WO2014147978A1 - 副室式ガスエンジンの燃料供給制御装置 - Google Patents

副室式ガスエンジンの燃料供給制御装置 Download PDF

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世界 宮本
英和 岩▲崎▼
元彦 西村
洋輔 野中
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川崎重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a fuel supply control device applied to a sub-chamber type gas engine having a main combustion chamber and a sub-chamber.
  • the sub-chamber fuel supply valve for supplying gas fuel to the sub-chamber is electromagnetic, and the opening and closing of the sub-chamber fuel supply valve is controlled according to the engine operating state such as the engine speed. ing.
  • the opening timing or closing timing of the sub chamber fuel supply valve is set to a timing suitable for the start or end of the fuel supply to the sub chamber.
  • a check valve is interposed between the sub chamber fuel supply valve and the sub chamber.
  • the check valve allows the flow from the sub chamber fuel supply valve to the sub chamber while preventing the back flow from the sub chamber, thereby protecting the sub chamber fuel supply valve from the flame and combustion gas generated in the sub chamber. While permitting fuel supply to the sub chamber.
  • various check valve types such as a spring type, a magnet type, and a cam drive type have been proposed for a check valve for a sub-chamber gas engine.
  • Patent Document 1 discloses a spring type check valve.
  • the check valve is normally closed by urging the valve body with the spring force of the spring.
  • the solenoid valve sub-chamber fuel supply valve
  • the valve body moves against the elastic force due to the pressure of the gas fuel that has passed through the solenoid valve, and the check valve opens. Then, the gas fuel passes through the check valve and is supplied into the sub chamber.
  • the check valve (especially spring type or magnet type) may change its response to the operation of the sub-chamber fuel supply valve due to deterioration over time or foreign object biting.
  • the sub-chamber fuel supply valve is controlled under the assumption that, for example, if the sub-chamber fuel supply valve opens, the check valve opens immediately. Even if the control is continued under such an assumption, the actual fuel supply start timing, fuel supply end timing, and fuel supply period to the sub chamber deviate from the initial assumption due to the change in the responsiveness of the check valve, There is a risk that the control purpose of supplying gas fuel to the sub chamber in a timely manner cannot be achieved. As a result, it is difficult to keep the combustion state of the sub chamber normal, increase the combustion efficiency of the main combustion chamber, and improve the components in the exhaust gas.
  • an object of the present invention is to provide a fuel supply control device for a sub-chamber type gas engine that can supply gas fuel to the sub-chamber more timely.
  • a fuel supply control device for a sub-chamber gas engine includes a sub-chamber fuel supply valve that supplies gas fuel to the sub-chamber, and is interposed between the sub-chamber fuel supply valve and the sub-chamber.
  • a check valve that prevents backflow from the chamber; a valve state detection device that detects an operating state of the check valve; and a rotation angle that detects at least one of a rotation angle of a crankshaft and a rotation angle of a camshaft.
  • the control device grasps the operation state of the check valve, such as whether the check valve is closed or at what timing.
  • the control device corrects the operation command value of the sub chamber fuel supply valve so that the actual operation state of the check valve approaches the target operation state.
  • the control device executes feedback control so that the operation state of the check valve becomes a target, and operates the sub chamber fuel supply valve in the feedback control.
  • the check valve By executing such control, even if there is a change in the responsiveness of the check valve, the check valve can be operated as expected in response to this change, and the check valve can be opened in a timely manner.
  • the situation to be able to speak can be secured. Therefore, since the actual fuel supply start timing, fuel supply end timing, and fuel supply period to the sub chamber can be appropriately controlled, the combustion state of the sub chamber is maintained normally, and consequently the combustion efficiency and exhaust gas components of the main combustion chamber are controlled. Can be improved. Further, since the control device does not operate the check valve itself, it is not necessary to employ a complicated valve system for the check valve.
  • a fuel supply control device that provides the above-described action can be manufactured without a significant change in the shape of the engine body (for example, around the cylinder head).
  • a fuel supply control device that provides the above-described action can be manufactured without a significant change in the shape of the engine body (for example, around the cylinder head).
  • it is also beneficial in light of the fact that it can be easily retrofitted.
  • An operation state detection device that detects an operation state of the gas engine may be provided, and the control device may set the target operation state according to a signal from the operation state detection device.
  • the control device since the control device performs the feedback control so that the actual operation state approaches the target operation state set according to the operation state of the gas engine, even if the operation state of the gas engine changes. Following this, the check valve can continue to operate as originally assumed.
  • the operation state of the check valve includes the opening timing of the check valve, and the control device associates with the rotation angle based on signals from the valve state detection device and the rotation angle detection device.
  • the actual opening timing of the check valve may be measured, and the operation command value of the sub chamber fuel supply valve may be corrected so that the actual opening timing approaches the target valve opening timing.
  • the control device feedback-controls the opening timing of the check valve, the check valve can be opened in a timely manner, thereby keeping the fuel supply start timing in the sub chamber in a timely manner. be able to. Further, the control device corrects the operation command value of the sub chamber fuel supply valve when executing the feedback control of the valve opening timing of the check valve, and this operation command value is conventionally used in the fuel supply control. Therefore, the control that brings about the above-described action can be easily realized.
  • the controller corrects the valve opening timing of the sub-chamber fuel supply valve and retards the actual valve opening timing.
  • the control device may correct the advance of the valve opening timing of the sub chamber fuel supply valve.
  • the opening timing of the sub-chamber fuel supply valve is corrected to be retarded, so that the actual opening timing is delayed accordingly.
  • the angle can be set close to the target valve opening time. The same applies when the actual valve opening timing is advanced from the target valve opening timing.
  • the operation state of the check valve includes the closing timing of the check valve, and the control device associates with the rotation angle based on signals from the valve state detection device and the rotation angle detection device.
  • the actual closing timing of the check valve may be measured, and the operation command value of the sub chamber fuel supply valve may be corrected so that the actual closing timing approaches the target closing timing.
  • the control device feedback-controls the closing timing of the check valve, it is possible to keep the check valve open period in an appropriate period and close the check valve in a timely manner.
  • the end of fuel supply to the sub chamber can be maintained in a timely manner.
  • the control device corrects the operation command value of the sub-chamber fuel supply valve when executing the feedback control of the check valve closing timing, and since this operation command value is conventionally used in the fuel supply control, Control that brings about the above-described operation can be easily realized.
  • the valve closing period is feedback-controlled together with the valve opening timing, the valve opening period can be maintained as originally assumed. Thereby, the fuel supply amount and fuel supply period to the sub chamber can be appropriately maintained.
  • the check valve includes a valve body that is allowed to move between a closed position that closes a fuel port that opens in the sub chamber and a fully open position that is separated from the closed position, and the valve body is By moving from the closed position toward the fully opened position, the fuel port is opened and the check valve is opened, and the valve state detection device can detect the amount of movement of the valve body, and the control
  • the apparatus measures an actual integral value of the movement amount transition related to the movement amount of the valve body associated with the previous rotation angle based on the signals from the valve state detection device and the rotation angle detection device, and the measurement is performed. Whether or not the check valve is normal may be determined based on a comparison result between an actual integral value and a target integral value of the movement amount transition.
  • the control device performs feedback control so that the opening timing and closing timing of the check valve do not deviate from the initial assumptions, the amount of movement of the check valve is excessive or the check valve When the amount of movement is insufficient, the deviation between the target integral value and the actual integral value increases. In this way, if the amount of movement of the check valve is too large or too small, the amount of fuel passing through the check valve or the fuel pressure will be too large or too small compared to the initial assumption, and the combustion state in the sub chamber will be kept normal. It becomes difficult. According to the said structure, such a condition can be grasped
  • FIG. 6 is a flowchart showing a procedure of fuel supply control executed by the control device shown in FIG. 4 is a graph conceptually showing an example of an actual operation state and an example of a target operation state of the check valve shown in FIG. 3.
  • FIG. 7A is a graph conceptually showing an example of the operation region used for setting the target operation state, FIG.
  • FIG. 7B is a graph showing an example of setting of the target operation state
  • FIG. 7C is the target operation state. It is a graph which shows the other example of a setting.
  • FIG. 8A is a graph showing an example in which the actual valve opening timing is retarded with respect to the target valve opening timing, and the actual valve closing timing is advanced with respect to the target valve closing timing
  • FIG. ) Is a graph showing an example in which the actual valve opening timing is advanced with respect to the target valve opening timing and the actual valve closing timing is retarded with respect to the target valve closing timing
  • FIG. It is a graph which shows an example in case an operation state is substantially adapted to a target operation state. It is a graph which shows notionally an example of the actual integration value of the operation amount transition of the check valve shown in FIG. 3, and an example of a target integration value.
  • Drawing 1 is a key map showing the whole composition of gas engine 1 concerning an embodiment.
  • a gas engine 1 shown in FIG. 1 burns a mixture of gas fuel and supply air and generates a rotational output at an output shaft 2.
  • the output shaft 2 is connected to a load 3 such as an AC generator and a marine propulsion device, and the gas engine 1 according to the present embodiment is suitably used as a drive source for the generator and a marine main engine.
  • the gas engine 1 is a sub-chamber type, reciprocating type, four-stroke type engine, and has a plurality of cylinders 4 in the engine body.
  • the arrangement method of the cylinders 4 is not limited to the parallel type illustrated for convenience of illustration, but may be a V type.
  • the gas engine 1 is provided with an air supply passage 5 and an exhaust passage 6.
  • the air supply passage 5 is a passage for supplying air supplied from the supercharger to each cylinder 4, and includes a plurality of air supply ports 7 individually corresponding to the cylinders 4.
  • the exhaust passage 6 is a passage for supplying exhaust from each cylinder 4 to the supercharger and / or discharging it to the outside air, and includes a plurality of exhaust ports 9 individually corresponding to the cylinders 4.
  • the gas engine 1 is provided with a fuel line 11 for supplying gas fuel from a fuel supply source to each cylinder 4.
  • the fuel line 11 includes a common line 12 extending from a fuel supply source, and a plurality of branch lines 13 individually corresponding to the cylinders 4.
  • Each branch line 13 includes a main fuel line 13a and a sub chamber fuel line 13b.
  • the main fuel line 13 a is a system that guides the gas fuel from the fuel supply source to the air supply port 7 of the corresponding cylinder 4.
  • the common line 12 is connected to the air supply port 7.
  • the sub chamber fuel line 13 b is a system that guides the gas fuel from the fuel supply source to the sub chamber 24 (see FIG. 2) of the corresponding cylinder 4.
  • the common line 12 is connected to the sub chamber 24.
  • a main fuel supply valve 16, a sub chamber fuel supply valve 18, a check valve 19 and an igniter 20 are provided corresponding to the cylinders 4 individually.
  • the main fuel supply valve 16 is disposed on the corresponding main fuel line 13a.
  • the sub chamber fuel supply valve 18 and the check valve 19 are disposed on the corresponding sub chamber fuel line 13b.
  • the igniter 20 ignites the air-fuel mixture in the corresponding sub chamber 24 (see FIG. 2).
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing a schematic configuration of the fuel supply control device 100 applied to the gas engine 1 shown in FIG.
  • a piston 21 is inserted into the cylinder 4 so as to be able to reciprocate.
  • the piston 21 is connected to the output shaft 2 via a connecting rod 22.
  • a space on the upper surface side of the piston 21 in the cylinder 4 forms a main combustion chamber 23.
  • the main combustion chamber 23 is partitioned from the sub chamber 24 through the partition wall 25, and communicates with the sub chamber 24 through the communication hole 26 formed in the partition wall 25.
  • the air supply port 7 and the exhaust port 9 open to the ceiling portion of the main combustion chamber 23.
  • the air supply valve 27 opens and closes the air supply port 7, and the exhaust valve 28 opens and closes the exhaust port 9.
  • the partition wall 25 is formed in a bowl shape opened at the top thereof, and the sub chamber 24 is formed inside thereof.
  • the partition wall 25 partially constitutes a ceiling portion of the main combustion chamber 23 at a lower portion thereof, and the communication hole 26 passes through the lower portion.
  • the partition wall 25 is covered with a fixture 29 from above, and the fixture 29 partially constitutes the ceiling portion of the sub chamber 24 at the lower portion thereof.
  • the fixture 29 includes an igniter hole 30 that houses the igniter 20, and a fuel passage 31 that constitutes a downstream end portion of the sub chamber fuel line 13b.
  • the igniter hole 30 is opened at the lower part of the fixture 29.
  • an ignition plug is illustrated that is positioned in the igniter hole 30 so that an electrode for generating a spark protrudes from the opening of the igniter hole 30 into the sub chamber 24.
  • the vessel 20 may be a pilot fuel injection valve.
  • the air supply valve 27 and the main fuel supply valve 16 are opened.
  • the gas fuel from the fuel supply source passes through the main fuel supply valve 16 and is injected into the supply port 7 from the fuel nozzle 17 disposed at the downstream end of the main fuel line 13a. Supplied to.
  • the compression stroke the air-fuel mixture is compressed in the main combustion chamber 23, and the compressed air-fuel mixture is also supplied into the sub chamber 24 through the communication hole 26.
  • the igniter 20 operates near the time when the compression stroke ends, and burns the air-fuel mixture in the sub chamber 24.
  • the flame generated in the sub chamber 24 propagates into the main combustion chamber 23 through the communication hole 26, whereby the air-fuel mixture in the main combustion chamber 23 is also combusted.
  • the exhaust valve 28 opens the exhaust port 9 and the combustion gas in the main combustion chamber 23 and the sub chamber 24 is discharged to the exhaust passage 6.
  • the fuel passage 31 has a fuel port 32 that is formed in the lower portion of the fixture 29 and opens to the ceiling portion of the sub chamber 24, and the sub chamber fuel line 13 b communicates with the sub chamber 24 via the fuel port 32. .
  • the check valve 19 is interposed between the sub chamber fuel supply valve 18 and the sub chamber 24 on the sub chamber fuel line 13b.
  • the check valve 19 allows the flow of gas fuel from the sub chamber fuel supply valve 18 (and thus the fuel supply source) into the sub chamber 24, while preventing the reverse flow from the sub chamber 24 to the sub chamber fuel supply valve 18.
  • the check valve 19 is mounted on the fixture 29 and accommodated in the fuel passage 31 to open and close the fuel passage 31 or the fuel port 32.
  • the check valve 19 normally prevents the reverse flow when the fuel port 32 is closed, and allows the flow when the fuel port 32 is opened.
  • the sub-chamber fuel supply valve 18 opens at an appropriate time during the air supply stroke and closes at an appropriate time during the compression stroke or the exhaust stroke.
  • the sub-chamber fuel supply valve 18 is an electromagnetic valve, specifically a normally closed valve and an on-off valve. 2 illustrates the case where the sub chamber fuel supply valve 18 is disposed outside the fixture 29, the sub chamber fuel supply valve 18 may be disposed on or within the fixture 29.
