동시키는 엔진 시동 장치(375)가 고정되어 있다.
또한, 엔진 장치(321) 각 부의 동작을 제어하는 엔진 제어 장치(373)가 지지 스테이(지지 부재)(374)를 통해 실린더 블록(325)의 후단면에 고정된다. 실린더 블록(325)의 후단측에는 감속기(322)과 연결해서 회전시키는 플라이 휠(376)이 설치되어 있고, 플라이 휠(376)의 상부에 엔진 제어 장치(373)가 배치되어 있다. 이 엔진 제어 장치(373)는 엔진 장치(321) 각 부에 있어서의 센서(압력 센서나 온도 센서)와 전기적으로 접속하여 엔진 장치(321) 각 부의 온도 데이터나 압력 데이터 등을 수집함과 아울러 엔진 장치(321) 각 부에 있어서의 전자 밸브 등에 신호를 주고 엔진 장치(321)의 각종 동작(연료유 분사, 파일럿 연료 분사, 가스 분사, 냉각수 온도 조정 등)을 제어한다.
실린더 블록(325)은 그 좌측면 상측에 단차부가 설치되어 있고, 이 실린더 블록(325)의 단차부 상면에 헤드 커버(340) 및 실린더 헤드(326)와 동수의 연료 분사 펌프(389)가 설치되어 있다. 연료 분사 펌프(389)는 실린더 블록(325)의 좌측면을 따라 일렬로 배열되어 있고, 그 좌측면이 연료유관(액체 연료 배관)(342)과 연결되어 있음과 아울러 그 상단이 연료 토출관(390)을 통해 우측 전방의 실린더 헤드(326)의 좌측면과 연결되어 있다. 상하 2개의 연료유관(342)은 한쪽이 연료 분사 펌프(389)에 연료유를 공급하는 급유관이며, 다른 쪽이 연료 분사 펌프(389)로부터 연료유를 리턴하는 오일 리턴관이다. 또한, 연료 토출관(390)은 실린더 헤드(326) 내의 연료 유로를 통해 메인 연료 분사 밸브(379)(도 26 참조)와 접속함으로써 연료 분사 펌프(389)로부터의 연료유를 메인 연료 분사 밸브(379)에 공급한다.
연료 분사 펌프(389)는 실린더 블록(325)의 단차부 상에 있어서, 연료 토출관(390)에 의해 접속되는 실린더 헤드(326)의 좌측 후방이 되는 위치에 헤드 커버(340)열에 대하여 좌측에 병설되어 있다. 또한, 연료 분사 펌프(389)는 실린더 헤드(326)와 연료유관(342)에 끼인 위치에서 일렬로 배열되어 있다. 연료 분사 펌프(389)는 실린더 블록(325) 내의 캠 샤프트(도시 생략)에 있어서의 펌프용 캠의 회전에 의해 플런저의 밀어올림 동작을 행한다. 그리고, 연료 분사 펌프(389)는 플런저의 밀어올림에 의해 연료유관(342)으로부터 공급되는 연료유를 고압으로 상승시키고, 연료 토출관(390)을 통해 실린더 헤드(326) 내의 연료 분사 펌프(389)에 고압의 연료유를 공급한다.
커먼레일(347)의 전단이 파일럿 연료 펌프(354)의 토출측과 접속되어 있고, 파일럿 연료 펌프(354)로부터 토출되는 파일럿 연료가 커먼레일(347)에 공급된다. 또한, 가스 매니폴드(341)는 배기 매니폴드(344)와 흡기 매니폴드(367) 사이가 되는 높이 위치에서 헤드 커버(340)열을 따라 연장 설치되어 있다. 가스 매니폴드(341)는 가스 입구관(397)과 전단이 접속하여 전후로 연장되어 있는 가스 주관(341a)과, 가스 주관(341a)의 상면으로부터 실린더 헤드(326)를 향해 분기시킨 복수의 가스 지관(341b)을 구비한다. 가스 주관(341a)은 그 상면에 등간격으로 접속용 플랜지를 구비하고 있고, 가스 지관(341b)의 입구측 플랜지와 체결되어 있다. 가스 지관(341b)은 가스 주관(341a)과의 연결 부분과 반대측의 단부를 가스 인젝터(398)가 상측으로부터 삽입된 슬리브의 우측면과 연결되어 있다.
이어서, 상기 구성을 갖는 듀얼 퓨엘 엔진(321)(엔진 장치(321))을 가스 모드에서 운전했을 때의 공기 유량 제어에 대하여 주로 도 31 등을 참조하여 설명한다.
