KR20160119069A - 엔진 장치 - Google Patents

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KR20160119069A
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료이치 하기와라
오사무 야마기시
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얀마 가부시키가이샤
일반사단법인 일본박용공업회
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Abstract

과급기를 갖는 엔진 장치에 있어서, 부하 변동에 대하여 응답성 좋게 공기 유량 제어를 실행할 수 있는 엔진 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 본원 발명의 엔진 장치(21)는 엔진 부하가 저부하역으로 될 때, 메인 스로틀 밸브(V1)에 대하여 개방도 제어를 실행한다. 한편, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하가 중고부하역으로 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 중고부하 영역에 있어서 응답성이 좋은 바이패스 밸브 제어를 실행하기 때문에, 부하 변동에 대하여 공기 유량의 과부족을 억제하여 엔진 장치(21)를 원활하게 운전할 수 있다.

Description

엔진 장치{ENGINE DEVICE}
본원 발명은 구동원이 되는 엔진 장치에 관한 것으로서, 특히 연료가스에 의한 연소에 의거해 출력축을 회전시키는 엔진 장치에 관한 것이다.
종래로부터, 예를 들면 탱커나 수송선 등의 선박이나 육상의 발전 시설에 있어서는 그 구동원으로서 디젤엔진이 이용되고 있다. 그러나, 디젤엔진의 배기가스 중에는 환경보전의 방해가 되는 유해물질로 되는 질소산화물, 황산화물 및 입자상 물질 등이 많이 포함되어 있다. 그 때문에, 최근에는 디젤엔진의 대체가 되는 엔진으로서 유해물질의 발생량을 저감할 수 있는 가스 엔진 장치 등이 보급되어지고 있다.
천연가스와 같은 연료가스를 이용하여 동력을 발생시키는 소위 가스 엔진 장치는, 공기에 연료가스를 혼합한 혼합 가스를 실린더에 공급해서 연소시킨다(특허문헌 1 참조). 특허문헌 1의 가스 엔진 장치는 과급기에서 압축된 공기에 연료가스를 혼합시켜서 실린더에 공급시키고 있다. 이러한 가스 엔진 장치에 있어서 실린더에 흡기시키는 흡기 매니폴드와 과급기 사이에 스로틀 밸브를 설치하고, 스로틀 밸브의 개방도를 제어함으로써 공연비를 조정하는 것이 있다.
일본 특허공개 2003-262139호 공보
그런데, 이 종류의 가스 엔진 장치에서는, 예를 들면 어떠한 요인으로 가스 엔진이 무부하 상태로 되어서 출력이 급감했을 경우, 이것에 따라 스로틀 밸브의 개방도가 급감한다(스로틀 밸브가 급격하게 닫힘 작동한다). 그렇게 되면, 과급기에 있어서의 컴프레서의 과급압이 이상 상승하여 부분적인 역류에 의해 과급기에 서징(맥동)이 발생한다. 상기 서징의 발생은 컴프레서의 압력 밸런스를 무너뜨려서 연료 질량에 대한 흡기 질량의 비인 공연비에 이상(리치화)을 초래하고, 가스 엔진의 이상 연소를 초래하게 된다.
또한, 저부하로부터 고부하로 부하 투입되었을 경우, 가스 인젝터에 의한 연료가스 분사량의 증가 타이밍에 대하여 스로틀 밸브의 개방도 제어에 의거한 흡기 유입양의 증가 타이밍에 지연이 생긴다. 그 때문에, 고부하로의 부하 투입시에 있어서도 스로틀 밸브의 개방도 제어에 의거한 공기 유량 제어의 응답성이 나쁘기 때문에 흡기 유입양에 부족이 발생하게 되고, 공연비 이상(리치화)에 의한 이상 연소를 발생시킬 우려가 있다.
그래서, 본원 발명은 상기와 같은 현재의 상태를 검토해서 개선을 실시한 엔진 장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 하는 것이다.
청구항 1의 발명은, 실린더 내로 공기를 공급시키는 흡기 매니폴드와, 상기 실린더로부터의 배기가스를 배기시키는 배기 매니폴드와, 상기 흡기 매니폴드로부터 공급되는 공기에 연료가스를 혼합시켜서 상기 실린더에 흡기하는 가스 인젝터와, 상기 배기 매니폴드로부터의 배기가스에 의해 공기를 압축하는 과급기와, 그 과급기에서 압축된 압축공기를 냉각해서 상기 흡기 매니폴드에 공급하는 인터쿨러를 구비한 엔진 장치에 있어서, 상기 과급기의 공기 배출구와 상기 인터쿨러 입구의 접속 개소에 메인 스로틀 밸브를 설치하고 있고, 상기 과급기의 공기 유입구와 상기 인터쿨러 입구를 연결하는 급기 바이패스 유로를 구비함과 아울러 상기 급기 바이패스 유로에 바이패스 밸브를 배치하고 있고, 상기 엔진의 부하가 소정 역치보다 낮을 때에는 상기 메인 스로틀 밸브의 개방도를 제어하여 상기 엔진 부하에 맞춰서 공기 유량을 설정하는 한편, 상기 엔진의 부하가 소정 역치 이상으로 될 때에는 상기 메인 스로틀 밸브를 소정 개방도로 함과 아울러 상기 바이패스 밸브의 개방도를 제어하여 상기 엔진 부하에 맞춰서 공기 유량을 설정한다고 하는 것이다.
청구항 2의 발명은, 청구항 1에 기재한 엔진 장치에 있어서 상기 흡기 매니폴드 내의 공기 압력을 측정하는 압력 센서와, 상기 엔진의 부하를 검출하는 부하 검출 센서와, 상기 메인 스로틀 밸브 및 상기 바이패스 밸브 각각의 개방도를 제어하는 엔진 제어부를 더 갖고, 상기 엔진 제어부는 상기 부하 검출 센서에서 검출된 상기 엔진 부하에 의거한 목표 공기 압력과 상기 압력 센서에서 검출된 측정 압력의 차에 의해서 상기 메인 스로틀 밸브 또는 상기 바이패스 밸브의 개방도를 설정한다고 하는 것이다.
청구항 3의 발명은, 청구항 2에 기재한 엔진 장치에 있어서 상기 엔진의 회전수를 측정하는 엔진 회전수 센서를 갖고 있고, 상기 엔진 제어부는 상기 엔진 회전수 센서로 검출된 상기 엔진 회전수에 의거하여 상기 가스 인젝터로부터의 연료 분사량을 설정함과 아울러, 설정한 연료 분사량과 상기 엔진 부하에 의해 결정되는 공연비에 의하여 상기 메인 스로틀 밸브 또는 상기 바이패스 밸브의 개방도를 설정한다고 하는 것이다.