  • the gas engine 1 is provided with a control device 60 that controls the electromagnetic sub-chamber fuel supply valve 18.
  • the control device 60 determines an operation command value (valve opening timing, valve closing timing and valve opening period) of the sub chamber fuel supply valve 18 and drives the sub chamber fuel supply valve 18 according to the operation command value.
  • the gas fuel from the fuel supply source passes through the sub chamber fuel supply valve 18 and is supplied into the fuel passage 31.
  • the check valve 19 opens so as to respond to the opening of the sub chamber fuel supply valve 18, whereby gas fuel passes through the check valve 19 and is supplied into the sub chamber 24 via the fuel port 32.
  • the check valve 19 prevents the combustion gas from flowing back from the sub chamber 24 along the sub chamber fuel line 13b during the expansion stroke and the exhaust stroke during the closing period of the sub chamber fuel supply valve 18.
  • the sub chamber fuel supply valve 18 which is an electromagnetic type is protected from the combustion gas.
  • the air-fuel mixture in the sub-chamber 24 is obtained by mixing the gas mixture supplied from the main combustion chamber 23 with the gas fuel introduced to the sub-chamber fuel line 13b, and is made richer than the air-fuel mixture in the main combustion chamber 23. Is done.
  • the amount of fuel necessary for the excess air ratio of the air-fuel mixture generated in the sub chamber 24 to be a required value can be supplied from the fuel port 32 into the sub chamber 24. Thus, it is determined according to the engine operating state. Since the fuel pressure is generally adjusted on the common line 12, the amount of fuel passing through the sub chamber fuel supply valve 18 can be adjusted through adjustment of the valve opening period.
  • the valve opening timing and the valve closing timing of the sub chamber fuel supply valve 18 are such that the required amount of fuel is supplied from the fuel port 32 against the internal pressure even when the internal pressure of the sub chamber 24 is rising due to the progress of the compression stroke.
  • the gas fuel supplied from the fuel port 32 is evenly distributed in the sub chamber 24 by the ignition timing so that the fuel concentration distribution is uniform in the sub chamber 24. It is determined according to the engine operating state so that it can be realized.
  • the sub chamber fuel supply valve 18 operates in accordance with the operation command values determined in this way (the valve opening timing, the valve closing timing, and the valve opening period), so that the gas fuel is appropriately supplied into the sub chamber 24 according to the engine operating state. An appropriate amount is supplied, and the excess air ratio and fuel concentration distribution of the air-fuel mixture in the sub chamber 24 are controlled as desired. As a result, the combustion state in the sub chamber 24 is kept normal, and accordingly the flame is properly propagated to the main combustion chamber 23 to keep the combustion state in the main combustion chamber 23 normal, and the combustion efficiency in the cylinder 4 is increased. It is intended to improve the components in the exhaust gas.
  • the gas fuel that has passed through the sub chamber fuel supply valve 18 cannot reach the sub chamber 24 unless it passes through the check valve 19. It is required that the response of the check valve 19 is as expected. Therefore, a fuel supply control device 100 that executes control for maintaining the operation of the check valve 19 as originally assumed is applied to the gas engine 1. According to the fuel supply control device 100, even if the check valve 19 is deteriorated, bitten, or has an individual difference, the check valve 19 cannot be actively controlled to open and close (for example, a spring type and a magnet type). ), The operation of the check valve 19 can be kept stable.
  • the fuel supply control device 100 includes a valve state detection device 51 and a rotation angle detection device 56 in addition to the sub chamber fuel supply valve 18, the check valve 19 and the control device 60 described above.
  • the sub chamber fuel supply valve 18, the check valve 19 and the valve state detection device 51 are provided for each cylinder 4 (see FIG. 1).
  • the rotation angle detection device 56 and the control device 60 are single and are common to the plurality of cylinders 4.
  • the rotation angle detection device 56 detects at least one of the rotation angle of the output shaft (crankshaft) 2 or the rotation angle of a camshaft (not shown).
  • the control device 60 is mainly composed of, for example, a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output interface.
  • the output side of the control device 60 is connected to a plurality of sub chamber fuel supply valves 18 provided in each of the plurality of cylinders 4.
  • the control device 60 determines an operation command value for each sub chamber fuel supply valve 18.
  • the output side of the control device 60 may be connected to the main fuel supply valve 16 and the igniter 20.
  • the input side of the control device 60 is connected to a plurality of valve state detection devices 51 and a single rotation angle detection device 56.
  • Each valve state detection device 51 detects the operation state of the corresponding check valve 19.
  • the operating state includes whether or not the check valve 19 is open. Further, if the check valve 19 is a lift check valve as will be described later, the operating state may include the lift amount of the check valve 19. Then, the control device 60 may measure whether or not the valve is open with reference to the lift amount.
  • FIG. 3 is a conceptual diagram showing an example of the configuration of the check valve 19 and the valve state detection device 51 shown in FIG.
  • the check valve 19 is allowed to move between a closed position for closing the fuel port 32 opened in the sub chamber 24 and a fully opened position away from the closed position.
  • Have The fuel port 32 is opened by the valve body 41 moving from the closed position toward the fully opened position.
  • the check valve 19 includes a lift check valve that employs a valve operating system in which the valve element 41 is moved by the action of fuel pressure, and is a poppet type.
  • the valve stem 42 is accommodated in the fuel passage 31 so as to be movable in the fuel port 32, and at the end 42a on the opening side in the movement direction (the lower side in FIG. 4), It is connected to the top 41a of the bowl-shaped valve body 41.
  • the face portion 41b of the valve body 41 is seated on the valve seat 32a around the fuel port 32 from within the sub chamber 24, the valve body 41 and the valve stem 42 are stopped at the closed position, the fuel port 32 is closed, and the reverse The stop valve 19 is closed.
  • the sub chamber fuel supply valve 18 is opened, the face of the face portion 41b of the valve body 41 facing the fuel passage 31 receives the fuel pressure, and the valve body 41 and the valve rod 42 are closed against the urging force. It is possible to move from the position to the opening side in the moving direction. As a result, the valve body 41 is separated from the valve seat 32a, the fuel port 32 is opened, and the check valve 19 is opened.
  • the fully open position is separated from the closed position by the maximum lift amount LM toward the moving direction opening side.
  • the valve body 41 and the valve stem 42 move from the closed position to the fully opened position in the moving direction (that is, the axial direction of the valve stem 42, the normal direction of the fuel port 32 and the direction perpendicular to the valve seat 32a). Is acceptable.
  • a spring that exerts a resilient force as the aforementioned urging force is illustrated as the urging member 43, but the urging member 43 may be a magnet that exhibits a magnetic force as the aforementioned urging force (that is,
  • the valve operating system is not limited to the spring type but may be a magnet type).
  • a coil type is illustrated as a spring that is disposed on the outer peripheral side of the valve rod 42 and deforms in the movement direction of the valve rod 42 in the fuel passage 31, but the arrangement and shape of the spring can be changed as appropriate. is there.
  • the check valve 41 is not limited to the poppet type and can be appropriately changed to other types such as a needle type and a ball type.
  • the valve state detection device 51 is constituted by a gap sensor.
  • the gap sensor is attached to the fixture 29 so as to be disposed away from the end 42b on the valve rod 42 moving direction closing side (upper side in FIG. 4) toward the closing side.
  • a gap G between the valve stem 42 and the closed end 42b) is detected.
  • the detection method of the gap sensor is not particularly limited, and for example, an eddy current method, a capacitance method, an ultrasonic method, or the like can be employed.
  • the gap G changes according to the lift amount L of the valve body 41 and the valve stem 42.
  • the gap sensor When the gap sensor detects the minimum value Gm in the gap range that can be detected in this configuration, the lift amount L of the valve body 41 and the valve stem 42 is zero, and the valve body 41 and the valve stem 42 are in the closed position.
  • the gap sensor detects the maximum value GM in the gap range, the lift amount L of the valve body 41 and the valve stem 42 is the aforementioned maximum lift amount LM, and the valve body 41 and the valve stem 42 are in the fully open position.
  • the gap sensor functions as a lift amount sensor that substantially detects the lift amount L.
  • FIG. 4 is a block diagram showing the configuration of the fuel supply control apparatus 100 shown in FIG.
  • the rotation angle detection device 56 detects a rotation angle within one engine cycle constituted by four strokes of air supply, compression, expansion, and exhaust.
  • the “rotation angle” corresponds to the position and crank angle of the piston 21 (rotation angle of the output shaft 2) within one engine cycle (that is, a period in which the piston 21 makes two reciprocations and the output shaft 2 rotates twice).
  • the rotation angle detection device 56 is illustrated as a crank angle sensor that is disposed near the output shaft 2 and detects the crank angle.
  • the camshaft for driving the supply / exhaust valves 27 and 28 as shown in FIG. You may detect the rotation angle of the rotation member linked with the output shaft 2.
  • FIG. 1 the camshaft for driving the supply / exhaust valves 27 and 28, as shown in FIG. You may detect the rotation angle of the rotation member linked with the output shaft 2.
  • the control device 60 can measure the engine speed (angular velocity of the output shaft 2) based on the signal from the rotation angle detection device 56. Therefore, the rotation angle detection device 56 functions as a rotation speed detection device that detects the engine rotation speed as an example of the engine operation state, and is also an example of the operation state detection device 55 that detects the engine operation state.
  • the input side of the control device 60 is also connected to an operation state detection device 55 that detects the engine operation state.
  • the operation state detection device 55 includes a load detection device that detects a load required for the load of the gas engine 1 or the control device 60 to execute load estimation calculation, a water temperature detection device that detects the cooling water temperature, an exhaust gas temperature, and the like.
  • the exhaust gas temperature detecting device for detecting the supercharging pressure the supercharging pressure detecting device for detecting the supercharging pressure, the property (for example, the original pressure or the methane number) of the gas fuel, or the control device 60 performs the fuel property estimation calculation
  • a fuel property detection device for detecting necessary parameters may be included. That is, the engine operating state may include engine speed, load, cooling water temperature, exhaust temperature, supercharging pressure, and fuel properties.
  • the control device 60 sequentially inputs the detection values obtained by the valve state detection device 51, the rotation angle detection device 56, and the operation state detection device 55 every minute predetermined control cycle (for example, 5 msec).
  • the control device 60 measures the actual operation state by associating the operation state of the check valve 19 with the rotation angle based on the signals from the valve state detection device 51 and the rotation angle detection device 56, and the measured actual operation state.
  • the operation command value of the sub chamber fuel supply valve 18 is corrected so as to approach the target operation state, and the sub chamber fuel supply valve 18 is driven according to the operation command value.
  • the control device 60 operates the sub-chamber fuel supply valve 18 when executing the feedback control in association with the rotation angle with respect to the operation state of the check valve 19. Further, the control device 60 sets the operation command value before correction of the sub chamber fuel supply valve 18 and the target operation state of the check valve 19 based on the signal from the operation state detection device 55.
  • the control device 60 includes a command value setting unit 61, a measurement unit 62, a target state setting unit 63, a target state storage unit 64, a comparison unit 65, a command value determination unit 66, and a drive unit as functional blocks for executing such control. 67.
  • the command value setting unit 61, the measurement unit 62, the target state setting unit 63, the comparison unit 65, and the command value determination unit 66 are realized by software elements of the control device 60 (for example, a program stored in advance in the ROM).
  • the target state storage unit 64 is realized by a hardware element (for example, ROM) of the control device 60
  • the drive unit 67 is a hardware element (for example, sub-chamber fuel supply) connected to the control device 60 or its output side. Realized by a driver for the valve 18).
  • FIG. 5 is a flowchart showing a fuel supply control procedure executed by the control device 60 shown in FIG.
  • the operation or action of the blocks 61 to 67 shown in FIG. 4 will be described in accordance with the procedure shown in FIG. 5, and the constituent elements of the gas engine 1 and the fuel supply control device 100 will be referred to with reference to FIGS. Symbols are attached as appropriate.
  • the series of processes shown in FIG. 5 is executed for each engine cycle. It may be executed once every predetermined number of engine cycles, or may be executed once every predetermined real time.
  • the command value setting unit 61 sets an operation command value for the sub chamber fuel supply valve 18 in accordance with a signal from the operating state detection device 55 (step S11).
  • the target state setting unit 63 sets the target operation state of the check valve 19 based on the signal from the operating state detection device 55 (step S12).
  • the measuring unit 62 measures the operation state of the check valve 19 in association with the rotation angle based on the signals from the valve state detection device 51 and the rotation angle detection device 56 to obtain the actual operation state of the check valve 19 ( Step S13).
  • the order of steps S11 to S13 can be changed as appropriate.
  • the operation command value includes the valve opening timing, the valve closing timing, and the valve opening period of the sub chamber fuel supply valve 18.
  • the command value setting unit 61 may set at least two operation command values.
  • the valve opening timing and the valve closing timing are set as operation command values.
  • the operation command value supplies gas fuel to the sub chamber 24 in an appropriate timely manner, sets the excess air ratio of the air-fuel mixture generated in the sub chamber 24 as a target value, and equalizes the fuel concentration distribution in the sub chamber 24. Therefore, it is determined according to the engine operating state.
  • the control device 60 stores in advance a correspondence relationship (for example, a map or an arithmetic expression) of operation command values according to the engine operating state, and the command value setting unit 61 sets the operation command value according to the correspondence relationship. Decide.
  • FIG. 6 is a graph conceptually showing an example of an actual operation state and an example of a target operation state of the check valve 19 shown in FIG.
  • the movement amount transition indicating how the lift amount L of the check valve 19 changes as the rotation angle progresses takes the rotation angle on the horizontal axis and the lift amount L on the vertical axis. It is expressed as a straight line and / or a curve in the two-dimensional orthogonal coordinate system.
  • the two-dot chain line is obtained by measuring a lift amount detected by a gap sensor, which is an example of the valve state detection device 51, in association with a crank angle detected by a crank angle sensor, which is an example of the rotation angle detection device 56.
  • the solid line represents an example of the target movement amount transition Ci that is stored in advance by the control device 60 or that is set according to the engine operating state.
  • a straight line and / or a curve represented by the orthogonal coordinate system may be referred to as a “lift curve”.
  • step S ⁇ b> 13 the measurement unit 62 performs the actual opening (rotation angle) at which the check valve 19 switches from the closed state to the open state as the actual operation state of the check valve 19 associated with the rotation angle.
  • the valve timing Tr1 and the actual closing timing Tr2 that is the actual timing (rotation angle) at which the check valve 19 switches from the opened state to the closed state are measured.
  • the measuring unit 62 also measures the actual integral value Sr (see FIG. 9) of the actual lift curve representing the actual movement amount transition Cr.