엔진 제어 장치(373)는 도 31에 나타내는 바와 같이 엔진 부하가 저부하역(부하(L) 4 이하의 부하역)이며 소정 부하(L1)보다 낮은 경우에는 메인 스로틀 밸브(V301)의 밸브 개방도에 대하여 피드백 제어(PID 제어)를 행한다. 이 때, 엔진 제어 장치(373)는 엔진 부하에 따른 흡기 매니폴드 압력의 목표값(목표 압력)을 설정한다. 그리고, 엔진 제어 장치(373)는 압력 센서(339)로부터의 측정 신호를 받고 흡기 매니폴드 압력의 측정값(측정 압력)을 확인하여 목표 압력과의 차분을 구한다. 이것에 의해 엔진 제어 장치(373)는 목표 압력과 측정 압력의 차분값에 의거하여 메인 스로틀 밸브(V301)의 밸브 개방도의 PID 제어를 실행하여 흡기 매니폴드(367)의 공기 압력을 목표 압력에 가깝게 한다.
엔진 제어 장치(373)는 엔진 부하가 소정 부하(L1) 이상이 되는 경우에는 메인 스로틀 밸브(V301)의 밸브 개방도에 대하여 맵 제어를 행한다. 이 때, 엔진 제어 장치(373)는 엔진 부하에 대한 메인 스로틀 밸브(V301)의 밸브 개방도를 기억하는 데이터 테이블(DT1)을 참조하여 엔진 부하에 대응한 메인 스로틀 밸브(V301)의 밸브 개방도를 설정한다. 그리고, 엔진 제어 장치(373)는 엔진 부하가 부하(L2)(L1<L2<Lth<L4) 이상이 되는 경우에는 메인 스로틀 밸브(V301)를 전개가 되도록 제어한다. 또한, 부하(L2)는 저부하역이며 흡기 매니폴드 압력이 대기압이 되는 부하(Lth)보다 저부하로 설정되어 있다.
엔진 제어 장치(373)는 엔진 부하가 저부하역이며 소정 부하(L3)(Lth<L3 <L4)보다 낮은 경우에는 급기 바이패스 밸브(V302)를 전폐가 되도록 제어한다. 엔진 제어 장치(373)는 엔진 부하가 소정 부하(L3) 이상이 되는 경우에는 급기 바이패스 밸브(V302)의 밸브 개방도에 대하여 피드백 제어(PID 제어)를 행한다. 이 때, 엔진 제어 장치(373)는 엔진 부하에 따른 목표 압력과 압력 센서(339)에 의한 측정 압력의 차분값에 의거하여 급기 바이패스 밸브(V302)의 밸브 개방도의 PID 제어를 실행하고 흡기 매니폴드(367)의 공기 압력을 목표 압력에 가깝게 한다.
엔진 제어 장치(373)는 엔진 부하 전역에서 배기 바이패스 밸브(V303)의 밸브 개방도에 대하여 맵 제어를 행한다. 이 때, 엔진 제어 장치(373)는 엔진 부하에 대한 배기 바이패스 밸브(V303)의 밸브 개방도를 기억하는 데이터 테이블(DT2)을 참조하여 엔진 부하에 대응한 배기 바이패스 밸브(V303)의 밸브 개방도를 설정한다. 즉, 엔진 부하가 소정 부하(L1)보다 낮은 경우에는 배기 바이패스 밸브(V303)를 전개로 하고 있으며, 소정 부하(L1)보다 높아지면 엔진 부하에 대하여 배기 바이패스 밸브(V303)의 개방도를 단조 감소시켜서 소정 부하(L2)에서 배기 바이패스 밸브(V303)를 전개로 한다. 그리고, 엔진 부하가 소정 부하(L2)보다 높아 소정 부하(L3) 이하가 되는 경우, 배기 바이패스 밸브(V303)를 전폐로 하고 있으며, 엔진 부하가 저부하역의 소정 부하(L3)보다 높아지면 엔진 부하에 대하여 배기 바이패스 밸브(V303)의 개방도를 단조 증가시킨다. 즉, 배기 바이패스 밸브(V303)를 서서히 개방한다.
도 31에 나타내는 바와 같이 엔진 제어 장치(373)는 엔진에 가하는 부하(엔진 부하)가 저부하역이며 제 1 소정 부하(L3)보다 높은 경우에 메인 스로틀 밸브(V301)의 개방도를 전개로 한다. 또한, 엔진 제어 장치(373)는 급기 바이패스 밸브(V302)에 대하여 피드백 제어(PID 제어)를 행함과 동시에 배기 바이패스 밸브(V303)에 대하여 맵 제어를 행함으로써 흡기 매니폴드(367)의 압력을 부하에 따른 목표값으로 조정한다. 그리고, 엔진에 부하가 제 1 소정 부하(L3)로 되어 있을 때, 급기 바이패스 밸브(V302) 및 배기 바이패스 밸브(V303) 각각을 전폐로 하고 있다.