청구항 4의 발명은, 청구항 1에 기재한 엔진 장치에 있어서 상기 엔진의 부하가 증가할 때, 상기 엔진 부하가 제 1 역치보다 낮을 경우에 상기 메인 스로틀 밸브의 개방도 제어를 실행하고 있고, 상기 엔진 부하가 제 1 역치를 초과하면 상기 메인 스로틀 밸브의 개방도 제어로부터 상기 바이패스 밸브의 개방도 제어로 스위칭하는 한편, 상기 엔진의 부하가 감소할 때, 상기 엔진 부하가 상기 제 1 역치보다 낮은 제 2 역치 이상인 경우에는 상기 바이패스 밸브의 개방도 제어를 실행하고 있고, 상기 엔진 부하가 제 2 역치를 밑돌면 상기 바이패스 밸브의 개방도 제어로부터 상기 메인 스로틀 밸브의 개방도 제어로 스위칭한다고 하는 것이다.
(발명의 효과)
본원 발명에 의하면, 실린더 내로 공기를 공급시키는 흡기 매니폴드와, 상기 실린더로부터의 배기가스를 배기시키는 배기 매니폴드와, 상기 흡기 매니폴드로부터 공급되는 공기에 연료가스를 혼합시켜서 상기 실린더에 흡기하는 가스 인젝터와, 상기 배기 매니폴드로부터의 배기가스에 의해 공기를 압축하는 과급기와, 그 과급기에서 압축된 압축공기를 냉각해서 상기 흡기 매니폴드에 공급하는 인터쿨러를 구비한 엔진 장치에 있어서, 상기 과급기의 공기 배출구와 상기 인터쿨러 입구의 접속 개소에 메인 스로틀 밸브를 설치하고 있고, 상기 과급기의 공기 유입구와 상기 인터쿨러 입구를 연결하는 급기 바이패스 유로를 구비함과 아울러 상기 급기 바이패스 유로에 바이패스 밸브를 배치하고 있고, 상기 엔진의 부하가 소정 역치보다 낮을 때에는 상기 메인 스로틀 밸브의 개방도를 제어하여 상기 엔진 부하에 맞춰서 공기 유량을 설정하는 한편, 상기 엔진의 부하가 소정 역치 이상으로 될 때에는 상기 메인 스로틀 밸브를 소정 개방도로 함과 아울러 상기 바이패스 밸브의 개방도를 제어하여 상기 엔진 부하에 맞춰서 공기 유량을 설정한다고 하는 것이므로, 상기 메인 스로틀 밸브와 상기 바이패스 밸브를 구비한 구조로 해서 상기 흡기 매니폴드의 공기 유량을 고정밀도로 제어할 수 있기 때문에, 부하 변동에 대하여도 응답성 좋게 공기 유량을 제어할 수 있다. 상기 급기 바이패스 유로가 상기 과급기와 상기 흡기 매니폴드에 대한 완충 유로로서 기능하기 때문에, 상기 바이패스 밸브를 개방도 제어함으로써 부하의 증감에 맞춰서 최적으로 공기 유량을 설정하는 응답 속도를 빠르게 할 수 있다. 특히, 부하 변동에 의한 영향이 큰 고부하 영역에 있어서 응답성이 좋은 바이패스 밸브 제어를 실행하기 때문에, 부하 변동에 대하여 공기 유량의 과부족이 적고 최적의 공연비를 설정할 수 있다.
또한, 상기 흡기 매니폴드 내의 공기 압력을 측정하는 압력 센서와, 상기 엔진의 부하를 검출하는 부하 검출 센서와, 상기 메인 스로틀 밸브 및 상기 바이패스 밸브 각각의 개방도를 제어하는 엔진 제어부를 더 갖고, 상기 엔진 제어부는 상기 부하 검출 센서로 검출된 상기 엔진 부하에 의거한 목표 공기 압력과 상기 압력 센서에서 검출된 측정 압력의 차에 의해서 상기 메인 스로틀 밸브 또는 상기 바이패스 밸브의 개방도를 설정함으로써, 검출한 부하에 따라 목표 압력을 설정하고, 피드백 제어에 의한 밸브 개방도를 제어하기 때문에 실제로 부하에 대하여 적정한 공기 유량을 제공하는 것이 가능해진다. 따라서, 부하 변동에 대하여도 응답성 좋게 최적의 공연비를 설정할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 흡기 매니폴드에 공급하는 공기 유량을 설정 함으로써 상기 메인 스로틀 밸브를 통과시키는 공기 유량을 최적으로 제어할 수 있기 때문에, 상기 흡기 매니폴드에 공급하는 공기 유량의 부족을 방지할 수 있다. 이것에 의해, 부하의 급상승에 대하여도 응답성 좋게 공기 유량을 제어할 수 있기 때문에 적정한 공연비를 제공하는 것이 가능해지고, 상기 엔진 장치의 운전을 안정된 것으로 할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면, 상기 엔진 제어부는 상기 엔진의 부하가 감소했을 때에 상기 바이패스 밸브의 개방도를 제어함으로써 상기 흡기 매니폴드로부터 공급하는 공기 유량을 설정하는 것으로 함으로써, 부하 감소시에 있어서 상기 메인 스로틀 밸브와 함께 상기 바이패스 밸브도 동시에 제어함으로써 상기 과급기에 있어서의 공기 출입구의 공기 압력을 안정시킬 수 있고, 서징의 발생을 방지할 수 있다.
특히, 본 발명에 의하면, 상기 엔진의 부하가 증가할 때, 상기 엔진 부하가 제 1 역치보다 낮을 경우에 상기 메인 스로틀 밸브의 개방도 제어를 실행하고 있고, 상기 엔진 부하가 제 1 역치를 초과하면 상기 메인 스로틀 밸브의 개방도 제어로부터 상기 바이패스 밸브의 개방도 제어로 스위칭하는 한편, 상기 엔진의 부하가 감소할 때, 상기 엔진 부하가 상기 제 1 역치보다 낮은 제 2 역치 이상인 경우에는 상기 바이패스 밸브의 개방도 제어를 실행하고 있고, 상기 엔진 부하가 제 2 역치를 밑돌면 상기 바이패스 밸브의 개방도 제어로부터 상기 메인 스로틀 밸브의 개방도 제어로 스위칭한다고 하는 것이므로, 상기 메인 스로틀 밸브와 상기 바이패스 밸브를 구비한 구조로 해서 상기 흡기 매니폴드의 공기 유량을 보다 한층 고정밀도로 제어할 수 있기 때문에, 부하 변동에 대하여도 더욱 응답성 좋게 공기 유량을 제어할 수 있다. 또한, 제어 스위칭을 위한 역치에 히스테리시스를 설치함으로써 제어 스위칭을 원활하게 실행할 수 있다.
도 1은 본 발명의 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 블럭도이다.
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 플로우차트이다.
도 11은 동 엔진 장치에 있어서의 공기 유량 제어의 동작을 나타내는 타임차트이다.
도 12는 연료가스 분사량 제어의 동작을 나타내는 모식도이다.
도 13은 목표 흡기 매니폴드 압력 맵 보정 제어의 동작을 나타내는 플로우차트이다.
도 14는 목표 흡기 매니폴드 압력 맵 보정 제어의 동작을 나타내는 모식도이다.
도 15는 목표 부연료가스압 맵 보정 제어의 동작을 나타내는 플로우차트이다.