  • valve state detection device 51 Since the valve state detection device 51 is configured to detect the lift amount L, the control device 60 can measure the actual integral value Sr of the actual movement amount transition Cr. Conversely, the valve state detection device 51 is not configured to directly detect whether or not the valve is open, but the control device 60 determines that the lift amount L associated with the rotation angle is open.
  • the state switching timing (actual valve opening timing Tr1 and actual valve closing timing Tr2) can be measured by comparing the threshold value L1 for the valve opening and the threshold value L2 for the valve closing determination.
  • a constant value larger than zero different from each other is illustrated as the two threshold values L1 and L2, but the threshold values L1 and L2 may be set to zero as a constant value. (See FIG. 8), they may be set to the same value (see FIG. 8), or may be set variably according to the engine operating state (not shown).
  • the measuring unit 62 measures the time (rotation angle) when the lift amount L, which is increasing, equals or exceeds the valve opening threshold L1, as the actual valve opening time Tr1. Further, the measuring unit 62 measures the time (rotation angle) when the lift amount L, which is in a decreasing tendency, is equal to or less than the valve closing threshold L2, as the actual valve closing time Tr2. For example, when the valve opening threshold L1 is zero as a constant value (see FIG. 8), the measuring unit 62 determines the time Trs when the lift amount L has changed from zero to over zero (that is, the valve body 41 and the valve stem). The time when 42 starts moving from the closed position to the open side) is measured as the actual valve opening time Tr1.
  • the measuring unit 62 determines the time Tre when the lift amount L becomes equal to zero from positive (that is, the valve body moving to the closing side). 41 and the time when the valve stem 42 stops at the closed position) is measured as the actual valve closing time Tr2.
  • the target state setting unit 63 sets a target operation state.
  • the target operation state includes a target valve opening timing Ti1, a target valve closing timing Ti2, and a target integral value Si (see FIG. 9).
  • the target valve opening timing Ti1 is a target time at which the lift amount L should satisfy the same conditions as those used for measuring the actual valve opening timing Tr1. For example, if the valve opening threshold L1 is zero, the target valve opening timing Ti1 is the target timing Tis that the lift amount L should increase from zero to exceed zero (see FIG. 8).
  • the target valve closing timing Ti2 is a target time at which the lift amount L should satisfy the same conditions as those used for measuring the actual valve closing timing Tr2. For example, if the valve closing threshold L2 is zero, the target valve closing timing Ti2 is the target timing Tie at which the lift amount L should be equal from positive to zero (see FIG. 8).
  • the lift amount L increases from the valve opening threshold L1 to the maximum lift amount LM within a minute period from the target valve opening timing Ti1, and the maximum lift for a certain period.
  • the amount LM is maintained, and after the sub-chamber fuel supply valve 18 is closed, the maximum amount LM is decreased from the maximum lift amount LM to the valve closing threshold L2 within a minute period until the target valve closing timing Ti2.
  • a linear shape is illustrated as an increasing tendency to the maximum lift amount LM and a decreasing tendency from the maximum lift amount, but these tendencies can be changed nonlinearly.
  • the command value setting unit 61 sets the operation command value of the sub chamber fuel supply valve 18 according to the engine operating state.
  • the target state setting unit 63 sets the target valve opening timing Ti1 and the target valve closing timing Ti2 according to the engine operating state. That is, the start period Tis and the end period Tie of the target movement amount transition Ci are changed according to the engine operating state (and thus the valve opening timing, the valve closing timing, and the valve opening period of the sub chamber fuel supply valve 18).
  • the target valve opening timing Ti1 is a timing in which the required response is added to the valve opening timing of the sub chamber fuel supply valve 18 determined according to the engine operating state. It is set according to the engine operating state so as to be timely at the same time as or immediately after the time.
  • the target valve closing timing Ti2 is also the same, and is set according to the engine operating state so as to be at the same time as the valve closing timing of the sub chamber fuel supply valve 18 or immediately after.
  • FIG. 7A is a graph conceptually showing an example of an operation region used for setting the target operation state
  • FIG. 7B is a graph showing an example of setting of the target operation state
  • FIG. It is a graph which shows the other example of the setting of a target operation state.
  • the target state setting unit 63 specifies the engine operating region based on the signal from the operating state detection device 55.
  • the operation region may be configured by a combination of the engine speed regions a to c and the load regions I to IV (for example, Ia, II-b, etc.). Other engine operating conditions may be used.
  • the target state storage unit 64 may store a plurality of target movement amount transitions Ci corresponding to a plurality of driving regions in advance.
  • the target state setting unit 63 selects and sets one target movement amount transition Ci from a plurality of target movement amount transitions Ci according to the specified operation region.
  • the target state storage unit 64 may store a single target movement amount transition Ci.
  • the target state setting unit 63 corrects the target movement amount transition Ci according to the specified operation region, and thereby sets the target movement amount transition Ci according to the engine operation region. For example, when the operation region is a high load region or a high rotation region, the required amount of fuel becomes relatively large, so the target valve opening period is set to be relatively long.
  • the target movement amount transition Ci (target lift curve) is shown for convenience of explanation. As long as the target movement amount transition Ci is not directly compared with the actual movement amount transition Cr, the target state storage unit 64 may not store the target movement amount transition Ci itself. Even when the target integral value Ci of the target lift curve representing the target movement amount change Ci is compared with the actual measurement value as in the present embodiment, the target integral value Ci is acquired in advance if the target lift curve is determined. Since this is a possible value, the target integral value Ci may be stored.
  • the comparison unit 65 compares the actual operation state measured by the measurement unit 62 with the target operation state set by the target state setting unit 63, and based on the comparison result. The opening timing and closing timing of the fuel injection valve 18 are corrected.
  • the comparison unit 65 determines whether or not the deviation of the actual valve opening timing Tr1 from the target valve opening timing Ti1 is within the allowable range ⁇ Tp1 (see FIG. 8) (step S21), and if the deviation is not within the allowable range ⁇ Tp1. (S21: NO), it is determined whether the actual valve opening timing Tr1 is advanced with respect to the target valve opening timing Ti1 (step S22).
  • This allowable range ⁇ Tp1 is a concept including zero, and in step S21, it may be determined whether or not the actual valve opening timing Tr1 coincides with the target valve opening timing Ti1. The same applies to step S31 described later.
  • the command value determining unit 66 sets the sub chamber set by the command value setting unit 61.
  • the opening timing of the fuel supply valve 18 is retarded (step S23).
  • the command value determination unit 66 sets the sub chamber set by the command value setting unit 61.
  • the valve opening timing of the fuel supply valve 18 is corrected to advance (step S24).
  • the advance angle and retard angle correction amount may be a predetermined constant value regardless of the deviation, or may be set proportionally according to the deviation. It may be determined. The same applies to steps S33 and S34 described later.
  • step S31 After correcting the valve opening timing. If the actual valve opening timing Tr1 is within the allowable range ⁇ Tp1 with respect to the target valve opening timing Ti1 (S21: YES), the command value determining unit 66 corrects the valve opening timing set by the command value setting unit 61. Without proceeding to step S31.
  • the comparison unit 65 determines whether or not the deviation of the actual valve closing timing Tr2 from the target valve closing timing Ti2 is within the allowable range ⁇ Tp2 (see FIG. 8) (step S31), and if the deviation is not within the allowable range (step S31). S31: NO), it is determined whether or not the actual valve closing timing Tr2 is advanced with respect to the target valve closing timing Ti2 (step S32).
  • the command value determining unit 66 sets the sub chamber set by the command value setting unit 61.
  • the valve closing timing of the fuel supply valve 18 is delayed (step S33).
  • the command value determining unit 66 sets the sub chamber set by the command value setting unit 61.
  • the advance timing of the closing timing of the fuel supply valve 18 is corrected (step S34).
  • step S41 If the actual valve closing timing Tr2 is within the allowable range ⁇ Tp2 with respect to the target valve closing timing Ti2 (S31: YES), the command value determining unit 66 corrects the valve closing timing set by the command value setting unit 61. Instead, the process proceeds to step S41.
  • the driving unit 67 opens the sub chamber fuel supply valve 18 at the valve closing timing determined by the command value determining unit 66 so that the sub chamber fuel supply valve 18 opens at the valve opening timing determined by the command value determining unit 66.
  • the sub-chamber fuel supply valve 18 is driven so as to close. Note that steps S21 to S24 related to the correction of the valve opening timing may be executed after steps S31 to S34 related to the correction of the valve closing timing.
  • FIG. 8A is a graph showing an example when the actual valve opening timing Tr1 is retarded with respect to the target valve opening timing Ti1 and the actual valve closing timing Tr2 is advanced with respect to the target valve closing timing Ti2.
  • FIG. 8B shows an example where the actual valve opening timing Tr1 is advanced with respect to the target valve opening timing Ti1 and the actual valve closing timing Tr2 is retarded with respect to the target valve closing timing Ti2.
  • FIG. 8C is a graph showing an example of the case where the actual operation state substantially matches the target operation state.
  • the check valve 19 can be used in response to this.
  • the actual valve opening timing Tr1 and the actual valve closing timing Tr2 of the valve 19 can be converged to the target valve opening timing Ti1 and the target valve closing timing Ti2, respectively, and gas fuel can be continuously supplied in an appropriate amount in the sub chamber 24. . Therefore, since the actual fuel supply start timing and fuel supply end timing to the sub chamber 24 can be appropriately controlled, the combustion state of the sub chamber 24 is maintained normally, and consequently the combustion efficiency and exhaust gas components of the main combustion chamber 23 are improved. can do.
  • the valve main body for example, around the cylinder head
  • the valve state detection device 51 is attached in the vicinity of the check valve 19, and the measurement unit 62, a software element that realizes the target state setting unit 63, the comparison unit 65, and the set value determination unit 66 is added to the control device 60), and the fuel supply control device 100 that provides such an action can be manufactured.
  • This embodiment is also beneficial in light of the fact that it can be retrofitted easily.
  • an operation command value is obtained for each of the plurality of sub chamber fuel supply valves 18 individually corresponding to the cylinders 4, and each sub chamber fuel supply valve 18 is driven and controlled independently of each other. To do. For this reason, even if there is an individual difference between the cylinders 4 in the responsiveness of the check valve 19 to the sub chamber fuel supply valve 18, the individual difference is corrected by correcting the valve opening timing and the valve closing timing of the sub chamber fuel supply valve 18. Can be offset. Therefore, the gas fuel can be supplied to the sub chamber 24 in a timely and appropriate amount in all the cylinders 4, and the load sharing of the cylinders 4 can be made uniform.
  • the measuring unit 62 moves the check valve 19.
  • the actual integral value Sr of transition (see FIG. 9) is measured, and the target state setting unit 63 sets the target integral value Si (see FIG. 9) of the movement amount transition of the check valve 19 (step S41).
  • the comparison unit 65 compares the actual integration value Sr with the target integration value Si, and determines whether the ratio or deviation of the actual integration value Sr with respect to the target integration value Si is within an allowable range (step S42). .
  • the comparison unit 65 determines whether or not the actual integration value Sr is equal to or greater than a predetermined ratio ⁇ of the target integration value Si (Sr ⁇ Si ⁇ ⁇ , ⁇ ⁇ 100%). If the ratio or the deviation is within the allowable range (S42: YES), the series of processes is terminated, and the process returns to step S11 to resume the next process. If the ratio or deviation is not within the allowable range (S42: NO), the control device 60 outputs an abnormal signal (step S43).
  • FIG. 9 is a graph conceptually showing an example of the actual integrated value Sr of the operation amount transition of the check valve 19 shown in FIG. 3 and an example of the target integrated value Si.
  • an example of the actual movement amount transition Cr and the target movement amount transition Ci is represented as a lift curve in a two-dimensional orthogonal coordinate system in which the horizontal axis represents the rotation angle and the vertical axis represents the lift amount L. Has been.
  • the actual integral value Sr is the time integral value of the actual lift curve representing the actual movement amount transition Cr (see the lower right hatch area in FIG. 9).
  • the measuring unit 62 determines the lift amount L from the time Trs when the lift amount L has started to increase from zero. Alternatively, it may be obtained by totalizing the lift amount L that is sequentially input within the period Dr until the time Tre when the return to zero. Further, the actual integration value Sr may be obtained by integrating a function representing an actual lift curve within the synchronization period Dr.
  • valve opening threshold L1 If the valve opening threshold L1 is zero, the actual valve opening timing Tr1 becomes equal to the timing Trs and becomes the lower end of the integration interval. If the valve closing threshold L2 is zero, the actual valve closing timing Tr2 becomes equal to the timing Tre and becomes the upper end of the integration interval.
  • the measurement part 62 can measure the real integration value Sr.
  • the control device 60 stores the target integrated value Si of the movement amount transition in advance.
  • the target integral value Si is a time integral value of the target lift curve that represents the target movement amount transition Ci (see the lower left hatch area in FIG. 9), and is a value that can be acquired by determining the target movement amount transition Ci.
  • the integral values Sr, Si obtained in this way have a positive correlation with the amount of gas fuel that passes through the check valve 19 and is supplied to the sub chamber 24.
  • the actual valve opening timing Tr1 and the actual valve closing timing Tr2 of the check valve 19 are controlled so as to approach the target valve opening timing Ti1 and the target valve closing timing Ti2, respectively.
  • the valve body 41 cannot move normally, the fuel source pressure is reduced, the sub chamber fuel line 13b Among them, there is some abnormality that cannot be dealt with just by correcting the operation command value of the sub chamber fuel supply valve 18, such as fuel leaking between the sub chamber fuel supply valve 18 and the check valve 19. It can be estimated that the situation is under way.
  • the control device 60 is based on the signals from the valve state detection device 51 and the rotation angle detection device 56, and the actual integral value of the movement amount transition related to the movement amount of the valve body 41 of the check valve 19 associated with the rotation angle. Sr is measured, and it is determined whether or not the check valve 19 is operating normally based on the comparison result between the actual integral value Sr and the target integral value Si of the movement amount transition.
  • the gas engine 1 according to the present embodiment can start fail-safe control or stop the operation of the gas engine 1 based on this abnormality signal, and is also suitable for the above situation. Can be dealt with.
  • the embodiment has been described so far, the above configuration is merely an example, and can be appropriately changed, deleted, and added without departing from the spirit of the present invention.
  • a single check valve is provided in the sub chamber fuel line, but a plurality of check valves may be arranged in series. In this case, if the operation state of the check valve arranged at the most downstream is feedback-controlled in the same manner as described above, the same effect as described above can be obtained.
  • the present invention is useful when applied to a sub-chamber gas engine, and the sub-chamber gas engine to which the present invention is applied is used as a prime mover in various applications such as power generation equipment and marine main engines.