과급기(349)를 디젤 모드 사양으로 최적화한 경우에 가스 모드 운전 시에 있어서도 엔진 부하의 변동에 맞춰 급기 바이패스 밸브(V302)의 개방도를 제어 함으로써 흡기 매니폴드(367)의 압력 제어를 응답성이 양호한 것으로 할 수 있다. 그 때문에 부하 변동 시에 있어서 연소에 필요한 공기량의 과부족을 방지할 수 있고, 디젤 모드에서 최적화한 과급기(349)를 사용한 엔진 장치(321)이어도 가스 모드에서 최적으로 가동할 수 있다.
또한, 엔진 부하의 변동에 맞춰 배기 바이패스 밸브(V303)의 개방도를 제어함으로써 기체 연료의 연소에 필요한 공연비에 맞춘 공기를 엔진 장치(321)에 공급할 수 있다. 또한, 응답성이 좋은 급기 바이패스 밸브(V302)에 의한 제어 동작을 병용함으로써 가스 모드에 있어서의 부하 변동에의 응답 속도를 빠르게 할 수 있기 때문에 부하 변동 시에 있어서 연소에 필요한 공기량의 부족에 의거하는 노킹을 방지할 수 있다.
또한, 저부하역에 있어서 제 1 소정 부하(L3)보다 낮은 값이 되는 제 2 소정 부하(L1)보다 엔진 부하가 낮은 경우에 메인 스로틀 밸브(V301)에 대하여 피드백 제어(PID 제어)를 행한다. 한편, 엔진 제어 장치(373)는 엔진 부하가 제 2 소정 부하(L1)보다 높은 경우에 메인 스로틀 밸브(V301)에 대하여 데이터 테이블(DT1)에 의거하는 맵 제어를 행한다. 또한, 엔진 부하가 소정 부하(L1)보다 낮은 경우에는 급기 바이패스 밸브(V302)를 전폐로 함과 아울러 배기 바이패스 밸브(V303)를 전개로 한다. 즉, 배기 매니폴드(344) 압력이 대기압보다 낮은 부압이 되는 경우, 배기 바이패스 밸브(V303)를 전개로 해서 터빈(349a)의 구동을 정지시킴으로써 과급기(349)에 있어서의 서징 등을 방지할 수 있다. 또한, 급기 바이패스 밸브(V302)를 전폐로 함으로써 저부하 시에 있어서 메인 스로틀 밸브(V1)에 의한 흡기 매니폴드 압력의 제어를 응답성이 높은 것으로 할 수 있다.
또한, 엔진 부하가 제 2 소정 부하(L1) 이상이며, 제 1 및 제 2 소정 부하(L3, L1) 사이의 값이 되는 제 3 소정 부하(L2)보다 낮은 경우, 메인 스로틀 밸브(V301)에 대하여 데이터 테이블(DT1)에 의거하는 맵 제어를 행한다. 또한, 급기 바이패스 밸브(V302)를 전폐로 함과 아울러 배기 바이패스 밸브(V303)를 데이터 테이블(DT2)에 의거하는 맵 제어를 행한다. 그리고, 엔진 부하가 제 1 소정 부하(L3)로 될 때, 메인 스로틀 밸브(V301)를 전개로 하는 한편 급기 바이패스 밸브(V302) 및 배기 바이패스 밸브(V303)를 전폐로 하여 디젤 모드로부터 가스 모드 스위칭가능한 상태로 한다.
엔진 제어 장치(373)는 가스 모드 운전 시에 있어서 도 32에 나타내는 바와 같이 부하 측정기(319)에서 측정된 엔진 부하(발전기 출력 또는 엔진 토크)(Ac)를 받으면 목표 점화 시기 맵(M14)을 참조하여 파일럿 연료 분사 밸브(382)의 목표 점화 시기(통상 점화 시기)를 결정한다. 목표 점화 시기 맵(M14)은 엔진 부하(Ac)와 목표 점화 시기(DTm)의 상관을 나타내는 것이며, 엔진 부하(Ac)에 대하여 목표 점화 시기(DTm)를 결정하는 것이다. 또한, 엔진 제어 장치(373)는 기체 연료를 공기에 예혼합시킨 예혼합 연료에 있어서의 공기량이 부족되어 있다고 판정한 경우, 점화 시기를 단계적으로 지각 제어하는 한편 공기량이 충족되어 있다고 판정한 경우, 점화 시기를 단계적으로 진각 제어한다.