도 16은 엔진 제어장치에 의한 부하 투입시의 제어 동작 플로우차트이다.
도 17은 동 타임차트이다.
도 18은 부하 감소시의 메인 스로틀 밸브에 대한 개방도 제어 동작을 나타내는 플로우차트이다.
도 19는 동 타임차트이다.
이하에, 본원 발명을 구체화한 실시형태를 전기 추진선에 탑재되는 발전기구에 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 퍼넬(4)(굴뚝)과, 선체(2)의 후방 하부에 설치된 한쌍의 프로펠러(5) 및 키(6)를 구비하고 있다. 이 경우, 선미측의 선저(7)에 한쌍의 스케그(8)가 일체 형성되어 있다. 각 스케그(8)에는 프로펠러(5)를 회전 구동시키는 추진축(9)이 축지지된다. 각 스케그(8)는 선체(2)의 좌우 폭 방향을 분할하는 선체 중심선(CL)(도 3 참조)을 기준으로 해서 좌우 대칭 형상으로 형성되어 있다. 즉, 제 1 실시형태에서는 선체(2)의 선미 형상으로서 트윈 스케그가 채용되어 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 추진기구(12)가 선체 중심선(CL)을 사이에 둔 좌우로 나뉘어서 한쌍 배치되어 있다. 각 추진기구(12)로부터 추진축(9)에 전달된 회전 동력으로 각 프로펠러(5)는 회전 구동한다. 기관실(11)에는 각 추진기구(12) 등으로의 전력 공급을 제어하는 전력 제어반(13)과, 전력 제어반(13)을 통해서 공급하는 전력을 발생시키는 복수 기(본 실시형태에서는 3기)의 발전기구(14)가 설치되어 있다. 기관실(11)의 내부는 갑판 및 내저판으로 상하로 칸막이되어 있다. 제 1 실시형태의 추진기구(12), 전력 제어판(13), 및 발전기구(14), 기관실(11)은 최하단의 내저판 상에 설치되어 있다. 또한, 상세한 것은 도시하지 않지만, 선창(10)은 복수의 구획으로 분할되어 있다.
도 2 및 도 3에 나타내는 바와 같이 추진기구(12)는 프로펠러(5)의 구동원인 추진 모터 장치(15)(실시형태에서는 이중 연료 엔진)과, 추진 모터 장치(15)의 동력을 추진축(9)에 전달하는 감속기(22)를 조합시킨 것이다. 또한, 발전기구(14)는 공급하는 전력을 발전하는 발전기(23)와, 발전기(23)의 구동원인 중속 엔진 장치(21)를 조합시킨 것이다. 여기에서, 「중속」의 엔진이란 매분 500∼1000회전 정도의 회전 속도로 구동하는 것을 의미하고 있다. 덧붙여서 말하면, 「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)에서 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 전달 가능하게 연결되어 있다. 발전기구(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 전기계통에도 공급한다.
추진 모터 장치(15)는 전력 제어반(13)으로부터의 전력에 의거하여 회전 구동하는 추진 모터 장치(15)의 동력은 모터 출력축(16)의 후단측에서 감속기(22)를 통해서 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 깃각 변경에 의해 선속을 조절 가능한 가변 피치 프로펠러가 채용되어 있다.
이어서, 상기 선박(1)에 있어서의 발전기구(14)로서 사용되는 엔진 장치인 가스 엔진 장치의 구성에 대해서 도 3∼도 9를 참조해서 설명한다. 가스 엔진 장치(21)(이하, 단지 「엔진 장치(21)」라고 부른다)는 천연가스 등의 연료가스를 공기에 혼합시켜서 연소시키는 예혼합 연소 방식에 의해 구동한다. 도 4는 엔진 장치(21)에 있어서의 흡배기계통을 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 개재해서 접속하고 있고, 연료가스 공급로를 구성하고 있다. 가스 연료 탱크(32)는 기체인 연료가스를 액화시킨 액화 연료가스를 저장하고 있다. 기화 장치(34)는 가스 연료 탱크(32)의 액화 연료(연료가스)를 기화시켜 가스 밸브 유닛(35)을 통해서 엔진 장치(21)에 보낸다. 또한, 가스 밸브 유닛(35)에서는 엔진 장치(21)로부터 되돌아오는 일부의 연료가스를 회수하고 있고, 유닛 내의 가스압을 검출함으로써 가스누출 등을 확인하고 있다.
엔진 장치(21)는 주연료가스 유로(30) 및 부연료가스 유로(31)에 의해 가스 밸브 유닛(35)과 접속하고 있다. 주연료가스 유로(30)은 주연료가스 압력 조정기(110)를 구비하고 있고, 주연료가스 압력 조정기(110)에서 가스 밸브 유닛(35)으로부터 엔진 장치(21)에 공급하는 연료가스의 가스압을 조정하고 있다. 주연료가스 유로(30)는 주연료가스 압력 조정기(110)를 구비하고 있고, 주연료가스 압력 조정기(110)에서 후술의 가스 인젝터(98)(도 4 참조)로부터 주실(M)(도 6 참조)에 공급하는 연료가스의 가스압을 조정하고 있다. 또한, 부연료가스 유로(31)는 부연료가스 압력 조정기(111)를 구비하고 있고, 부연료가스 압력 조정기(110)에서 후술의 체크 밸브(89)(도 6 참조)로부터 부실(S)(도 6 참조)에 공급하는 연료가스의 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 배열한 구성을 갖고 있다. 각 기통(36)은 실린더 블록(25) 내에 구성되는 흡기 매니폴드(흡기 유로)(67)와 흡기 포트(37)를 통해서 연통하고 있다. 각 기통(36)은 후술의 실린더 헤드(26) 상방에 배치되는 배기 매니폴드(배기 유로)(44)와 배기 포트(38)를 통해서 연통하고 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 통해서 각 기통(36)에 공급되는 한편, 각 기통(36)로부터의 배기가스가 배기 포트(38)를 통해서 배기 매니폴드(44)에 토출된다. 가스 인젝터(98)로부터 연료가스를 흡기 포트(37)에 공급하고, 흡기 매니폴드(67)로부터의 공기에 연료가스를 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 질량 유량계 또는 오리피스 유량계에 의해 검지하고, 검지한 공기 유량을 흡기 매니폴드(67)의 공기량으로 해도 된다.
배기 매니폴드(44)의 배기 출구측에 과급기(49)의 터빈(49a)의 배기 입구를 접속하고 있고, 흡기 매니폴드(67)의 공기 입구측(새로운 공기 입구측)에 인터쿨러(51)의 공기 토출구(새로운 공기 출구)를 접속하고 있다. 인터쿨러(51)의 공기 흡입구(새로운 공기 입구)에 과급기(49)의 컴프레서(49b)의 공기 토출구(새로운 공기 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(새로운 공기 입구)측과 인터쿨러(51)의 공기 흡입구측을 연결하고 있다. 즉, 급기 바이패스 유로(17)는 컴프레서(49b)의 공기 흡입구보다 상류측에서 외기에 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 통해서 외기로 흐르는 공기 유량을 조정한다.