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Abstract

 燃料供給制御装置(100)が、ガス燃料を副室(24)に供給する副室燃料供給弁(18)と、副室燃料供給弁(18)及び副室(24)の間に介装され、副室(24)からの逆流を阻止する逆止弁(19)と、逆止弁(19)の動作状態を検出する弁状態検出装置(51)と、エンジンサイクル内での回転角度を検出する回転角度検出装置(56)と、副室燃料供給弁(18)の動作指令値を決定する制御装置(60)と、を備える。制御装置(60)は、弁状態検出装置(51)及び回転角度検出装置(56)からの信号に基づいて逆止弁(19)の実動作状態を回転角度と対応付けて計測し、当該計測された実動作状態を目標動作状態に近付けるように副室燃料供給弁(18)の動作指令値を補正する。

Description

副室式ガスエンジンの燃料供給制御装置
 本発明は、主燃焼室及び副室を備えた副室式ガスエンジンに適用される燃料供給制御装置に関する。
 副室式ガスエンジンでは、主燃焼室の燃焼効率を高めて省エネルギー化を実現し、排ガス中の未燃炭化水素成分を含む不完全燃焼成分を抑制してクリーン化を実現するために、副室の燃焼状態を正常に保つことが肝要である。副室の燃焼状態を正常に保つには、適量のガス燃料を適時に副室に供給することが有効である。そこで、従来の副室式ガスエンジンでは、ガス燃料を副室に供給する副室燃料供給弁を電磁式とし、エンジン回転数等のエンジン運転状態に応じて副室燃料供給弁の開閉を制御している。例えば、副室燃料供給弁の開弁時期又は閉弁時期が、副室への燃料供給開始又は供給終了それぞれに適した時期に設定されたりしている。
 副室式ガスエンジンでは、逆止弁が副室燃料供給弁と副室との間に介装される。逆止弁は、副室燃料供給弁から副室への流れを許容する一方で副室からの逆流を阻止し、それにより副室内で発生した火炎や燃焼ガスから副室燃料供給弁を保護しつつも副室への燃料供給を許容する。従来、副室式ガスエンジン用の逆止弁については、例えばバネ式、磁石式及びカム駆動式といった様々な動弁形式が提案されている。
 特許文献1はバネ式の逆止弁を開示している。当該逆止弁は、バネの弾発力で弁体を付勢することで常閉とされる。電磁弁(副室燃料供給弁)が開弁すると、電磁弁を通過したガス燃料の圧力により弁体が弾発力に抗して移動して逆止弁が開弁する。すると、ガス燃料が逆止弁を通過して副室内へと供給されることとなる。
特開2011-149308号公報
 逆止弁(特にバネ式や磁石式)は、経年劣化や異物噛込みにより、副室燃料供給弁の動作に対する応答性が変わることがある。しかし従来、例えば副室燃料供給弁が開弁すれば逆止弁は即座に開弁するといったような想定の下で、副室燃料供給弁を制御しているのが現状である。このような想定の下で制御を継続しても、副室への実際の燃料供給開始時期、燃料供給終了時期及び燃料供給期間が逆止弁の応答性の変化に伴って当初想定からズレ、ガス燃料を副室に適時に供給するという制御目的を達成できなくなるおそれがある。ひいては、副室の燃焼状態を正常に保ち、主燃焼室の燃焼効率を高め、排ガス中成分を改善することも難しくなる。
 そこで本発明は、ガス燃料をより適時に副室に供給可能な副室式ガスエンジンの燃料供給制御装置を提供することを目的としている。
 本発明に係る副室式ガスエンジンの燃料供給制御装置は、ガス燃料を副室に供給する副室燃料供給弁と、前記副室燃料供給弁及び前記副室の間に介装され、前記副室からの逆流を阻止する逆止弁と、前記逆止弁の動作状態を検出する弁状態検出装置と、クランクシャフトの回転角度又はカムシャフトの回転角度の少なくとも一方の回転角度を検出する回転角度検出装置と、前記副室燃料供給弁の動作指令値を決定する制御装置と、を備え、前記制御装置は、前記弁状態検出装置及び前記回転角度検出装置からの信号に基づいて前記回転角度と対応付けた前記逆止弁の実動作状態を計測し、当該実動作状態を目標動作状態に近付けるように前記副室燃料供給弁の動作指令値を補正する。
 前記構成によれば、弁状態検出装置及び回転角度検出装置からの信号を用いて、どのようなタイミングで逆止弁が開弁しているのか、どれくらいの期間に渡り逆止弁は開弁しているのか又はどのようなタイミングで逆止弁が閉弁しているのか等、逆止弁の動作状態を制御装置が把握する。制御装置は、この逆止弁の実動作状態を目標動作状態に近付けるように副室燃料供給弁の動作指令値を補正する。言い換えれば、制御装置は、逆止弁の動作状態が目標とされるものとなるようにフィードバック制御を実行し、そのフィードバック制御において副室燃料供給弁を操作する。
 このような制御を実行することで、逆止弁の応答性の変化があっても、これに対応して逆止弁を当初の想定どおりに動作させることができ、逆止弁を適時に開弁させる状況を担保することができる。よって、副室への実際の燃料供給開始時期、燃料供給終了時期及び燃料供給期間を適切に制御できるため、副室の燃焼状態を正常に維持し、ひいては主燃焼室の燃焼効率や排ガス成分を改善することができる。また、制御装置は逆止弁そのものを操作するわけではないので、複雑な動弁方式を逆止弁に採用する必要がない。また、現在稼働中の副室式ガスエンジンに関しても、エンジン本体(例えばシリンダヘッド周り)の大幅な形状変更を伴わずに、前述した作用をもたらす燃料供給制御装置を製作することができる。このように、容易にレトロフィット可能である点に照らしても有益である。
 ガスエンジンの運転状態を検出する運転状態検出装置を備え、前記制御装置は、前記運転状態検出装置からの信号に応じて前記目標動作状態を設定してもよい。
 前記構成によれば、実動作状態がガスエンジンの運転状態に応じて設定された目標動作状態に近付くようにして、制御装置がフィードバック制御を実行するので、ガスエンジンの運転状態が変化しても、これに追従して逆止弁を当初の想定どおりに動作させ続けることができる。
 前記逆止弁の動作状態には、前記逆止弁の開弁時期が含まれ、前記制御装置は、前記弁状態検出装置及び前記回転角度検出装置からの信号に基づいて前記回転角度と対応付けた前記逆止弁の実開弁時期を計測し、当該実開弁時期を目標開弁時期に近付けるように前記副室燃料供給弁の動作指令値を補正してもよい。
 前記構成によれば、制御装置が、逆止弁の開弁時期をフィードバック制御するので、逆止弁を適時に開弁させることができ、それにより副室への燃料供給開始時期を適時に保つことができる。また、制御装置は、逆止弁の開弁時期のフィードバック制御の実行に際して副室燃料供給弁の動作指令値を補正するところ、この動作指令値は燃料供給制御において従前利用されているものであるので、前述の作用をもたらす制御を容易に実現できる。
 前記実開弁時期が許容進角量を超えて前記目標開弁時期よりも進角している場合に、前記制御装置は前記副室燃料供給弁の開弁時期を遅角補正し、前記実開弁時期が許容遅角量を超えて前記目標開弁時期よりも遅角している場合に、前記制御装置は前記副室燃料供給弁の開弁時期を進角補正してもよい。
 前記構成によれば、実開弁時期が目標開弁時期よりも進角していれば副室燃料供給弁の開弁時期が遅角補正されるので、実開弁時期をこれに応じて遅角することができ、目標開弁時期に近付けることができる。実開弁時期が目標開弁時期よりも進角しているときもこれと同様である。
 前記逆止弁の動作状態には、前記逆止弁の閉弁時期が含まれ、前記制御装置は、前記弁状態検出装置及び前記回転角度検出装置からの信号に基づいて前記回転角度と対応付けた前記逆止弁の実閉弁時期を計測し、当該実閉弁時期を目標閉弁時期に近付けるように前記副室燃料供給弁の動作指令値を補正してもよい。
 前記構成によれば、制御装置が、逆止弁の閉弁時期をフィードバック制御するので、逆止弁の開弁期間を適当な期間に保ち、逆止弁を適時に閉弁させることができ、副室への燃料供給終了時期を適時に保つことができる。制御装置は、逆止弁の閉弁時期のフィードバック制御の実行に際して副室燃料供給弁の動作指令値を補正するところ、この動作指令値は燃料供給制御において従前利用されているものであるので、前述の作用をもたらす制御を容易に実現できる。なお、閉弁期間を開弁時期と共にフィードバック制御した場合、開弁期間も当初の想定どおりに維持することができる。それにより副室への燃料供給量及び燃料供給期間を適切に保つことができる。
 前記逆止弁は、前記副室に開口する燃料口を閉鎖する閉鎖位置と前記閉鎖位置から離れた全開位置との間で移動するのを許容された弁体を有し、前記弁体が前記閉鎖位置から前記全開位置に向けて移動することで前記燃料口が開放されて前記逆止弁が開弁し、前記弁状態検出装置は、前記弁体の移動量を検出可能であり、前記制御装置は、前記弁状態検出装置及び前記回転角度検出装置からの信号に基づいて、前期回転角度と対応付けた前記弁体の移動量に関する移動量推移の実積分値を計測し、当該計測された実積分値と前記移動量推移の目標積分値との比較結果に基づいて前記逆止弁が正常であるか否かを判断してもよい。
 ここで、制御装置が逆止弁の開弁時期や閉弁時期を当初の想定から外れないようフィードバック制御を実行することに照らせば、逆止弁の移動量が行き過ぎであるか逆止弁の移動量が足りない場合に、目標積分値と実積分値との偏差が大きくなる。このように逆止弁の移動量が過大又は過小であれば、逆止弁を通過する燃料量又は燃料圧が当初の想定と比べて過大又は過小となり、副室内の燃焼状態を正常に保つことが困難となる。前記構成によれば、このような状況を把握し、逆止弁が正常であるか否かを判断することができる。
 以上の説明から明らかなように、本発明によれば、ガス燃料をより適時に副室に供給可能な副室式ガスエンジンの燃料供給制御装置を提供することができる。
実施形態に係るガスエンジンの全体構成を示す概念図である。 図1に示すガスエンジンに適用される燃料供給制御装置の概要構成を気筒の周辺構成と共に示した概念図である。 図2に示す逆止弁及び弁状態検出装置の構成の一例を示す概念図である。 図2に示す燃料供給制御装置の構成を示すブロック図である。 図4に示す制御装置により実行される燃料供給制御の手順を示すフローチャートである。 図3に示す逆止弁の実動作状態の一例と目標動作状態の一例とを概念的に示すグラフである。 図7(a)が目標動作状態の設定に用いる運転領域の一例を概念的に示すグラフ、図7(b)が目標動作状態の設定の一例を示すグラフ、図7(c)が目標動作状態の設定の他例を示すグラフである。 図8(a)は、実開弁時期が目標開弁時期に対して遅角、実閉弁時期が目標閉弁時期に対して進角している場合の一例を示すグラフ、図8(b)は、実開弁時期が目標開弁時期に対して進角、実閉弁時期が目標閉弁時期に対して遅角している場合の一例を示すグラフ、図8(c)は、実動作状態が目標動作状態に略適合する場合の一例を示すグラフである。 図3に示す逆止弁の動作量推移の実積分値の一例と目標積分値の一例とを概念的に示すグラフである。
 以下、実施形態について図面を参照しながら説明する。同一の又は対応する要素には全ての図を通じて同一の符号を付して重複する詳細な説明を省略する。
 [ガスエンジンの全体構成]
 図1は、実施形態に係るガスエンジン1の全体構成を示す概念図である。図1に示すガスエンジン1は、ガス燃料及び給気の混合気を燃焼して出力軸2で回転出力を発生する。出力軸2は、交流発電機及び舶用推進器等の負荷3に接続され、本実施形態に係るガスエンジン1は、発電機の駆動源及び舶用主機等として好適に利用される。
 ガスエンジン1は、副室式、レシプロ式、4ストローク式のエンジンであり、エンジン本体内に複数の気筒4を有している。気筒4の配列方式は、図示の便宜のため例示した並列型に限らず、V型でもよい。ガスエンジン1には、給気通路5及び排気通路6が設けられている。給気通路5は、過給機からの給気を各気筒4に供給するための通路であり、気筒4に個別対応する複数の給気ポート7を含む。排気通路6は、各気筒4からの排気を過給機に供給し且つ/又は外気に排出するための通路であり、気筒4に個別対応する複数の排気ポート9を含む。