즉, 엔진 제어 장치(373)는 도 32에 나타내는 바와 같이 목표 점화 시기 맵(M14)을 참조하여 목표 점화 시기(DTm)를 설정함과 아울러 지각 설정 맵(M15)을 참조하여 지각량(ΔDTd)을 설정함으로써 점화 시기(DTm+ΔDTd)에 파일럿 연료 분사 밸브(382)를 점화시킨다. 목표 점화 시기 맵(M14)은 부하 측정기(319)에서 측정된 엔진 부하(발전기 출력 또는 엔진 토크)(Ac)와 목표 점화 시기(DTm)의 상관을 나타내는 것이며, 엔진 부하(Ac)에 대하여 목표 점화 시기(DTm)를 결정하는 것이다. 지각 설정 맵(M15)은 공기량의 부족 상태를 예측하는 파라미터와 지각량(ΔDTd)의 상관을 나타내는 것이며, 예측되는 공기량의 부족 상태에 대하여 지각량(ΔDTd)을 결정하는 것이다.
지각 설정 맵(M15)은 도 32에 나타내는 바와 같이 지각량(ΔDTd)을 흡기 매니폴드 압력의 목표값(Pa0)(목표 압력)과 흡기 매니폴드 압력의 실측값(Pa)(측정 압력)의 차분(Pa0-Pa)에 따라 단계적으로 변화시키고 있다. 즉, 흡기 매니폴드 압력차(Pa0-Pa)가 ΔP1 이상이 되면 지각량(ΔDTd)을 값 ΔDT1로 설정하고, 흡기 매니폴드 압력차(Pa0-Pa)가 ΔP2(ΔP2>ΔP1) 이상이 되면 지각량(ΔDTd)을 값 ΔDT2(ΔDT2>ΔDT1)로 설정하고, 흡기 매니폴드 압력차(Pa0-Pa)가 ΔP3(ΔP3>ΔP2) 이상이 되면 지각량(ΔDTd)을 값 ΔDT3(ΔDT3>ΔDT2)로 설정한다. 즉, 지각 설정 맵(M15)은 목표 압력으로부터 측정 압력을 감한 차분에 대하여 지각량을 단순 증가시킨 값을 단속적으로 기억하고 있다.
가스 모드 운전 시에 있어서의 엔진 제어 장치(373)에 의한 점화 시기의 설정 제어의 상세에 대하여 도 32의 플로우 차트를 참조하여 이하에 설명한다. 엔진 제어 장치(373)는 도 32에 나타내는 바와 같이 부하 측정기(319)에서 측정된 엔진 부하(발전기 출력 또는 엔진 토크)(Ac)를 받으면(STEP501) 목표 점화 시기 맵(M14)을 참조하여 파일럿 연료 분사 밸브(382)의 목표 점화 시기(통상 점화 시기)(DTm)를 결정해서 기억한다(STEP502). 엔진 제어 장치(373)는 목표 점화 시기(DTm)를 결정한 후, 흡기 매니폴드 압력 센서(339)에 의한 흡기 매니폴드 압력의 실측값(Pa)(측정 압력)을 받는다(STEP503).
이어서, 엔진 제어 장치(73)는 지각 설정 맵(M15)을 참조하여 도 32의 플로우 차트에 의거하는 밸브 제어 동작에 있어서 설정한 흡기 매니폴드 압력의 목표값(Pa0)(목표 압력)과 흡기 매니폴드 압력의 실측값(Pa)(측정 압력)의 차분(Pa0-Pa)에 의거하여 지각량(ΔDTd)을 결정한다(STEP504). 그리고, 엔진 제어 장치(373)는 STEP501에서 기억한 목표 점화 시기(DTm)와 STEP504에서 결정한 지각량(ΔDTd)으로부터 점화 시기(DTm+ΔDTd)를 설정한다(STEP505).
이 엔진 제어 장치(373)에 의한 점화 시기의 설정 제어에 있어서, 지각 설정 맵(M15)을 참조하여 지각량을 결정하기 때문에 목표 압력(Pa0)과 측정압량(Pa)의 차분에 의거하여 추정되는 공기의 부족량에 맞춰 단계적으로 점화 시기를 지각시킬 수 있다. 따라서, 출력의 변동에 의거하는 노킹의 발생률을 저하시키는 한편 열 효율(엔진 출력 효율)의 저하를 최저한으로 억제할 수 있다.