상기한 바와 같이, 엔진 장치(21)의 흡기계통은 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 흡기계통에서는 흡기 매니폴드(67)로부터 공기의 흐름의 상류측을 향해서 인터쿨러(51)와, 메인 스로틀 밸브(V1)와, 컴프레서(49b)가 순차적으로 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 배기계통은 배기 매니폴드(44)와 터빈(49a)을 구비하고 있고, 배기 매니폴드(44)로부터 배기가스 흐름의 하류측을 향해서 터빈(49a)이 배치되어 있다.
엔진 장치(21)는, 도 6에 나타내는 바와 같이 실린더 블록(25) 내에 기통(36)을 설치하고 있고, 기통(36) 내에 피스톤(78)을 슬라이딩 가능하게 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 슬라이딩 가능하게 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 블록(25) 하측과 피스톤(78) 정부로 둘러싸이는 주실(M)을 형성한다.
즉, 실린더 블록(25) 내에는 원통 형상의 기통(36)이 삽입되어 있고, 기통(36) 내를 상하 방향으로 피스톤(78)이 왕복 운동함으로써 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 향해서 삽입되어 있다. 이 착화 장치(79)는 기통(36)의 상단면의 중심 위치에 선단을 배치하고 있고, 체크 밸브(89)가 부연료가스 유로(31)와 접속되어 있다. 따라서, 엔진 장치(21)가 구동할 때, 착화 장치(79)의 부실(S)에서 체크 밸브(89)로부터 분사되는 연료가스를 스파크 플러그(82)의 불꽃으로 인화시켜, 기통(36) 내의 주실(M)의 중심 위치에 착화 화염(연소가스)을 발생시킨다.
흡기 포트(37)에는 가스 인젝터(89)를 배치하고 있고, 흡기 포트(37) 내의 공기 유로에 가스 인젝터(89)의 가스 분사 노즐이 삽입되어 있다. 또한, 가스 인젝터(89)가 주연료가스 유로(30)와 접속되어 있다. 흡기 포트(37) 내의 공기 유로에서는 가스 분사 노즐(103)로부터 분사된 연료가스가 흡기 매니폴드(67)로부터 유입되는 공기에 혼합된다. 따라서, 흡기 밸브(80)를 개방했을 때에 흡기 매니폴드(67)로부터의 공기에 가스 인젝터(89)로부터의 연료가스를 혼합한 예혼합 가스를 주실(M)에 유입시킨다.
각 실린더 헤드(26)에 있어서 흡기 밸브(80)를 상하동시킴으로써 흡기 포트(37)를 개폐하고, 흡기 밸브(80)를 상하동시킴으로써 배기 포트(38)를 개폐한다. 즉, 흡기 밸브(80)가 열림으로써 흡기 포트(37)를 통해서 흡기 매니폴드(67)로부터의 공기를 기통(36) 내의 주연소실에 흡기시키는 한편, 배기 밸브(81)가 열림으로써 배기 포트(38)를 통해서 기통(36) 내의 주연소실에서의 연소가스(배기가스)를 배기 매니폴드(44)로 배기시킨다. 따라서, 엔진 장치(21)가 구동할 때, 착화 장치(79)에 의한 착화 화염(연소가스)이 발생함으로써 흡기 밸브(80)를 통해서 기통(36) 내의 주실(M)에 공급되는 예혼합 가스가 반응하고, 예혼합 연소를 발생시킨다.
즉, 엔진 장치(21)가 구동하고 있을 때, 가스 인젝터(98)가 연료가스를 흡기 포트(37) 내에 분사한다. 그 때문에, 흡기 포트(37) 내에서는 가스 인젝터(98)로부터 분사된 연료가스가 흡기 매니폴드(67)로부터 유입되는 공기에 혼합된다. 그리고, 이 공기에 연료가스 혼합시킨 혼합 가스는 흡기 포트(37)를 통해서 흡기 밸브(80)를 향해서 흐르게 된다. 이 때, 흡기 밸브(80)를 개방함으로써 기통(36) 내의 주실(M)에 혼합 가스를 흡기시킨다. 그리고, 흡기 밸브(80)를 닫음과 동시에 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 연소가스(배기가스)를 실린더 헤드(26) 내의 배기 포트(38)를 통해서 배기 매니폴드(44)에 배기한다.
주연료가스 유로(30)에는 유로 내의 연료가스의 가스 압력 및 가스 온도를 측정하는 주연료가스압 센서(112) 및 주연료가스 온도 센서(113)가 설치되어 있다. 주연료가스압 센서(112)의 측정 결과에 의거하여 가스 인젝터(98)로부터 흡기 포트(37)에 공급되는 연료가스의 유량이 계측된다. 또한, 주연료가스 온도 센서(113)에 의해 가스 인젝터(89)로부터 공급하는 연료가스의 온도가 측정된다. 부연료가스 유로(31)에는 유로 내의 연료가스의 가스 압력을 측정하는 부연료가스압 센서(114)가 설치되어 있고, 부연료가스압 센서(114)의 측정 결과에 의거하여 체크 밸브(89)에 공급되는 연료가스의 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)마다 스파크 플러그(82) 및 가스 인젝터(98)를 설치하고 있다. 엔진 제어 장치(73)는 스파크 플러그(82) 및 가스 인젝터(98)에 제어신호를 주어서 스파크 플러그(82)에 의한 점화, 및 가스 인젝터(98)에 의한 가스 연료 공급을 제어한다.
엔진 제어 장치(73)는 주연료가스 압력 조정기(110) 및 부연료가스 압력 조정기(111)를 제어하여 주연료가스 유로(30) 및 부연료가스 유로(31)로부터 공급하는 연료가스의 가스 압력(가스 유량)을 조정한다. 엔진 제어 장치(73)는 메인 스로틀 밸브(V1) 및 급기 바이패스 밸브(V2) 각각에 제어신호를 주어서 각각 밸브 개방도를 조절하고, 흡기 매니폴드(67)에 있어서의 공기 압력(흡기 매니폴드 압력)을 조정한다.
엔진 제어 장치(73)는 전력 변환기(Watt Transducer)나 토크 센서 등의 부하 측정기(부하 검출 센서)(19)에 의한 측정 신호를 받고, 엔진 장치(21)에 걸리는 부하를 산출한다. 엔진 제어 장치(73)는 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 센서(53)로부터 측정 신호를 받고, 엔진 장치(21) 내를 순환시키는 윤활유의 윤활유 온도(Tj)를 검지한다.