 ガスエンジン1には、燃料供給源からのガス燃料を各気筒4に供給するため燃料ライン11が設けられている。燃料ライン11は、燃料供給源から延びる共通ライン12と、気筒4に個別対応する複数の分岐ライン13とを含み、各分岐ライン13は、主燃料ライン13aと副室燃料ライン13bとを含む。主燃料ライン13aは、燃料供給源からのガス燃料を対応する気筒4の給気ポート7へと導く系統であり、例えば共通ライン12を当該給気ポート7に接続している。副室燃料ライン13bは、燃料供給源からのガス燃料を対応する気筒4の副室24(図2参照)へと導く系統であり、例えば共通ライン12を当該副室24に接続している。
 気筒4に個別対応して、主燃料供給弁16、副室燃料供給弁18、逆止弁19及び点火器20が設けられている。主燃料供給弁16は、対応する主燃料ライン13a上に配置される。副室燃料供給弁18及び逆止弁19は、対応する副室燃料ライン13b上に配置される。点火器20は、対応する副室24(図2参照)内の混合気を点火する。
 図2は、図1に示すガスエンジン1に適用される燃料供給制御装置100の概要構成を気筒4の周辺構成と共に示した概念図である。先ず、図2を参照して気筒4の周辺構成について説明する。図2は1つの気筒4のみ図示しているが、他の気筒も同様である。図2に示すように、気筒4内にはピストン21が往復動可能に挿入される。ピストン21はコネクティングロッド22を介して出力軸2に連結される。気筒4のうちピストン21の上面側の空間は主燃焼室23を成す。主燃焼室23は、隔壁25を介して副室24と区画される一方、隔壁25に形成された連通孔26を介して副室24と連通する。給気ポート7及び排気ポート9は主燃焼室23の天井部位に開口している。給気弁27は給気ポート7を開閉し、排気弁28は排気ポート9を開閉する。
 隔壁25は、その上部で開放された椀状に形成され、副室24はその内側に形成される。隔壁25は、その下部で主燃焼室23の天井部位を部分的に構成し、連通孔26は当該下部を貫通している。隔壁25は取付具29で上から覆われ、取付具29は、その下部で副室24の天井部位を部分的に構成する。取付具29は、点火器20を収納する点火器孔30と、副室燃料ライン13bの下流端部を構成する燃料通路31とを有する。点火器孔30は取付具29の下部で開口している。図2では、点火器20として、火花を発生する電極が点火器孔30の開口より副室24内へと突出するよう点火器孔30内で位置決めされた点火プラグを例示しているが、点火器20はパイロット燃料噴射弁でもよい。
 給気行程では、給気弁27及び主燃料供給弁16が開弁する。燃料供給源からのガス燃料は、主燃料供給弁16を通過し、主燃料ライン13aの下流端に配置された燃料ノズル17より給気ポート7内に噴射され、給気と共に主燃焼室23内へと供給される。圧縮行程では、混合気が主燃焼室23内で圧縮され、圧縮された混合気が連通孔26を介して副室24内にも供給される。点火器20は圧縮行程が終了する時期近傍で作動し、副室24内の混合気を燃焼させる。副室24内で生じた火炎は連通孔26を介して主燃焼室23内へと伝播し、それにより主燃焼室23内の混合気も燃焼する。膨張行程後の排気行程では、排気弁28が排気ポート9を開き、主燃焼室23内及び副室24内の燃焼ガスが排気通路6へと排出される。
 燃料通路31は、取付具29の下部に形成されて副室24の天井部位に開口する燃料口32を有し、副室燃料ライン13bは、当該燃料口32を介して副室24と連通する。逆止弁19は、副室燃料ライン13b上であって副室燃料供給弁18と副室24との間に介装される。逆止弁19は、副室燃料供給弁18(ひいては燃料供給源)から副室24内へと向かうガス燃料の流れを許容する一方、副室24から副室燃料供給弁18に向かう逆流を阻止する。本実施形態では、逆止弁19は、取付具29に装着されて燃料通路31内に収容され、燃料通路31又は燃料口32を開閉する。逆止弁19は、通常は燃料口32を閉鎖した閉弁状態で前記逆流を阻止し、燃料口32を開放した開弁状態で前記流れを許容する。
 副室燃料供給弁18は、給気行程中の適時に開弁して圧縮行程中又は排気行程中の適時に閉弁する。副室燃料供給弁18は、電磁弁であり、詳細には、常閉弁であり、また、開閉弁である。なお、図2では、副室燃料供給弁18を取付具29の外に配置した場合を例示しているが、副室燃料供給弁18は取付具29上又はその内に配置されてもよい。ガスエンジン1には、電磁式の副室燃料供給弁18を制御する制御装置60が設けられる。制御装置60は、副室燃料供給弁18の動作指令値(開弁時期、閉弁時期及び開弁期間)を決め、その動作指令値に従って副室燃料供給弁18を駆動する。
 副室燃料供給弁18の開弁期間中、燃料供給源からのガス燃料は、副室燃料供給弁18を通過し、燃料通路31内へと供給される。逆止弁19は副室燃料供給弁18の開弁に応答するように開弁し、それによりガス燃料が逆止弁19を通過し、燃料口32を介して副室24内へと供給される。副室燃料供給弁18が閉弁すると、逆止弁19もこれに応答するように閉弁し、ガス燃料の副室24への供給が止まる。逆止弁19は、副室燃料供給弁18の閉弁期間中である膨張行程及び排気行程で、燃焼ガスが副室24から副室燃料ライン13bに沿って逆流するのを阻止し、それにより電磁式である副室燃料供給弁18を燃焼ガスから保護する。
 副室24内の混合気は、主燃焼室23から供給された混合気に副室燃料ライン13bに導かれたガス燃料を混合したものとなり、主燃焼室23内の混合気よりもリッチに調製される。副室燃料供給弁18の開弁期間は、副室24内で生成される混合気の空気過剰率が所要値となるために必要な燃料量を燃料口32から副室24内へと供給できるように、エンジン運転状態に応じて決められる。燃料圧は共通ライン12上で概して一定に調整されているため、開弁期間の調整を通じて副室燃料供給弁18を通過する燃料量を調整可能である。副室燃料供給弁18の開弁時期及び閉弁時期は、副室24の内圧が圧縮行程の進行のため上昇途上にあっても当該内圧に対抗して上記必要な燃料量を燃料口32から副室24内へと適切に供給できるように、また、燃料口32から供給されたガス燃料を点火時期までに副室24内に満遍無く行き渡らせて燃料濃度分布を副室24内で均一化できるように、エンジン運転状態に応じて決められる。
 このように決められた動作指令値(開弁時期、閉弁時期及び開弁期間)に従って副室燃料供給弁18が動作することで、エンジン運転状態に応じてガス燃料を副室24内に適時適量供給し、副室24内の混合気の空気過剰率及び燃料濃度分布を目標どおりに制御することが図られる。これにより、副室24内の燃焼状態を正常に保ち、ひいては主燃焼室23に火炎を適切に伝播させて主燃焼室23内の燃焼状態を正常に保ち、気筒4内の燃焼効率を高め、排ガス中成分を改善することが図られる。
 副室燃料供給弁18を通過したガス燃料は、逆止弁19を通過しなければ副室24内に到達し得ないので、上記制御目的の達成には、副室燃料供給弁18の開閉に対する逆止弁19の応答性が想定どおりであることを要求される。そこでこのガスエンジン1には、逆止弁19の動作を当初の想定どおりに維持するための制御を実行する燃料供給制御装置100が適用されている。この燃料供給制御装置100によれば、逆止弁19に劣化や噛込みや個体差が生じても、また、逆止弁19がアクティブに開閉制御できない動弁方式(例えば、バネ式及び磁石式)を採用していても、逆止弁19の動作を安定化させ続けることができる。
 [燃料供給制御装置]
 燃料供給制御装置100は、前述の副室燃料供給弁18、逆止弁19及び制御装置60の他、弁状態検出装置51及び回転角度検出装置56を備える。副室燃料供給弁18、逆止弁19及び弁状態検出装置51は気筒4毎に設けられる(図1参照)。回転角度検出装置56及び制御装置60は単一であり複数の気筒4に共通している。回転角度検出装置56は、出力軸(クランクシャフト)2の回転角度又は図示しないカムシャフトの回転角度の少なくとも一方の回転角度を検出する。制御装置60は、例えばCPU、ROM、RAM及び入出力インターフェイスを主体に構成される。制御装置60の出力側は、複数の気筒4それぞれに設けられた複数の副室燃料供給弁18に接続されている。制御装置60は、副室燃料供給弁18毎にその動作指令値を決める。制御装置60の出力側は、主燃料供給弁16及び点火器20に接続されていてもよい。
 制御装置60の入力側は、複数の弁状態検出装置51及び単一の回転角度検出装置56に接続されている。各弁状態検出装置51は、対応する逆止弁19の動作状態を検出する。動作状態には、逆止弁19が開弁状態であるか否かが含まれる。また、後述のように逆止弁19がリフト逆止弁であれば、動作状態には逆止弁19のリフト量が含まれてもよい。そして制御装置60が、リフト量を参照して開弁状態であるか否かを計測してもよい。
 図3は、図2に示す逆止弁19及び弁状態検出装置51の構成の一例を示す概念図である。図3に示すように、逆止弁19は、副室24に開口する燃料口32を閉鎖する閉鎖位置と当該閉鎖位置から離れた全開位置との間で移動するのを許容された弁体41を有する。弁体41が閉鎖位置から全開位置に向けて移動することで燃料口32が開放される。
 本実施形態では、逆止弁19が、燃料圧の作用で弁体41を移動させるという動弁方式を採用したリフト逆止弁で構成され、ポペット式である。具体的には、弁棒42が、燃料口32内に移動可能に燃料通路31内に収容され、その移動方向開き側(図4紙面の下側)の端部42aで、低背円錐形状又は茸状の弁体41の頂部41aに連結される。副室燃料供給弁18が閉弁すると、燃料通路31への燃料供給が止まり、弁体41及び弁棒42が付勢部材43の付勢力で移動方向閉じ側(図4紙面の上側)に付勢され、弁体41のフェース部41bが燃料口32周囲の弁座32aに副室24内から着座し、弁体41及び弁棒42が閉鎖位置で停止し、燃料口32が閉鎖され、逆止弁19が閉弁状態になる。副室燃料供給弁18が開弁すると、弁体41のフェース部41bのうち燃料通路31内に臨んだ面が燃料圧を受圧し、弁体41及び弁棒42が付勢力に抗して閉鎖位置から移動方向開き側に移動することができる。これにより弁体41が弁座32aから離間し、燃料口32が開放され、逆止弁19が開弁状態になる。全開位置は、閉鎖位置から移動方向開き側に最大リフト量LMだけ離れている。弁体41及び弁棒42は、その移動方向(すなわち、弁棒42の軸線方向、燃料口32の法線方向且つ弁座32aから直角方向)開き側に、閉鎖位置から全開位置まで移動するのを許容される。
 図3では、付勢部材43として、弾発力を前述の付勢力として発揮するバネを例示しているが、付勢部材43は、磁着力を前述の付勢力として発揮する磁石でもよい(すなわち、動弁方式はバネ式に限られず磁石式でもよい)。図3では、バネとして、弁棒42の外周側に配置されて燃料通路31内で弁棒42の移動方向に変形するコイル式を例示しているが、バネの配置及び形状は適宜変更可能である。逆止弁41はポペット式に限られず、ニードル式やボール式など、他形式に適宜変更可能である。
 本実施形態では、弁状態検出装置51がギャップセンサで構成される。ギャップセンサは、弁棒42の移動方向閉じ側(図4紙面の上側)の端部42bから該閉じ側に離れて配置されるように取付具29に装着され、自身と弁棒42(特に、弁棒42の閉じ側端部42b)との間のギャップGを検出する。ギャップセンサの検出方式は特に限定されず、例えば渦電流式や静電容量式や超音波式等を採用可能である。ギャップGは弁体41及び弁棒42のリフト量Lに応じて変わる。ギャップセンサが本構成において検出可能なギャップ範囲のうち最小値Gmを検出するとき、弁体41及び弁棒42のリフト量Lはゼロであり、弁体41及び弁棒42は閉鎖位置にある。ギャップセンサが前記ギャップ範囲のうち最大値GMを検出するとき、弁体41及び弁棒42のリフト量Lは前述の最大リフト量LMであり、弁体41及び弁棒42は全開位置にある。このようにギャップセンサは、実質的にリフト量Lを検出するリフト量センサとして機能する。