이 가스 모드 운전 시에 있어서의 엔진 제어 장치(373)에 의한 점화 시기의 설정 제어에 의해 도 33에 나타내는 바와 같이 목표 압력(Pa0)과 측정압량(Pa)의 차분의 크기에 따라 점화 시기(DTd)를 지각시킬 수 있다. 따라서, 출력의 변동에 의거하는 노킹의 발생률을 저하시킬 수 있도록 점화 시기(DTd)를 지각할 수 있는 한편 그 지각 범위를 최적으로 제한할 수 있기 때문에 점화 시기의 지각에 의거하는 열 효율(엔진 출력 효율)의 저하를 최저한으로 억제할 수 있다.
또한, 상술의 가스 모드 운전 시에 있어서의 점화 시기의 설정 제어에서는 목표 압력(Pa0)과 측정압량(Pa)의 차분에 의거하여 공기량의 과부족을 확인하는 것으로 했지만 별도의 파라미터에 의해 공기량의 과부족을 확인하는 것으로 해도 상관없다. 이하에서는 엔진 제어 장치(373)에 의한 점화 시기의 설정 제어의 제 1 참고 변형예를 도 34의 플로우 차트를 참조하여 설명한다. 도 34의 플로우 차트에 있어서 도 32의 플로우 차트와 동일 동작 스텝에 대해서는 상술의 설명을 참조하는 것으로서 그 상세한 설명은 생략한다.
본 참고 변형예에서는 엔진 제어 장치(373)는 목표 점화 시기 맵(M14)을 참조하여 엔진 부하(Ac)에 의거하여 목표 점화 시기(DTm)를 결정한 후(STEP501~STEP502), 흡기 매니폴드(367)에 있어서의 공기 유량(흡기 매니폴드 유량)의 실측값(Fa)(측정 유량)을 유량 센서(도시 생략)로부터 받는다(STEP513). 그 후, 엔진 제어 장치(373)는 지각 설정 맵(M15A)을 참조하여 엔진 부하(Ac) 등으로부터 설정한 흡기 매니폴드 유량의 목표값(Fa0)(목표 유량)과 흡기 매니폴드 유량의 실측값(Fa)(측정 유량)의 차분(Fa0-Fa)에 의거하여 지각량(ΔDTd)을 결정하고 (STEP504), 점화 시기(DTm+ΔDTd)를 설정한다(STEP505). 또한, 지각 설정 맵(M15A)은 목표 유량으로부터 측정 유량을 감한 차분에 대하여 지각량을 단순 증가시킨 값을 단속적으로 기억하고 있다.
이어서, 엔진 제어 장치(373)에 의한 점화 시기의 설정 제어의 제 2 참고 변형예를 도 35의 플로우 차트를 참조하여 설명한다. 도 35의 플로우 차트에 있어서 도 32의 플로우 차트와 동일 동작 스텝에 대해서는 상술의 설명을 참조하는 것으로서 그 상세한 설명은 생략한다.
본 참고 변형예에서는 엔진 제어 장치(373)는 목표 점화 시기 맵(M14)을 참조하여 엔진 부하(Ac)에 의거하여 목표 점화 시기(DTm)를 결정한 후(STEP501~STEP502), 엔진 부하(Ac)의 변화량(출력 변화량)(ΔAc)을 산출한다 (STEP523). 이 때, 예를 들면 전회 측정한 엔진 부하(Ac)와의 차분에 의해 출력 변화량(ΔAc)을 산출하는 것으로 해도 좋다. 그 후, 엔진 제어 장치(73)는 지각 설정 맵(M15B)을 참조하여 출력 변화량(ΔAc)에 의거하여 지각량(ΔDTd)을 결정하고 (STEP504), 점화 시기(DTm+ΔDTd)를 설정한다(STEP505). 또한, 지각 설정 맵(M15B)은 출력 변화량(ΔAc)에 대하여 지각량을 단순 증가시킨 값을 단속적으로 기억하고 있다.
또한, 지각 설정 맵(M15)을 상기 2차원 맵이 아니라 공기량의 부족 상태를 예측하는 파라미터 및 엔진 부하(발전기 출력 또는 엔진 토크)(Ac)와 지각량(ΔDTd)의 상관을 나타내는 3차원 맵으로 해도 상관없다. 즉, 도 32의 플로우 차트의 예에 있어서 STEP104에서 도 36에 나타내는 지각 설정 맵(M15C)을 참조하여 목표 압력(Pa0)과 측정 압력(Pa)에 의한 차분(Pa0-Pa)과 엔진 부하(Ac)에 의해 지각량(ΔDTd)을 결정한다. 이렇게 3차원의 지각 설정 맵(M15C)을 참조하는 것으로 함으로써 보다 고정밀도로 지각 제어를 실행할 수 있기 때문에 노킹의 발생을 미연에 방지하면서도 열 효율(엔진 출력 효율)의 저하를 억제할 수 있다.