엔진 제어 장치(73)는 주실 연료가스 압력(Pm)을 검지하는 주연료가스압 센서(112), 주연료가스 온도(Tm)를 검지하는 주연료가스 온도 센서(113), 및 부실 연료 유량으로서의 부연료가스 압력(Ps)을 검지하는 부연료가스압 센서(114)로부터 측정 신호를 받는다. 엔진 제어 장치(73)는 주연료가스압 센서(112) 및 주연료가스 온도 센서(113) 각각으로부터의 측정 신호에 의거하여 주연료가스 압력 조정기(110)를 구동 제어하고, 각 흡기 포트(37)의 가스 인젝터(98)에 공급하는 주연료가스 유량을 조정한다. 엔진 제어 장치(73)는 부연료가스압 센서(114)로부터의 측정 신호에 의거하여 부연료가스 압력 조정기(111)를 구동 제어하고, 각 착화 장치(79)의 체크 밸브(89)에 공급하는 부연료가스 유량을 조정한다.
엔진 제어 장치(73)는 가스 인젝터(98)에 있어서의 밸브 개방도를 조절하여 각 기통(36)의 주실(M) 내에 공급하는 연료가스 유량을 설정한다. 그리고, 엔진 제어 장치(73)는 스파크 플러그(82)의 점화 동작을 제어하여 각 기통(36)에 있어서의 연소를 소정 타이밍에서 발생시킨다. 즉, 가스 인젝터(98)가 밸브 개방도에 따른 유량의 연료가스를 흡기 포트(37)에 공급하여 흡기 매니폴드(67)로부터의 공기에 혼합하여 예혼합 연료를 기통(36)에 공급시킨다. 그리고, 각 기통(36)의 분사 타이밍에 맞추어서 스파크 플러그(82)에 의해 착화 장치(79)에 있어서의 부실(S) 내에 체크 밸브(89)로부터 공급되는 부연료가스를 착화시킨다. 이 착화 장치(79)에서 발생한 연소가스가 주실(M) 내에 분사되어, 예혼합 가스를 공급한 기통(36) 내에서 발화시킨다.
이어서, 가스 엔진 장치(21)(엔진 장치(21))의 외관 구성에 대해서 도 7∼도 9를 참조해서 설명한다. 이하의 설명에 있어서, 발전기(23)와의 접속측을 후방측으로 해서, 엔진 장치(21)의 구성에 있어서의 전후 좌우의 위치 관계를 지정하는 것으로 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 주연료가스 유로(30)의 일부인 주연료가스 배관(41)을 헤드 커버(40)열과 평행하게 연장하는 한편, 실린더 블록(25)의 좌측면에 부연료가스 유로(31)의 일부인 부연료가스 배관(42)을 헤드 커버(40)열과 평행하게 연장하고 있다.
주연료가스 배관(41)의 상측에 있어서 배기 매니폴드(배기 유로)(44)가 헤드 커버(40)열과 평행하게 연장되어 있고, 이 배기 매니폴드(44)의 외주가 차열 커버(45)로 덮여져 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 열배출에 의한 주위의 영향을 저감시킨다. 또한, 실린더 블록(25)의 좌측면에 부연료가스 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 개재하여 과급기(49)와 접속되어 있다. 따라서, 배기 매니폴드(44)를 통해서 배기되는 배기가스가 배기 중계관(48)을 통해서 과급기(49)의 터빈(49a)에 유입됨으로써 터빈(49a)이 회전하여, 터빈(49a)과 동축으로 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 연결되어 터빈(49a)으로부터의 배기가스를 배기시킨다.
과급기(49)의 하측에는 과급기(49)의 컴프레서(49b)에서 압축공기를 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 향해서 개구되도록 해서 형성되어 있다. 한편, 인터쿨러(51) 상면에는 상방을 향해서 개구한 공기 흡입구가 형성되어 있고, 이 공기 흡입구를 통해서 컴프레서(49b)로부터 토출되는 압축공기가 인터쿨러(51) 내부로 유입된다. 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 축지지하고 있다.
과급기(49)는 좌우 각각 나뉘어서 배치된 컴프레서(49b) 및 터빈(49a)을 동축에서 축지지하고, 배기 중계관(49)을 통해서 배기 매니폴드(44)로부터 도입되는 터빈(49a)의 회전에 의거하여 컴프레서(49b)가 회전한다. 또한, 과급기(49)는 새로운 공기 도입측으로 되는 컴프레서(49b)의 좌측에, 도입되는 외기를 제진하는 흡기 필터(63)와, 흡기 필터(63)와 컴프레서(49b)를 접속하는 새로운 공기 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 통해서 컴프레서(49b)에 도입된다. 그리고, 컴프레서(49b)는 좌측으로부터 흡인한 공기를 압축하여, 후방측에 설치되어 있는 급기 중계관(52)에 압축공기를 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 앞면의 통풍로에 형성한 분기구에 있어서 급기 바이패스관(66)(급기 바이패스 유로(17))의 일단과 접속하고 있고, 인터쿨러(51)에서 냉각한 압축공기의 일부를 급기 바이패스관(66)에 토출한다. 급기 바이패스관(66)의 타단이 새로운 공기 통로관(64)의 앞면에 형성한 분기구에 접속하여 인터쿨러(51)에서 냉각된 압축공기의 일부가 급기 바이패스관(66)을 통해서 새로운 공기 통로관(64)에 환류하고, 급기 필터(63)로부터의 외기와 합류한다. 또한, 급기 바이패스관(66)은 그 중도부에 급기 바이패스 밸브(V2)를 축지지하고 있다.
인터쿨러(51)는 급기 중계관(52)을 통해서 컴프레서(49b)로부터의 압축공기를 좌측 후방으로부터 유입시키면, 급수 배관(62)으로부터 급수되는 냉각수와의 열교환 작용에 의거하여 압축공기를 냉각시킨다. 인터쿨러(51) 내부에 있어서 좌실에서 냉각된 압축공기는 전방의 통풍로를 흘러서 우실로 도입된 후, 우실 후방에 형성된 토출구를 통해서 흡기 매니폴드(67)(도 4 참조)로 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 통해서 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 개재하여 실린더 블록(25)의 후단면에 고정된다. 실린더 블록(25)의 후단측에는 발전기(23)와 연결해서 회전시키는 플라이휠(76)이 설치되어 있고, 플라이휠(76)을 덮는 플라이휠 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 접속하여, 엔진 장치(21) 각 부의 온도 데이터나 압력 데이터 등을 수집함과 아울러 엔진 장치(21) 각 부에 있어서의 전자밸브 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 바이패스 유로(66)를 구비함과 아울러, 급기 바이패스 유로(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 바이패스 유로(66)가 과급기(49)의 컴프레서(49b)와 흡기 매니폴드(67)에 대한 완충 유로로서 기능하기 때문에, 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도를 제어함으로써 부하의 증감에 맞춰서 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 대하여도 응답성 좋게 공기 유량을 제어할 수 있기 때문에 적정한 공연비를 제공하는 것이 가능해지고, 엔진 장치(21)의 운전을 안정된 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. 저부하시에 있어서 메인 스로틀 밸브(V1)만으로 제어할 경우, 과급기(49)의 컴프레서(49b) 출구측에서 급격하게 공기 유량이 감소하게 되어 컴프레서(49b) 내의 공기가 역행되는 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 저부하역으로 될 때, 메인 스로틀 밸브(V1)에 대하여 개방도 제어를 실행한다. 한편, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하가 중고부하역으로 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 중고부하 영역에 있어서 응답성이 좋은 바이패스 밸브 제어를 실행하기 때문에, 부하 변동에 대하여 공기 유량의 과부족을 억제하여 엔진 장치(21)를 원활하게 운전할 수 있다.