 図4は、図2に示す燃料供給制御装置100の構成を示すブロック図である。回転角度検出装置56は、給気、圧縮、膨張及び排気の4行程で構成される1エンジンサイクル内での回転角度を検出する。「回転角度」は、1エンジンサイクル(すなわち、ピストン21が2往復して出力軸2が2回転する期間)内でのピストン21の位置及びクランク角(出力軸2の回転角)に相当する。なお、図2では、回転角度検出装置56として、出力軸2付近に配置されてクランク角を検出するクランク角センサを例示しているが、給排気弁27,28の駆動用カムシャフトのように出力軸2と連動する回転部材の回転角を検出してもよい。
 制御装置60は、回転角度検出装置56からの信号に基づいてエンジン回転数(出力軸2の角速度)を計測することができる。よって、回転角度検出装置56は、エンジン運転状態の一例としてのエンジン回転数を検出する回転数検出装置としての機能を有し、エンジン運転状態を検出する運転状態検出装置55の一例でもある。
 制御装置60の入力側は、エンジン運転状態を検出する運転状態検出装置55とも接続されている。運転状態検出装置55には、ガスエンジン1の負荷又は制御装置60が負荷の推定演算を実行するために必要なパラメータを検出する負荷検出装置や、冷却水温を検出する水温検出装置や、排気温を検出する排気温検出装置や、過給圧を検出する過給圧検出装置や、ガス燃料の性状(例えば、元圧又はメタン価)又は制御装置60が燃料性状の推定演算を実行するために必要なパラメータを検出する燃料性状検出装置が含まれてもよい。すなわち、エンジン運転状態に、エンジン回転数、負荷、冷却水温、排気温、過給圧及び燃料性状が含まれてもよい。
 制御装置60は、弁状態検出装置51、回転角度検出装置56及び運転状態検出装置55による検出値を微小な所定制御周期(例えば、5msec)おきに逐次入力する。制御装置60は、弁状態検出装置51及び回転角度検出装置56からの信号に基づいて逆止弁19の動作状態を回転角度と対応付けて実動作状態を計測し、当該計測された実動作状態を目標動作状態に近付けるように副室燃料供給弁18の動作指令値を補正し、当該動作指令値に従って副室燃料供給弁18を駆動する。言い換えれば、制御装置60は、逆止弁19の動作状態について回転角度と関連付けしてフィードバック制御を実行するにあたり、副室燃料供給弁18を操作する。また、制御装置60は、運転状態検出装置55からの信号に基づいて、副室燃料供給弁18の補正前の動作指令値と、逆止弁19の目標動作状態とを設定する。
 制御装置60は、かかる制御を実行するための機能ブロックとして、指令値設定部61、計測部62、目標状態設定部63、目標状態記憶部64、比較部65、指令値決定部66及び駆動部67を有する。指令値設定部61、計測部62、目標状態設定部63、比較部65及び指令値決定部66は、制御装置60のソフトウェア要素(例えば、ROMに予め記憶されたプログラム)で実現される。目標状態記憶部64は、制御装置60のハードウェア要素(例えば、ROM)で実現され、駆動部67は、制御装置60の又はその出力側に接続されるハードウェア要素(例えば、副室燃料供給弁18のためのドライバ)で実現される。
 図5は、図4に示す制御装置60により実行される燃料供給制御の手順を示すフローチャートである。以下、図5に示す手順に沿って図4に示すブロック61~67の動作又は作用について説明し、ガスエンジン1及び燃料供給制御装置100の構成要素には図1~図4に付された参照符号を適宜付す。図5に示す一連の処理は、1エンジンサイクル毎に実行される。所定複数のエンジンサイクルが経過するたび1回ずつ実行されてもよいし、所定実時間が経時するたび1回ずつ実行されてもよい。
 図5に示すように、先ず、指令値設定部61が、運転状態検出装置55からの信号に応じて副室燃料供給弁18の動作指令値を設定する(ステップS11)。目標状態設定部63が、運転状態検出装置55からの信号に基づいて逆止弁19の目標動作状態を設定する(ステップS12)。計測部62が、弁状態検出装置51及び回転角度検出装置56からの信号に基づいて逆止弁19の動作状態を回転角度と対応付けて計測し、逆止弁19の実動作状態を得る(ステップS13)。ステップS11~S13の順序は、適宜変更可能である。
 (補正前動作指令値の設定)
 ステップS11において、動作指令値は、副室燃料供給弁18の開弁時期、閉弁時期及び開弁期間を含むが、これら3つのうち2つを設定すると残り1つが自ずと決まる。このため、指令値設定部61は、少なくとも2つの動作指令値を設定すればよい。ここでは説明の便宜上、動作指令値として開弁時期及び閉弁時期を設定するものとする。
 動作指令値は、前述のとおりガス燃料を副室24に適時適量供給し、副室24内で生成される混合気の空気過剰率を目標値とし且つ燃料濃度分布を副室24内で均一化すべく、エンジン運転状態に応じて決められる。図示省略するが、制御装置60はエンジン運転状態に応じた動作指令値の対応関係(例えば、マップ又は演算式)を予め記憶しており、指令値設定部61は当該対応関係に従って動作指令値を決める。
 (実動作状態の計測)
 図6は、図3に示す逆止弁19の実動作状態の一例と目標動作状態の一例とを概念的に示すグラフである。図6では、回転角度が進行していくにつれてどのようにして逆止弁19のリフト量Lが推移するのかを示す移動量推移が、横軸に回転角度をとり縦軸にリフト量Lをとった二次元直交座標系で、直線及び/又は曲線として表されている。二点鎖線は、弁状態検出装置51の一例であるギャップセンサで検出されたリフト量を回転角度検出装置56の一例であるクランク角センサで検出されるクランク角と対応付けて計測することによって得られた実移動量推移Crの一例を表している。実線は、制御装置60が予め記憶し又はエンジン運転状態に応じて設定する目標移動量推移Ciの一例を表している。以降の説明では、上記直交座標系で表される直線及び/又は曲線を「リフトカーブ」と称する場合もある。
 ステップS13において、計測部62は、回転角度と対応付けた逆止弁19の実動作状態として、逆止弁19が閉弁状態から開弁状態に切り換わる実時期(回転角度)である実開弁時期Tr1と、逆止弁19が開弁状態から閉弁状態に切り換わる実時期(回転角度)である実閉弁時期Tr2とを計測する。後に詳述するが、計測部62は、実移動量推移Crを表す実リフトカーブの実積分値Sr(図9参照)も計測する。
 弁状態検出装置51がリフト量Lを検出する構成となっているので、制御装置60は、実移動量推移Crの実積分値Srを計測することができる。逆に、弁状態検出装置51は開弁状態であるか否かを直接的に検出する構成とはなっていないが、制御装置60は、回転角度と対応付けられたリフト量Lを開弁判定のための閾値L1と閉弁判定のための閾値L2とそれぞれ比較することで、状態切換え時期(実開弁時期Tr1及び実閉弁時期Tr2)を計測することができる。図6では、説明の便宜のため、2つの閾値L1,L2として、互いに異なるゼロよりも大きい一定値を例示しているが、閾値L1,L2は、一定値としてのゼロに設定されてもよく(図8参照)、互いに同じ値に設定されてもよく(図8参照)、エンジン運転状態に応じて可変的に設定されてもよい(図示省略)。
 計測部62は、増加傾向にあるリフト量Lが開弁閾値L1と等しく又はこれを上回った時期(回転角度)を実開弁時期Tr1として計測する。また、計測部62は、減少傾向にあるリフト量Lが閉弁閾値L2と等しく又はこれを下回った時期(回転角度)を実閉弁時期Tr2として計測する。例えば開弁閾値L1が一定値としてのゼロである場合(図8参照)、計測部62は、リフト量Lがゼロから増加に転じてゼロを上回った時期Trs(すなわち、弁体41及び弁棒42が閉鎖位置から開き側に移動開始した時期)を実開弁時期Tr1として計測する。例えば閉弁閾値L2が一定値としてのゼロである場合(図8参照)、計測部62は、リフト量Lが正からゼロに等しくなった時期Tre(すなわち、閉じ側に移動している弁体41及び弁棒42が閉鎖位置で停止した時期)を実閉弁時期Tr2として計測する。
 (目標動作状態の設定)
 ステップS12において、目標状態設定部63は、目標動作状態を設定し、例えば目標動作状態には、目標開弁時期Ti1、目標閉弁時期Ti2及び目標積分値Si(図9参照)が含まれる。
 目標開弁時期Ti1は、リフト量Lが実開弁時期Tr1の計測に用いる条件と同一の条件を充足するべき目標時期である。例えば開弁閾値L1がゼロであれば、目標開弁時期Ti1は、リフト量Lがゼロから増加に転じてゼロを上回るべき目標時期Tisである(図8参照)。目標閉弁時期Ti2は、リフト量Lが実閉弁時期Tr2の計測に用いる条件と同一の条件を充足すべき目標時期である。例えば閉弁閾値L2がゼロであれば、目標閉弁時期Ti2は、リフト量Lが正からゼロに等しくなるべき目標時期Tieである(図8参照)。
 図6に示す目標移動量推移Ciの一例によれば、リフト量Lは、目標開弁時期Ti1からの微小な期間内で開弁閾値L1から最大リフト量LMまで増加し、或る期間最大リフト量LMを維持し、副室燃料供給弁18の閉弁後これに応答するようにして目標閉弁時期Ti2までの微小な期間内で最大リフト量LMから閉弁閾値L2まで減少する。図6では、最大リフト量LMへの増加傾向及び最大リフト量からの減少傾向として、線形を例示しているが、これらの傾向は非線形に変更可能である。
 指令値設定部61は副室燃料供給弁18の動作指令値をエンジン運転状態に応じて設定するところ、この副室燃料供給弁18の動作に逆止弁19の動作を適切に応答させるため、目標状態設定部63は、目標開弁時期Ti1及び目標閉弁時期Ti2をエンジン運転状態に応じて設定する。すなわち、目標移動量推移Ciの始期Tis及び終期Tieが、エンジン運転状態(ひいては副室燃料供給弁18の開弁時期、閉弁時期及び開弁期間)に応じて変更される。
 例えば、目標開弁時期Ti1は、エンジン運転状態に応じて決まる副室燃料供給弁18の開弁時期に、必要とされる応答性を加味した時期であり、副室燃料供給弁18の開弁時期と同時又はその直後の適時となるよう、エンジン運転状態に応じて設定される。目標閉弁時期Ti2も同様であり、副室燃料供給弁18の閉弁時期と同時又はその直後の適時となるよう、エンジン運転状態に応じて設定される。
 図7(a)は、目標動作状態の設定に用いる運転領域の一例を概念的に示すグラフ、図7(b)は、目標動作状態の設定の一例を示すグラフ、図7(c)は、目標動作状態の設定の他例を示すグラフである。目標状態設定部63は、運転状態検出装置55からの信号に基づいてエンジンの運転領域を特定する。図7(a)に例示するように、運転領域は、エンジン回転数の領域a~cと負荷の領域I~IVとの組合せ(例えばI-a, II-bなど)で構成されてもよい。他のエンジン運転状態が用いられてもよい。
 図7(b)に示すように、目標状態記憶部64は、複数の運転領域それぞれに対応した複数の目標移動量推移Ciを予め記憶していてもよい。この場合、目標状態設定部63は、特定された運転領域に応じて、複数の目標移動量推移Ciから1つの目標移動量推移Ciを選択設定する。図7(c)に示すように、目標状態記憶部64は、単一の目標移動量推移Ciを記憶していてもよい。この場合、目標状態設定部63は、特定された運転領域に応じて目標移動量推移Ciを補正し、それによりエンジン運転領域に応じた目標移動量推移Ciを設定する。例えば、運転領域が高負荷域又は高回転域であると、必要な燃料量が比較的多くなるので、目標開弁期間は比較的長くなるように設定される。
 なお、目標移動量推移Ci(目標リフトカーブ)は、説明の便宜のため図示されている。目標移動量推移Ciが実移動量推移Crと直接的に比較されない限りにおいては、目標状態記憶部64は、目標移動量推移Ciそのものを記憶していなくてもよい。本実施形態のように目標移動量推移Ciを表す目標リフトカーブの目標積分値Ciが実測値と比較対象となる場合であっても、目標積分値Ciは目標リフトカーブが定めれば事前に取得可能な値であるので、その目標積分値Ciを記憶しておけばよい。
 (動作指令値の補正)
 図5に戻り、ステップS11~S13の後、比較部65は、計測部62で計測された実動作状態を目標状態設定部63で設定された目標動作状態と比較し、比較結果に基づいて副燃料噴射弁18の開弁時期及び閉弁時期を補正する。