도 36에 나타내는 지각 설정 맵(M15C)의 예에서는 엔진 부하(Ac)가 Ac1 이상Ac2 미만인 경우에 도면 중의 2점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 흡기 매니폴드 압력차(Pa0-Pa)가 ΔP1 이상이 되면 지각량(ΔDTd)을 값 ΔDT1a로 설정하고, 흡기 매니폴드 압력차(Pa0-Pa)가 ΔP2 이상이 되면 지각량(ΔDTd)을 값 ΔDT2a(ΔDT2a>ΔDT1a)로 설정하고, 흡기 매니폴드 압력차(Pa0-Pa)가 ΔP3 이상이 되면 지각량(ΔDTd)을 값 ΔDT3a(ΔDT3a>ΔDT2a)로 설정한다.
또한, 엔진 부하(Ac)가 Ac2 이상 Ac3 미만인 경우에 도면 중의 실선으로 나타내는 바와 같이 흡기 매니폴드 압력차(Pa0-Pa)가 ΔP1 이상이 되면 지각량(ΔDTd)을 값 ΔDT1b(ΔDT1b>ΔDT1a)으로 설정하고, 흡기 매니폴드 압력차(Pa0-Pa)가 ΔP2 이상이 되면 지각량(ΔDTd)을 값 ΔDT2b(ΔDT2b>ΔDT1b 또한 ΔDT2b>ΔDT2a)로 설정하고, 흡기 매니폴드 압력차(Pa0-Pa)가 ΔP3 이상이 되면 지각량(ΔDTd)을 값 ΔDT3b(ΔDT3b>ΔDT2b 또한 ΔDT3b>ΔDT3a)로 설정한다.
또한, 엔진 부하(Ac)가 Ac3 이상인 경우에 도면 중의 1점 쇄선으로 나타내는 바와 같이 흡기 매니폴드 압력차(Pa0-Pa)가 ΔP1 이상이 되면 지각량(ΔDTd)을 값 ΔDT1c(ΔDT1c>ΔDT1b)로 설정하고, 흡기 매니폴드 압력차(Pa0-Pa)가 ΔP2 이상 이 되면 지각량(ΔDTd)을 값 ΔDT2c(ΔDT2c>ΔDT1c 또한 ΔDT2c>ΔDT2b)로 설정하고, 흡기 매니폴드 압력차(Pa0-Pa)가 ΔP3 이상이 되면 지각량(ΔDTd)을 값 ΔDT3c(ΔDT3c>ΔDT2c 또한 ΔDT3c>ΔDT3b)로 설정한다.
또한, 지각량(ΔDTd)을 설정할 때에 3차원 맵에 의한 지각 설정 맵을 참조하는 경우, 도 34의 플로우 차트의 예에 있어서는 목표 유량(Fa0)과 측정 유량(Fa)에 의한 차분(Fa0-Fa)과 엔진 부하(Ac)에 의해 지각량(ΔDTd)을 결정한다. 또한, 도 35의 플로우 차트의 예에 있어서는 엔진 부하(Ac)의 변화량(출력 변화량)(ΔAc)과 엔진 부하(Ac)에 의해 지각량(ΔDTd)을 결정한다.
제 1 참고예에 있어서, 상술의 점화 시기의 설정 제어와 같이 공기량의 과부족을 판정하는 파라미터량에 의거하여 점화 시기의 지각량을 미리 기억시키는 것으로 했지만 예를 들면 진각량 및 지각량 각각을 Δt로 일정하게 해서 단계적으로 변화시키는 것으로 해도 상관없다. 이하에서는 별도 참고 형태(제 2 참고예)가 되는 엔진 장치에 있어서의 가스 모드 운전 시의 제어 동작을 도 37을 참조하여 설명한다. 또한, 이하의 참고예에서는 흡기 매니폴드 압력의 목표값(Pa0)(목표 압력)과 흡기 매니폴드 압력의 실측값(Pa)(측정 압력)의 차분(Pa0-Pa)에 의해 공기량의 부족 상태를 예측하는 예를 들어 설명한다.