상기 엔진 제어 장치(73)에 의한 흡기 매니폴드 압력 제어의 상세에 대해서, 도 10의 플로우차트를 참조해서 이하에 설명한다.
엔진 제어 장치(73)는 도 10에 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 있는지의 여부를 확인한다(STEP2). 바이패스 밸브 제어를 실행하고 있지 않을 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 있을 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) 이하일 경우(No), 엔진 제어 장치(73)는 엔진 부하(Ac)가 저부하역인 것으로 하고, 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 확인하고, 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 중고부하 영역인 것으로 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 있을 경우에 있어서 소정 부하(Ac1)를 초과했을 때에는, 엔진 제어 장치(73)는 흡기 매니폴드 압력의 압력 제어로서 메인 밸브 제어로부터 바이패스 밸브 제어로 바꾼다. 또한, 본 실시형태에서는 부하 상승시에 소정 부하(Ac1)를 초과했을 때, STEP4에 있어서 엔진 제어 장치(73)는 메인 스로틀 밸브(V1)를 완전 개방으로 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 중고부하 영역에 있어서 응답성이 좋은 바이패스 밸브 제어를 실행하기 때문에, 부하 변동에 대하여 공기 유량의 과부족을 억제하여 최적인 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 밑돌았을 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 있을 경우에 있어서 소정 부하(Ac1)보다 높은 소정 부하(Ac2)를 밑돌았을 때에는, 엔진 제어 장치(73)는 흡기 매니폴드 압력의 압력 제어로서 메인 밸브 제어로부터 바이패스 밸브 제어로 바꾼다. 이와 같이, 흡기 매니폴드 압력의 압력 제어의 스위칭에 대해서 부하 상승시와 부하 하강시 각각의 역치에 히스테리시스를 줌으로써 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 낮을 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 바꾼다. 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 경우에는 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도 제어를 실행하고 있고, 엔진 부하(Ac)가 제 2 역치(Ac2)를 밑돌면 급기 바이패스 밸브(V2)의 개방도 제어로부터 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도 제어로 바꾼다.
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 대하여도 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 안정되게 운전할 수 있다. 또한, 제어 스위칭을 위한 역치에 히스테리시스를 설치함으로써 제어 스위칭을 원활하게 실행할 수 있다.
이어서, 엔진 제어 장치(73)에 의한 연료 분사량(주연료가스 분사량) 제어에 대해서 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(42)로부터 분사시키는 주연료가스 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)(9)로 측정된 엔진 부하(Ac)와, 엔진 회전 센서(20)로 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 주실 연료가스 압력(Pm)에 의한 제 1 보정량(ΔQp), 주연료가스 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(42)로부터 분사되는 주연료가스 유량이 엔진 제어 장치(73)에 의해 결정된 보정 분사량(Q1)이 되도록 유량 제어된다.
엔진 장치(21)는 주연료가스 압력(Pm)이 상승하면 주연료가스의 밀도가 상승하고, 소정 엔진 회전수(Ne)에서 같은 엔진 부하(Ac)에 대응하기 위한 필요한 연료 분사량이 감소한다. 그 때문에, 엔진 제어 장치(73)는 주연료가스압 센서(112)로 측정된 주연료가스 압력(Pm)을 받으면, 상기 보정 분사량(Q1) 산출을 위한 보정 연산에 있어서 주연료가스 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 주연료가스 압력(Pm)의 상승에 비례해서 감소하는 보정량이다.
엔진 장치(21)는 주연료가스 온도(Tm)가 상승하면 주연료가스의 밀도가 저하하고, 소정 엔진 회전수(Ne)에서 같은 엔진 부하(Ac)에 대응하기 위한 필요한 연료 분사량이 증가한다. 그 때문에, 엔진 제어 장치(73)는 주연료가스 온도 센서(113)로 측정된 주연료가스 온도(Tm)를 받으면, 상기 보정 분사량(Q1) 산출을 위한 보정 연산에 있어서 주연료가스 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 주실 연료가스 온도(Pt)의 상승에 비례해서 증가하는 보정량이다.
엔진 장치(21)는 윤활유 온도(Tj)가 상승하면 윤활유의 점도가 저하하여 소정 엔진 회전수(Ne)에서 같은 엔진 부하(Ac)에 대응하기 위한 필요한 연료 분사량이 감소한다. 그 때문에, 엔진 제어 장치(73)는 윤활유 온도 센서(115)로 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 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.
또한, 엔진 제어 장치(73)는 도 13에 나타내는 바와 같이, 결정한 연료 분사량 이상의 연료 분사량이 필요하게 될 경우에, 목표 흡기 매니폴드 압력 맵(M2)의 기억 내용을 고쳐 쓴다. 즉, 엔진 제어 장치(73)는 부하 측정기(19)로 측정된 엔진 부하(Ac)와, 엔진 회전 센서(20)로 측정된 엔진 회전수(Ne)에 의하여 가스 인젝터(98)로부터의 연료 분사량이 부족한지의 여부를 판정한다(STEP101). 그리고, 가스 인젝터(98)로부터의 연료 분사량이 부족하다고 판정했을 경우(STEP101에서 Yes), 엔진 제어 장치(73)는 목표 흡기 매니폴드 압력 맵(M2)에 있어서의 목표 압력(Pim)이 작아지도록 보정해서(고쳐 써서) 기억한다(STEP102).
가스 인젝터(98)로부터의 연료 분사량이 설정한 연료 분사량에 대하여 많이 필요할 경우란, 예를 들면 설정한 연료 분사량에서는 엔진 부하(Ac)에 대하여 목표 엔진 회전수(Nem)에 도달하지 않거나, 또는 소정의 엔진 회전수(Ne)와 소정의 엔진 부하(Ac)에 있어서 연료 분사량 맵에 의해 산출된 연료 분사량(Q)보다 많은 연료 분사량이 필요하게 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 고쳐 쓴다. 따라서, 연료 분사량 부족으로 된 경우에도 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 연료가스가 공급되면, 조성이 다른 연료가스의 발열량이 낮기 때문에 통상보다 연료 분사량이 많이 필요하게 된다. 이 때, 목표 압력(Pim)이 작아지도록 보정함으로써 적정한 공기 과잉율을 실현하고, 연료 소비의 악화를 방지할 수 있다.