 比較部65は、実開弁時期Tr1の目標開弁時期Ti1に対する偏差が許容範囲ΔTp1(図8参照)内にあるか否かを判定し(ステップS21)、偏差が許容範囲ΔTp1内になければ(S21:NO)、実開弁時期Tr1が目標開弁時期Ti1に対して進角しているのか否かを判定する(ステップS22)。この許容範囲ΔTp1はゼロを含む概念であり、ステップS21において、実開弁時期Tr1が目標開弁時期Ti1と一致しているか否かを判定してもよい。後述のステップS31でも同様である。
 実開弁時期Tr1が目標開弁時期Ti1に対して許容範囲ΔTp1を超えて進角している場合(S22:YES)、指令値決定部66が、指令値設定部61で設定された副室燃料供給弁18の開弁時期を遅角補正する(ステップS23)。実開弁時期Tr1が目標開弁時期Ti1に対して許容範囲ΔTp1を超えて遅角している場合(S22:NO)、指令値決定部66が、指令値設定部61で設定された副室燃料供給弁18の開弁時期を進角補正する(ステップS24)。進角及び遅角補正量は、偏差に関わらず予め定められた一定値であってもよく、偏差に応じて比例的に設定されてもよく、比例的に設定する場合には補正量上限を定めてもよい。後述のステップS33,S34でも同様である。
 開弁時期の補正後はステップS31に進む。また、実開弁時期Tr1が目標開弁時期Ti1に対して許容範囲ΔTp1内にあれば(S21:YES)、指令値決定部66は、指令値設定部61で設定された開弁時期を補正せず、ステップS31に進む。
 比較部65は、実閉弁時期Tr2の目標閉弁時期Ti2に対する偏差が許容範囲ΔTp2(図8参照)内にあるか否かを判定し(ステップS31)、偏差が許容範囲内になければ(S31:NO)、実閉弁時期Tr2が目標閉弁時期Ti2に対して進角しているのか否かを判定する(ステップS32)。
 実閉弁時期Tr2が目標閉弁時期Ti2に対して許容範囲ΔTp2を超えて進角している場合(S32:YES)、指令値決定部66が、指令値設定部61で設定された副室燃料供給弁18の閉弁時期を遅角補正する(ステップS33)。実閉弁時期Tr2が目標閉弁時期Ti2に対して許容範囲ΔTp2を超えて遅角している場合(S32:NO)、指令値決定部66が、指令値設定部61で設定された副室燃料供給弁18の閉弁時期を進角補正する(ステップS34)。
 閉弁時期の補正後はステップS41に進む。また、実閉弁時期Tr2が目標閉弁時期Ti2に対して許容範囲ΔTp2内にあれば(S31:YES)、指令値決定部66は指令値設定部61で設定された閉弁時期を補正せず、ステップS41に進む。
 駆動部67は、指令値決定部66で決められた開弁時期で副室燃料供給弁18が開弁するように、指令値決定部66で決められた閉弁時期で副室燃料供給弁18が閉弁するように、副室燃料供給弁18を駆動する。なお、開弁時期の補正に関連するステップS21~24は、閉弁時期の補正に関連するステップS31~S34の後に実行されてもよい。
 図8(a)は、実開弁時期Tr1が目標開弁時期Ti1に対して遅角し且つ実閉弁時期Tr2が目標閉弁時期Ti2に対して進角している場合の一例を示すグラフ、図8(b)は、実開弁時期Tr1が目標開弁時期Ti1に対して進角し且つ実閉弁時期Tr2が目標閉弁時期Ti2に対して遅角している場合の一例を示すグラフ、図8(c)は、実動作状態が目標動作状態に略適合する場合の一例を示すグラフである。
 図8(a)に示すように、実開弁時期Tr1が目標開弁時期Ti1に対して遅角している場合には、逆止弁19の応答性が何らかの理由で当初の想定から悪くなり過ぎているものと考えられる。上記制御によれば、このような状況下で副室燃料供給弁18の開弁時期が進角補正されるので(図5のステップS22,S24参照)、逆止弁19の応答性の変化が相殺され、逆止弁19の実開弁時期Tr1が進角するように修正される。これにより逆止弁19の実開弁時期Tr1を目標開弁時期Ti1に近付けることができる(図8(c)参照)。実閉弁時期Tr2が目標閉弁時期Ti2に対して遅角している場合も、同様である(図5のステップS32,S34、図8(b)及び(c)参照)。
 図8(b)に示すように、実開弁時期Tr1が目標開弁時期Ti1に対して進角している場合には、逆止弁19の応答性が何らかの理由で当初の想定から良くなり過ぎているものと考えられる。上記制御によれば、このような状況下で副室燃料供給弁18の開弁時期が遅角補正されるので(図5のステップS22,S23参照)、逆止弁19の応答性の変化が相殺され、逆止弁19の実開弁時期Tr1が遅角するように修正される。これによりお逆止弁19の実開弁時期Tr1を目標開弁時期Ti1に近付けることができる(図8(c)参照)。実閉弁時期Tr2が目標閉弁時期Ti2に対して進角している場合も、同様である(図5のステップS32,S33、図8(a)及び(c)参照)。
 上記のように本実施形態に係る燃料供給制御装置100では、逆止弁19の実開弁時期Tr1及び実閉弁時期Tr2のフィードバック制御が実行され、当該フィードバック制御において副室燃料供給弁18が操作される。エンジンサイクルの経過に伴ってこのフィードバック制御は何度も繰り返される。逆止弁19の経年劣化や異物噛込みが生じても、また、逆止弁19がその開閉をアクティブに制御することができない動弁方式を採用していても、これに対応して逆止弁19の実開弁時期Tr1及び実閉弁時期Tr2を目標開弁時期Ti1及び目標閉弁時期Ti2それぞれに収束させることができ、副室24内にガス燃料を適時適量供給し続けることができる。したがって、副室24への実際の燃料供給開始時期、燃料供給終了時期を適切に制御できるため、副室24の燃焼状態を正常に維持し、ひいては主燃焼室23の燃焼効率や排ガス成分を改善することができる。
 また、現在稼働中の副室式ガスエンジンに関しても、エンジン本体(例えばシリンダヘッド周り)の大幅な形状変更を伴わずに(すなわち、弁状態検出装置51を逆止弁19付近に取り付け、計測部62、目標状態設定部63、比較部65及び設定値決定部66を実現するソフトウェア要素を制御装置60に追加すれば)、かかる作用をもたらす燃料供給制御装置100を製作することができる。本実施形態は、このように容易にレトロフィット可能である点に照らしても有益である。
 また、本実施形態に係る燃料供給制御装置100では、気筒4に個別対応する複数の副室燃料供給弁18それぞれに動作指令値を求め、各副室燃料供給弁18を互いに独立して駆動制御する。このため、副室燃料供給弁18に対する逆止弁19の応答性に気筒4間で個体差があっても、副室燃料供給弁18の開弁時期及び閉弁時期の補正によって当該個体差を相殺することができる。したがって、全ての気筒4においてガス燃料を副室24内に適時適量供給することができ、気筒4の負荷分担を均一化することができる。
 (積分値の比較)
 図5に戻り、動作指令値の補正要否判定のため及び補正要の場合における補正量決定のためのステップS21~S24,S31~S34の後、計測部62が、逆止弁19の移動量推移の実積分値Sr(図9参照)を計測し、目標状態設定部63が、逆止弁19の移動量推移の目標積分値Si(図9参照)を設定する(ステップS41)。次に、比較部65が、実積分値Srを目標積分値Siと比較し、実積分値Srの目標積分値Siに対する比率又は偏差が許容範囲内にあるか否かを判定する(ステップS42)。例えば比較部65は、実積分値Srが目標積分値Siの所定割合α以上であるか否か(Sr≧Si×α,α<100%)を判定する。比率又は偏差が許容範囲内にあれば(S42:YES)、一連の処理を終了し、再びステップS11に戻って次回の処理が再開する。比率又は偏差が許容範囲内になければ(S42:NO)、制御装置60は異常信号を出力する(ステップS43)。
 図9は、図3に示す逆止弁19の動作量推移の実積分値Srの一例と、目標積分値Siの一例とを概念的に示すグラフである。図9では、図6と同様、実移動量推移Cr及び目標移動量推移Ciの一例が、横軸に回転角度をとり縦軸にリフト量Lをとった二次元直交座標系でリフトカーブとして表されている。
 実積分値Srは、実移動量推移Crを表す実リフトカーブの時間積分値である(図9の右下向きハッチ域を参照)。リフト量Lは微小な所定制御周期ΔT(例えば5msec)おきに制御装置60に逐次入力されることに照らして、計測部62は、リフト量Lがゼロから増加に転じた時期Trsからリフト量Lがゼロに戻った時期Treまでの期間Dr内に逐次入力されたリフト量Lを総積算することで求められてもよい。また、実積分値Srは、実リフトカーブを表す関数を同期間Dr内で積分することで求めてもよい。なお、開弁閾値L1がゼロであれば、実開弁時期Tr1が前記時期Trsと等しくなって積分区間の区間下端となる。閉弁閾値L2がゼロであれば、実閉弁時期Tr2が前記時期Treと等しくなって積分区間の区間上端となる。本実施形態では、弁状態検出装置51にリフト量Lを検出するギャップセンサを採用しているので、計測部62が実積分値Srを測定することができる。
 このように計測部62が実積分値Srを計測するので、制御装置60(例えば、目標状態記憶部64)は、移動量推移の目標積分値Siを予め記憶している。目標積分値Siは、目標移動量推移Ciを表す目標リフトカーブの時間積分値であり(図9の左下向きハッチ域を参照)、目標移動量推移Ciを定めれば取得可能な値である。
 このようにして得られる積分値Sr,Siは、逆止弁19を通過して副室24に供給されるガス燃料量と正の相関を有している。一方、前述のとおり、逆止弁19の実開弁時期Tr1及び実閉弁時期Tr2は目標開弁時期Ti1及び目標閉弁時期Ti2それぞれに近付くように制御されている。このため、実積分値Srが目標積分値Siに対して顕著に小さい値であるときには、弁体41が正常に移動し得なかったり、燃料元圧が低下していたり、副室燃料ライン13bのうち副室燃料供給弁18と逆止弁19との間で燃料が漏れていたりする等、副室燃料供給弁18の動作指令値を補正するだけでは対処しきれない何らかの異常が発生している状況下にあると推定できる。このような状況下にあれば、副室24内の燃焼状態を正常に維持してガスエンジン1を稼働し続けることは困難である。本実施形態では実積分値Srの目標積分値Siに対する比率又は偏差が許容範囲内になければ、異常信号が出力される。つまり、制御装置60は、弁状態検出装置51及び回転角度検出装置56からの信号に基づいて、回転角度と対応付けた逆止弁19の弁体41の移動量に関する移動量推移の実積分値Srを計測し、この実積分値Srと移動量推移の目標積分値Siとの比較結果に基づいて逆止弁19が正常に働いているか否かを判断する。このように、本実施形態に係るガスエンジン1は、この異常信号に基づいてフェイルセーフ制御を開始したりガスエンジン1の運転を停止したりすることができ、上記のような状況にも好適に対処することができる。
 これまで実施形態について説明したが、上記構成は一例に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で適宜変更、削除及び追加することができる。例えば、上記実施形態では、副室燃料ラインに単一の逆止弁を設けているが、複数の逆止弁が直列に並んでいてもよい。この場合、最下流に配置された逆止弁の動作状態を上記同様にフィードバック制御すれば、上記同様の作用効果を得ることができる。
 本発明は、副室式ガスエンジンに適用すると有益であり、本発明を適用した副室式ガスエンジンは、例えば発電設備及び舶用主機など、種々用途で原動機として利用される。
1 ガスエンジン
2 出力軸(クランクシャフト)
18 副室燃料供給弁
19 逆止弁
24 副室
32 燃料口
41 弁体
51 弁状態検出装置
55 運転状態検出装置
56 回転角度検出装置
60 制御装置
100 燃料供給制御装置
Tr1 実開弁時期
Tr2 実閉弁時期
Ti1 目標開弁時期
Ti2 目標閉弁時期
Cr 実移動量推移
Ci 目標移動量推移
Sr 実積分値
Si 目標積分値
L リフト量
 