제 2 참고예에 있어서의 엔진 장치에서는 도 37에 나타내는 바와 같이 가스 모드 운전 시에 있어서 엔진 제어 장치(373)가 부하 측정기(319)에서 측정된 엔진 부하(Ac)를 받으면(STEP601) 목표 점화 시기 맵(M14)을 참조하여 목표 점화 시기(DTm)를 결정하여 기억한다(STEP602). 엔진 제어 장치(373)는 목표 점화 시기(DTm)을 결정한 후, 흡기 매니폴드 압력 센서(339)에 의한 흡기 매니폴드 압력의 실측값(Pa)(측정 압력)을 받는다 (STEP603). 그 후, 엔진 제어 장치(73)는 설정한 흡기 매니폴드 압력의 목표값(Pa0)(목표 압력)과 흡기 매니폴드 압력의 실측값(Pa)(측정 압력)의 차분(Pa0-Pa)에 의거하여 공기량의 부족의 유무를 판정한다 (STEP604).
엔진 제어 장치(373)는 목표 압력(Pa0)과 측정 압력(Pa)의 차분(Pa0-Pa)이 소정 압력차(Path)보다 큰 경우(STEP604에서 Yes), 공기량이 부족되는 것으로 판정하고 STEP605 이후의 지각 제어로 이행한다. 한편, 목표 압력(Pa0)과 측정 압력(Pa)의 차분(Pa0-Pa)이 소정 압력차(Path) 이하가 되는 경우(STEP604에서 No), 공기량이 충족되어 있는 것으로 판정하고 STEP607 이후의 진각 제어로 이행한다.
엔진 제어 장치(373)는 지각 제어로 이행하면 우선, 설정한 점화 시기(DTd)가 지각 한계값이 되는 점화 시기(한계 점화 시기)(DTlim)인지 아닌지를 확인한(STEP605). 그리고, 점화 시기(DTd)가 한계 점화 시기(DTlim)에 이르고 있지 않은 경우에(STEP605에서 No), 점화 시기(DTd)를 소정량(Δdt)(예를 들면, 1°)만큼 지각시킨다(STEP606). 즉, 엔진 제어 장치(373)는 지각 제어 중에 있어서 지각 한계값에 도달했을 경우, 지각 제어를 정지한다.
이 엔진 제어 장치(373)에 의한 지각 제어에 의해 목표 압력(Pa0)과 측정압량(Pa)의 차분에 의거하여 공기량에 부족이 있는 것으로 추정되는 경우에 한계 점화 시기(DTlim)에 이르기까지 단계적으로 점화 시기(DTd)를 지각시킬 수 있다. 따라서, 출력의 변동에 의거하는 노킹의 발생률을 저하시킬 수 있도록 점화 시기(DTd)를 지각할 수 있는 한편 그 지각 범위를 최적으로 제한할 수 있기 때문에 점화 시기의 지각에 의거하는 열 효율(엔진 출력 효율)의 저하를 최저한으로 억제할 수 있다.
엔진 제어 장치(373)는 진각 제어로 이행하면 우선, 설정한 점화 시기(DTd)가 목표 점화 시기(DTm)인지 아닌지를 확인한다(STEP607). 그리고, 점화 시기(DTd)가 목표 점화 시기(DTm)에 이르고 있지 않은 경우에(STEP605에서 No), 점화 시기(DTd)를 소정량(Δdt)만큼 진각시킨다(STEP608). 즉, 엔진 제어 장치(373)는 진각 제어 중에 있어서 점화 시기(DTd)가 통상 운전 시의 것이 되었을 경우, 진각 제어를 정지한다.
이 엔진 제어 장치(373)에 의한 진각 제어에 의해 목표 압력(Pa0)과 측정압량(Pa)의 차분에 의거하여 공기량이 충족되어 있는 것으로 추정되는 경우에 통상 운전 시의 목표 점화 시기(DTm)에 이르기까지 단계적으로 점화 시기(DTd)를 진각시킬 수 있다. 따라서, 출력이 안정한 것으로 해서 점화 시기(DTd)를 진각시켜서 그 열 효율을 향상시킴과 동시에 점화 시기(DTd)를 서서히 변화시키고 있는 점에서 출력이 재변동되었을 경우에 있어서도 노킹의 발생률을 억제할 수 있다.