또한, 엔진 제어 장치(78)는 도 14에 나타내는 바와 같이, 목표 흡기 매니폴드 압력 맵(M2)에 의거하여 결정한 목표 압력(Pim)을, 윤활유 온도(Tj)에 의거한 보정량(ΔPtj)에 의해 보정 연산을 실행하고, 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(윤활유 온도(Tj)가 저하되어 있는 상태)에서는 공기 과잉율이 리치측으로 시프트하기 때문에, 연소가 불안정하게 되어서 조속 제어를 할 수 없어져서 엔진스톨에 이를 우려가 있다. 그 때문에, 엔진 제어 장치(73)는 윤활유 온도 센서(115)로 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 의거해 흡기 매니폴드(67)의 압력 제어를 실행함으로써 냉태시에도 적정한 공기 과잉율을 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)로 측정된 엔진 부하(Ac)와, 엔진 회전 센서(20)로 측정된 엔진 회전수(Ne)를 받으면, 목표 부연료가스압 맵(M3)을 참조하여 목표 부연료가스압(Psm)을 결정한다. 목표 부연료가스압 맵(M3)은 엔진 회전수(Ne)와 엔진 부하(Ac)와 목표 부연료가스압(Psm)의 상관을 나타내는 것이며, 엔진 회전수(Ne) 및 엔진 부하(Ac)에 대하여 목표 부연료가스압(Psm)을 결정하는 것이다.
또한, 엔진 제어 장치(73)는 도 15에 나타내는 바와 같이, 결정한 연료 분사량 이상의 연료 분사량이 필요하게 될 경우에 목표 부연료가스압 맵(M3)의 기억 내용을 고쳐 쓴다. 즉, 엔진 제어 장치(73)는 도 13의 STEP101과 같이, 부하 측정기(19)로 측정된 엔진 부하(Ac)와 엔진 회전 센서(20)로 측정된 엔진 회전수(Ne) 에 의해 가스 인젝터(98)로부터의 연료 분사량이 부족한지의 여부를 판정한다(STEP201). 그리고, 가스 인젝터(98)로부터의 연료 분사량이 부족하다고 판정했을 경우(STEP201에서 Yes), 엔진 제어 장치(73)는 목표 부연료가스압 맵(M3)에 있어서의 목표 부연료가스압(Psm)이 커지도록 보정해서(고쳐 써서) 기억한다(STEP202).
엔진 제어 장치(73)는 가스 인젝터(98)로부터의 연료 분사량의 부족을 판정했을 때에, 목표 부연료가스압(Psm)을 증가시키도록 보정한다. 즉, 엔진 장치(21)에 조성이 다른 연료가스가 공급되면, 조성이 다른 연료가스의 발열량이 낮기 때문에 통상보다 연료 분사량이 많이 필요하게 된다. 이 때, 목표 부연료가스압(Psm)이 커지도록 보정함으로써 적정한 공연비를 실현하고, 연료 소비의 악화를 방지할 수 있다.
엔진 제어 장치(73)는 저부하 운전 상태로부터 고부하 운전 상태로 천이하는 경우에, 흡기 매니폴드(67)의 흡기 매니폴드 압력이 목표 압력(Pim)에 도달한 후에 가스 인젝터(98)로부터의 연료 분사량을 증가시킨다. 이하에서는, 엔진 제어 장치(73)가 부하 투입시에 있어서 메인 스로틀 밸브(V1)에 대한 개방도 제어(메인 밸브 제어)를 실행할 경우를 예로 들어서 제어 동작에 대하여 설명한다. 도 16은 엔진 제어 장치(73)에 의한 부하 투입시의 제어 동작을 나타내는 플로우차트이며, 도 17은 엔진 제어 장치(73)에 의한 부하 투입시의 제어 동작을 나타내는 타임차트이다.
엔진 제어 장치(73)는 도 16에 나타내는 바와 같이, 부하 측정기(19)로 측정된 엔진 부하(Ac)가 소정 부하(Ac10) 이하로 운전하고 있고, 또한 외부로부터 부하 투입 지령을 수신하며, 또한 지령된 부하 투입이 소정 부하 투입률(rAc1) 이상인지를 확인한다(STEP301). 또한, 부하 투입률(rAc)이란 엔진 정격 부하에 대한 투입된 부하의 비율이다. 또한, 부하 투입 지령은, 예를 들면 가속레버 등에 의해 엔진 제어 장치(73)에 입력된다.
엔진 제어 장치(73)는 STEP301에 있어서의 조건이 성립한 것을 확인하면(Yes), 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도(D)를 소정 개방도(ΔD)만큼 증가시킨다(STEP302). 또한, 엔진 제어 장치(73)는 엔진 회전 센서(20)로 측정된 엔진 회전수(Ne)와 외부로부터 입력되는 부하 투입률(rAc)에 의하여 소정 개방도(ΔD)를 결정한다. 그리고, 엔진 제어 장치(73)는 압력 센서(39)에 의해 측정한 흡기 매니폴드 압력(측정 압력)(Pi)이 목표 흡기 매니폴드 압력(목표 압력)(Pim) 이상으로 된 것인지의 여부를 확인한다(STEP303).
STEP303에 있어서, 측정 압력(Pi)이 목표 압력(Pim) 이상으로 되면(Yes), 엔진 제어 장치(73)는 가스 인젝터(98)로부터의 연료 분사량을 증가시켜서 분사시킨다(STEP304). 실제로는, 부하가 투입되어서 엔진 회전수(Ne)가 저하함으로써 가스 인젝터(98)로부터의 주연료가스의 분사량이 증가하게 된다. 또한, 측정 압력(Pi)의 상태를 확인하는 STEP303의 제어 동작 대신에, STEP302에 있어서 메인 스로틀 밸브(V1)를 소정 개방도(ΔD)만큼 증가시킨 후에 소정 시간만큼 대기시키는 것으로 해도 관계없다.
엔진 제어 장치(73)가 도 16의 플로우차트에 따라서 각 부를 제어함으로써 도 17의 타임차트에 나타내는 바와 같이 가속레버 등에 의해 외부로부터 부하 투입 지령이 입력되면, 우선 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도를 ΔD만큼 증가시킨다. 그리고, 엔진 제어 장치(73)가 메인 밸브 제어를 실행한 후에 흡기 매니폴드 압력(Pi)이 목표 흡기 매니폴드 압력(Pim)에 도달한 것을 확인하면, 가스 인젝터(98)로부터의 주연료가스의 분사량(Q)을 증가시킨다.
또한, 설명을 간단하게 하기 위해서 부하 투입시에 메인 밸브 제어에 의해 흡기 매니폴드(67)의 압력이 조정되는 예를 들어서 설명했지만, 흡기 매니폴드(67)의 압력 조정을 위해서 메인 스로틀 밸브(V1) 또는 급기 바이패스 밸브(V2)를 제어할 경우에도, 부하 투입 지령을 받고나서 측정 압력이 목표 압력 이상으로 된 후에 가스 인젝터(98)로부터의 연료 분사량을 증가시키는 것으로 하면 된다.
엔진 제어 장치(73)는 부하를 감소했을 때에 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도를 닫는 경우에, 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도를 단계적으로 닫도록 해서 메인 스로틀 밸브(V1)에 대한 개방도 제어를 실행한다. 도 18은 엔진 제어 장치(73)에 의한 메인 스로틀 밸브(V1)에 대한 개방도 제어 동작을 나타내는 플로우차트이며, 도 19는 엔진 제어 장치(73)에 의한 부하 저하시의 제어 동작을 나타내는 타임차트이다.