Claims (6)

  1.  ガス燃料を副室に供給する副室燃料供給弁と、
     前記副室燃料供給弁及び前記副室の間に介装され、前記副室からの逆流を阻止する逆止弁と、
     前記逆止弁の動作状態を検出する弁状態検出装置と、
     クランクシャフトの回転角度又はカムシャフトの回転角度の少なくとも一方の回転角度を検出する回転角度検出装置と、
     前記副室燃料供給弁の動作指令値を決定する制御装置と、を備え、
     前記制御装置は、前記弁状態検出装置及び前記回転角度検出装置からの信号に基づいて前記回転角度と対応付けた前記逆止弁の実動作状態を計測し、当該実動作状態を目標動作状態に近付けるように前記副室燃料供給弁の動作指令値を補正する、副室式ガスエンジンの燃料供給制御装置。
  2.  ガスエンジンの運転状態を検出する運転状態検出装置を備え、
     前記制御装置は、前記運転状態検出装置からの信号に応じて前記目標動作状態を設定する、請求項1に記載の副室式ガスエンジンの燃料供給制御装置。
  3.  前記逆止弁の動作状態には、前記逆止弁の開弁時期が含まれ、
     前記制御装置は、前記弁状態検出装置及び前記回転角度検出装置からの信号に基づいて前記回転角度と対応付けた前記逆止弁の実開弁時期を計測し、当該実開弁時期を目標開弁時期に近付けるように前記副室燃料供給弁の動作指令値を補正する、請求項1又は2に記載の副室式ガスエンジンの燃料供給制御装置。
  4.  前記実開弁時期が許容進角量を超えて前記目標開弁時期よりも進角している場合に、前記制御装置は前記副室燃料供給弁の開弁時期を遅角補正し、
     前記実開弁時期が許容遅角量を超えて前記目標開弁時期よりも遅角している場合に、前記制御装置は前記副室燃料供給弁の開弁時期を進角補正する、請求項3に記載の副室式ガスエンジンの燃料供給制御装置。
  5.  前記逆止弁の動作状態には、前記逆止弁の閉弁時期が含まれ、
     前記制御装置は、前記弁状態検出装置及び前記回転角度検出装置からの信号に基づいて前記回転角度と対応付けた前記逆止弁の実閉弁時期を計測し、当該実閉弁時期を目標閉弁時期に近付けるように前記副室燃料供給弁の動作指令値を補正する、請求項1乃至4のいずれか1項に記載の副室式ガスエンジンの燃料供給制御装置。
  6.  前記逆止弁は、前記副室に開口する燃料口を閉鎖する閉鎖位置と前記閉鎖位置から離れた全開位置との間で移動する弁体を有し、前記弁体が前記閉鎖位置から前記全開位置に向けて移動することで前記燃料口が開放されて前記逆止弁が開弁し、
     前記弁状態検出装置は、前記弁体の移動量を検出可能であり、
     前記制御装置は、前記弁状態検出装置及び前記回転角度検出装置からの信号に基づいて、前記回転角度と対応付けた前記弁体の移動量に関する移動量推移の実積分値を計測し、当該実積分値と前記移動量推移の目標積分値との比較結果に基づいて前記逆止弁が正常であるか否かを判断する、請求項1乃至5のいずれか1項に記載の副室式ガスエンジンの燃料供給制御装置。
     
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Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AT516257B1 (de) * 2015-01-23 2016-04-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Verbrennungsmotor
WO2016075361A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-19 Wärtsilä Finland Oy Lean-burn internal combustion gas engine provided with a dielectric barrier discharge plasma ignition device within a combustion prechamber
CN105715397A (zh) * 2014-12-19 2016-06-29 Ge延巴赫两合无限公司 用于运行火花点火式内燃机的方法
WO2016155870A1 (de) * 2015-04-02 2016-10-06 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennkraftmaschine und verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
US20170082076A1 (en) * 2015-09-17 2017-03-23 Caterpillar Inc. Pressure regulator for fuel supply system
US9631566B1 (en) 2015-10-27 2017-04-25 Caterpillar Inc. Pre-chamber fuel admission valve diagnostics
US9970400B2 (en) 2015-09-15 2018-05-15 Caterpillar Inc. Fuel admission valve for pre-chamber

Families Citing this family (28)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9476347B2 (en) 2010-11-23 2016-10-25 Woodward, Inc. Controlled spark ignited flame kernel flow in fuel-fed prechambers
US9172217B2 (en) 2010-11-23 2015-10-27 Woodward, Inc. Pre-chamber spark plug with tubular electrode and method of manufacturing same
US8584648B2 (en) 2010-11-23 2013-11-19 Woodward, Inc. Controlled spark ignited flame kernel flow
US9856848B2 (en) 2013-01-08 2018-01-02 Woodward, Inc. Quiescent chamber hot gas igniter
US9765682B2 (en) 2013-06-10 2017-09-19 Woodward, Inc. Multi-chamber igniter
US20190301351A1 (en) 2015-08-24 2019-10-03 Akela Industries Inc. Pre-combustion chamber apparatus and method for pre-combustion
JP6479489B2 (ja) * 2015-01-26 2019-03-06 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社 ガスエンジン及びその運転制御方法
US9653886B2 (en) 2015-03-20 2017-05-16 Woodward, Inc. Cap shielded ignition system
WO2016154056A1 (en) 2015-03-20 2016-09-29 Woodward, Inc. Parallel prechamber ignition system
AT517206B1 (de) * 2015-06-30 2016-12-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Verfahren zur Regelung einer Brennkraftmaschine
US9890689B2 (en) * 2015-10-29 2018-02-13 Woodward, Inc. Gaseous fuel combustion
JP6130900B1 (ja) * 2015-12-28 2017-05-17 川崎重工業株式会社 ガスエンジンシステム
JP6630576B2 (ja) * 2016-01-21 2020-01-15 三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社 副室式ガスエンジン及びその運転制御方法
JP2017137853A (ja) * 2016-02-04 2017-08-10 本田技研工業株式会社 ガスエンジン
US10208651B2 (en) * 2016-02-06 2019-02-19 Prometheus Applied Technologies, Llc Lean-burn pre-combustion chamber
DE102016209922A1 (de) * 2016-06-06 2017-12-07 Dkt Verwaltungs-Gmbh Vorkammerzündkerze
US10458312B2 (en) * 2017-07-21 2019-10-29 Caterpillar Inc. Systems and methods for controlling enriched prechamber stoichiometry
KR20190045803A (ko) * 2017-10-24 2019-05-03 현대중공업 주식회사 선박용 엔진 및 선박용 엔진 제어방법
JP6672348B2 (ja) * 2018-02-02 2020-03-25 株式会社Ihi原動機 パイロット燃料ガス供給装置
WO2019171578A1 (ja) * 2018-03-09 2019-09-12 三菱重工業株式会社 ガスエンジンの制御装置、ガスエンジンシステム、及びガスエンジンの制御方法
US20200182217A1 (en) * 2018-12-10 2020-06-11 GM Global Technology Operations LLC Combustion ignition devices for an internal combustion engine
US11352965B2 (en) * 2019-10-18 2022-06-07 Caterpillar Inc. Reverse flow detection system
US11242816B1 (en) * 2020-10-15 2022-02-08 Caterpillar Inc. Systems and methods for reverse flow detect
DE102020007299B4 (de) * 2020-11-30 2022-10-20 Daimler Truck AG lnjektor zum Einbringen, insbesondere zum direkten Einblasen, von gasförmigem Kraftstoff in einen Brennraum einer Verbrennungskraftmaschine, sowie Gasmotor
CN112832898A (zh) * 2020-12-31 2021-05-25 中国石油天然气集团有限公司 一种发动机燃气进气系统、发动机及机械设备
US11352968B1 (en) * 2021-06-29 2022-06-07 Ford Global Technologies, Llc Methods and systems for reducing catalyst cooling during fuel cut via pre-chamber ignition system
JP2023097540A (ja) * 2021-12-28 2023-07-10 川崎重工業株式会社 ガスエンジン
WO2024033562A1 (en) * 2022-08-12 2024-02-15 Wärtsilä Finland Oy Cylinder head, cylinder head assembly, piston engine, connecting block and method of detecting leakages of gaseous fuel in a piston engine

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08105820A (ja) * 1994-10-05 1996-04-23 Tokyo Gas Co Ltd チェックバルブの動作不良検出方法及び装置
JPH11280502A (ja) * 1998-03-27 1999-10-12 Isuzu Ceramics Res Inst Co Ltd ターボチャージャを備えたミラーサイクル型ガスエンジン
WO2010038373A1 (ja) * 2008-10-01 2010-04-08 川崎重工業株式会社 ガスエンジンのノッキング制御装置
JP2011149308A (ja) 2010-01-20 2011-08-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスエンジンの副室ガス供給装置

Family Cites Families (19)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US1882513A (en) * 1929-06-11 1932-10-11 Mcelhinney James Johnstone Internal combustion engine
US3113561A (en) * 1961-01-10 1963-12-10 Ralph M Heintz Stratified charge two-cycle engine
JPS51108104A (ja) * 1975-03-19 1976-09-25 Toyoda Chuo Kenkyusho Kk
JPH065057B2 (ja) * 1986-10-24 1994-01-19 ヤンマーディーゼル株式会社 副室式大形ガス機関の安全装置
US4903656A (en) * 1988-12-29 1990-02-27 Yanmar Deisel Engine Co., Ltd. Gas engine
US5791374A (en) * 1995-12-07 1998-08-11 Black; Art Check valve for the pre-combustion chamber of an internal combustion engine
JPH09256850A (ja) * 1996-03-25 1997-09-30 Isuzu Ceramics Kenkyusho:Kk 副室式ガスエンジン
JPH10318102A (ja) * 1997-05-20 1998-12-02 Honda Motor Co Ltd 副燃焼室付き火花点火式2サイクル内燃機関
DE10020719A1 (de) * 1999-04-30 2001-02-22 Caterpillar Inc Reaktionskammerrückschlagventil und Gasbrennstoffmotor, der dieses verwendet
DE10020720A1 (de) * 1999-04-30 2001-02-15 Caterpillar Inc Reaktionskammerisolationsrückschlagventil und Gasbrennstoffmotor, der dieses verwendet
ATE440210T1 (de) * 2001-12-25 2009-09-15 Niigata Power Systems Co Ltd Zweistoffmotor
JP3861049B2 (ja) * 2002-12-17 2006-12-20 三菱重工業株式会社 ガスエンジンの燃焼制御装置
US6883468B2 (en) * 2003-03-27 2005-04-26 Caterpillar Inc Premixed fuel and gas method and apparatus for a compression ignition engine
JP4310262B2 (ja) * 2004-11-08 2009-08-05 三菱重工業株式会社 副室掃気装置を備えたパイロット着火式ガスエンジン
DE102007002445A1 (de) * 2007-01-17 2008-07-24 Robert Bosch Gmbh Rückschlagventil und Injektor mit hydraulischem Übersetzer und Rückschlagventil
JP4577348B2 (ja) * 2007-10-24 2010-11-10 株式会社デンソー 内燃機関制御装置及び内燃機関制御システム
US8826883B2 (en) * 2008-12-26 2014-09-09 Mitsubishi Heavy Industries, Ltd. Gas engine
JP5325020B2 (ja) 2009-05-15 2013-10-23 大阪瓦斯株式会社 副室式エンジン
JP2012017695A (ja) 2010-07-08 2012-01-26 Toyota Industries Corp ガスエンジン

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH08105820A (ja) * 1994-10-05 1996-04-23 Tokyo Gas Co Ltd チェックバルブの動作不良検出方法及び装置
JPH11280502A (ja) * 1998-03-27 1999-10-12 Isuzu Ceramics Res Inst Co Ltd ターボチャージャを備えたミラーサイクル型ガスエンジン
WO2010038373A1 (ja) * 2008-10-01 2010-04-08 川崎重工業株式会社 ガスエンジンのノッキング制御装置
JP2011149308A (ja) 2010-01-20 2011-08-04 Mitsubishi Heavy Ind Ltd ガスエンジンの副室ガス供給装置

Cited By (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016075361A1 (en) * 2014-11-12 2016-05-19 Wärtsilä Finland Oy Lean-burn internal combustion gas engine provided with a dielectric barrier discharge plasma ignition device within a combustion prechamber
CN105715397A (zh) * 2014-12-19 2016-06-29 Ge延巴赫两合无限公司 用于运行火花点火式内燃机的方法
US10323598B2 (en) 2014-12-19 2019-06-18 Innio Jenbacher Gmbh & Co Og Method for operating a spark ignited engine
US9850807B2 (en) 2015-01-23 2017-12-26 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Internal combustion engine
AT516257B1 (de) * 2015-01-23 2016-04-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Verbrennungsmotor
AT516257A4 (de) * 2015-01-23 2016-04-15 Ge Jenbacher Gmbh & Co Og Verbrennungsmotor
WO2016155870A1 (de) * 2015-04-02 2016-10-06 Mtu Friedrichshafen Gmbh Brennkraftmaschine und verfahren zum betreiben einer brennkraftmaschine
CN107429602A (zh) * 2015-04-02 2017-12-01 Mtu 腓特烈港有限责任公司 内燃机和用于运行内燃机的方法
US10287969B2 (en) 2015-04-02 2019-05-14 Mtu Friedrichshaffen Gmbh Internal combustion engine and method for operating an internal combustion engine
US9970400B2 (en) 2015-09-15 2018-05-15 Caterpillar Inc. Fuel admission valve for pre-chamber
US20170082076A1 (en) * 2015-09-17 2017-03-23 Caterpillar Inc. Pressure regulator for fuel supply system
WO2017049017A1 (en) * 2015-09-17 2017-03-23 Caterpillar Inc. Pressure regulator for fuel supply system
US9631566B1 (en) 2015-10-27 2017-04-25 Caterpillar Inc. Pre-chamber fuel admission valve diagnostics

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