또한, 제 2 참고예에 있어서 STEP604에 있어서의 공기량의 부족 상태를 예측하는 파라미터를 흡기 매니폴드 압력의 목표값(Pa0)(목표 압력)과 흡기 매니폴드 압력의 실측값(Pa)(측정 압력)의 차분(Pa0-Pa)으로 했지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉, 지각 설정 맵(M15)에 있어서의 공기량의 부족 상태를 예측하는 파라미터를 상술의 제 1 참고 변형예와 같이 흡기 매니폴드 유량의 목표값(Fa0)(목표 유량)과 흡기 매니폴드 유량의 실측값(Fa)(측정 유량)의 차분(Fa0-Fa)으로 해도 상관없고, 상술의 제 2 참고 변형예와 같이 엔진 부하(Ac)의 변화량(출력 변화량)(ΔAc)으로 해도 상관없다.
그 외, 각 부의 구성은 도시의 제 1 및 제 2 참고예에 한정되는 것은 아니고 상기 참고예의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 다양한 변경이 가능하다. 또한, 제 1 및 제 2 참고예의 엔진 장치는 선체 내의 전기 계통에 전력을 공급하기 위한 발전 장치나 육상의 발전 시설에 있어서의 구동원으로서 구성하는 등 상술의 추진 겸 발전 기구 이외의 구성에 있어서도 적용가능하다. 또한, 참고예의 엔진 장치로서 듀얼 퓨엘 엔진을 예로 들어 설명했지만 기체 연료를 연소시키는 가스 엔진에 있어서 가스 모드에 있어서의 상술의 각 제어 동작을 적용할 수 있다. 또한, 착화 방식을 마이크로 파일럿 분사 방식에 의한 것으로 했지만 부실에서 불꽃 점화시키는 구성으로 해도 상관없다.
1 선박 2 선체
4 펀넬 5 프로펠러
9 추진축 11 기관실
12 추진 겸 발전 기구 17 급기 바이패스 유로
19 부하 측정기 20 엔진 회전 센서
21 엔진 장치(가스 엔진 장치) 22 감속기
23 발전기 24 출력축(크랭크축)
25 실린더 블록 26 실린더 헤드
30 주연료 가스 유로 31 부연료 가스 유로
36 기통 37 흡기 포트
38 배기 포트 39 압력 센서
40 헤드 커버 41 주연료 가스 배관
42 부연료 가스 배관 43 사이드 커버
44 배기 매니폴드 45 차열 커버
48 배기 중계관 49 과급기
49a 터빈 49b 컴프레서
51 인터쿨러 63 흡기 필터
64 신기 통로관 66 급기 바이패스관
67 흡기 매니폴드 73 엔진 제어 장치
79 착화 장치 80 흡기 밸브
81 배기 밸브 82 스파크 플러그
89 체크 밸브 98 가스 인젝터
110 주연료 가스 압력 조정기
111 부연료 가스 압력 조정기 112 주연료 가스압 센서
113 주연료 가스 온도 센서 114 부연료 가스압 센서
115 윤활유 온도 센서 V1 흡기 스로틀 밸브
V2 급기 바이패스 밸브 V3 배기 바이패스 밸브

Claims (5)

  1. 실린더 내에 공기를 공급시키는 흡기 매니폴드와, 상기 흡기 매니폴드로부터 공급되는 공기에 연료 가스를 혼합시켜서 상기 실린더에 흡기하는 가스 인젝터와, 상기 연료 가스를 공기에 예혼합시킨 예혼합 연료를 상기 실린더 내에서 착화시키는 착화 장치를 구비하는 엔진 장치에 있어서,
    상기 실린더 내의 예혼합 연료에 있어서의 공기량의 부족을 판정하는 제어부를 구비하고 있고,
    상기 제어부는 공기량이 부족되어 있다고 판정한 경우에 상기 착화 장치에 의한 점화 시기를 단계적으로 지각 제어하는 한편 공기량이 충족되어 있다고 판정한 경우, 상기 점화 시기를 단계적으로 진각 제어하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는 지각 제어 중에 있어서, 지각 한계값에 도달했을 경우에 지각 제어를 정지하는 한편 진각 제어 중에 있어서, 상기 점화 시기가 보통 운전 시의 것으로 되었을 경우, 진각 제어를 정지하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 흡기 매니폴드에서 측정된 흡기 매니폴드 압력을 측정 압력으로서 받고 상기 흡기 매니폴드에서 목표값이 되는 목표 압력으로부터 상기 측정 압력을 감한 차분이 소정 차분 압력보다 클 때, 공기량이 부족되어 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 흡기 매니폴드에서 측정된 공기 유량을 측정 유량으로서 받고 상기 흡기 매니폴드에서 목표값이 되는 목표 유량으로부터 상기 측정 유량을 감한 차분이 소정 차분 유량보다 클 때, 공기량이 부족되어 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 엔진의 출력 변화량이 소정량보다 클 때, 공기량이 부족되어 있다고 판정하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
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