엔진 제어 장치(73)는 도 18에 나타내는 바와 같이, 메인 밸브 제어시에 있어서 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도(D)를 목표 개방도(Dm)까지 감소시키는 부하 저하 지령을 받으면(STEP401), 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도(D)를 목표 개방도(Dm)를 향해서 단계적으로 감소시킨다(STEP402). 예를 들면, 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도(D)를 단계적으로 감소시킨다는 것은 개방도(D)를 10%/s의 속도로 감소시키는 것으로 한다. 또한, 본 예에 있어서의 10%/s의 속도란 1초간에 완전 개방을 100%로 했을 때 10%의 개방도만큼 개방도(D)를 감소시키는 속도이다. 또한, STEP401에 있어서 엔진 제어 장치(73)는, 예를 들면 가속레버에 의해 부하가 경감되어 상기 부하 저하 지령을 수신한다.
엔진 제어 장치(73)는 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도(D)를 단계적으로 감소시키면, 압력 센서(39)에 의해 측정한 흡기 매니폴드 압력(측정 압력)(Pi)이 소정압력값(Pi1) 이하로 된 것인지의 여부를 확인한다(STEP403). 그리고, 흡기 매니폴드(67)에 있어서의 측정 압력(Pi)이 소정 압력값(Pi1)까지 저하한 것을 확인하면(STEP403에서 Yes), 엔진 제어 장치(73)는 메인 스로틀 밸브(V1)에 대한 개방도 제어를 종료한다.
엔진 제어 장치(73)가 도 18의 플로우차트에 따라서 각 부를 제어함으로써, 도 19의 타임차트에 나타내는 바와 같이, 가속레버 등에 의해 외부로부터 부하 저하 지령이 입력되면 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도를 단계적으로 닫아 간다. 그리고, 엔진 제어 장치(73)는 흡기 매니폴드 압력(Pi)이 서서히 저하하여 소정 압력값(Pi1)에 도달한 것을 확인하면 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도를 고정하고, 메인 스로틀 밸브(V1)에 대한 개방도 제어를 종료한다. 이와 같이, 부하 저하시에 메인 스로틀 밸브(V1)의 개방도를 서서히 닫음으로써 컴프레서(49b)에 있어서의 공기의 통과 유량을 단계적으로 감소시키기 때문에, 과급기(49)에 있어서의 서징의 발생을 방지할 수 있다.
기타, 각 부의 구성은 도시의 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 본원 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러가지로 변경이 가능하다. 또한, 본 실시형태의 엔진 장치는 선체 내의 전기계통에 전력을 공급하기 위한 발전 장치나 육상의 발전 시설에 있어서의 구동원으로서 구성하는 등, 상술의 추진겸 발전기구 이외의 구성에 있어서도 적용 가능하다.
1 : 선박 2 : 선체
4 : 퍼넬 5 : 프로펠러
9 : 추진축 11 : 기관실
12 : 추진겸 발전기구 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 : 주연료가스 유로 31 : 부연료가스 유로
36 : 기통 37 : 흡기 포트
38 : 배기 포트 39 : 압력 센서
40 : 헤드 커버 41 : 주연료가스 배관
42 : 부연료가스 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 : 새로운 공기 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 : 주연료가스 압력 조정기 111 : 부연료가스 압력 조정기
112 : 주연료가스압 센서 113 : 주연료가스 온도 센서
114 : 부연료가스압 센서 115 : 윤활유 온도 센서
V1 : 흡기 스로틀 밸브 V2 : 급기 바이패스 밸브
V3 : 배기 바이패스 밸브

Claims (4)

  1. 실린더 내로 공기를 공급시키는 흡기 매니폴드와, 상기 실린더로부터의 배기가스를 배기시키는 배기 매니폴드와, 상기 흡기 매니폴드로부터 공급되는 공기에 연료가스를 혼합시켜서 상기 실린더에 흡기하는 가스 인젝터와, 상기 배기 매니폴드로부터의 배기가스에 의해 공기를 압축하는 과급기와, 그 과급기에서 압축된 압축공기를 냉각해서 상기 흡기 매니폴드에 공급하는 인터쿨러를 구비한 엔진 장치에 있어서,
    상기 과급기의 공기 배출구와 상기 인터쿨러 입구의 접속 개소에 메인 스로틀 밸브를 설치하고 있고,
    상기 과급기의 공기 유입구와 상기 인터쿨러 입구를 연결하는 급기 바이패스 유로를 구비함과 아울러, 상기 급기 바이패스 유로에 바이패스 밸브를 배치하고 있고,
    상기 엔진의 부하가 소정 역치보다 낮을 때에는 상기 메인 스로틀 밸브의 개방도를 제어하여 상기 엔진 부하에 맞춰서 공기 유량을 설정하는 한편,
    상기 엔진의 부하가 소정 역치 이상으로 될 때에는 상기 메인 스로틀 밸브를 소정 개방도로 함과 아울러 상기 바이패스 밸브의 개방도를 제어하여 상기 엔진 부하에 맞춰서 공기 유량을 설정하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 흡기 매니폴드 내의 공기 압력을 측정하는 압력 센서와, 상기 엔진의 부하를 검출하는 부하 검출 센서와, 상기 메인 스로틀 밸브 및 상기 바이패스 밸브 각각의 개방도를 제어하는 엔진 제어부를 더 갖고,
    상기 엔진 제어부는 상기 부하 검출 센서로 검출된 상기 엔진 부하에 의거한 목표 공기 압력과 상기 압력 센서에서 검출된 측정 압력의 차에 의해, 상기 메인 스로틀 밸브 또는 상기 바이패스 밸브의 개방도를 설정하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 엔진의 회전수를 측정하는 엔진 회전수 센서를 갖고 있고,
    상기 엔진 제어부는 상기 엔진 회전수 센서로 검출된 상기 엔진 회전수에 의거하여 상기 가스 인젝터로부터의 연료 분사량을 설정함과 아울러, 설정한 연료 분사량과 상기 엔진 부하에 의해 결정되는 공연비에 의하여 상기 메인 스로틀 밸브 또는 상기 바이패스 밸브의 개방도를 설정하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 엔진의 부하가 증가할 때, 상기 엔진 부하가 제 1 역치보다 낮을 경우에 상기 메인 스로틀 밸브의 개방도 제어를 실행하고 있고, 상기 엔진 부하가 제 1 역치를 초과하면 상기 메인 스로틀 밸브의 개방도 제어로부터 상기 바이패스 밸브의 개방도 제어로 스위칭하는 한편,
    상기 엔진의 부하가 감소할 때, 상기 엔진 부하가 상기 제 1 역치보다 낮은 제 2 역치 이상인 경우에는 상기 바이패스 밸브의 개방도 제어를 실행하고 있고, 상기 엔진 부하가 제 2 역치를 밑돌면 상기 바이패스 밸브의 개방도 제어로부터 상기 메인 스로틀 밸브의 개방도 제어로 스위칭하는 것을 특징으로 하는 엔진 장치.
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