WO2018139491A1 - 副室式ガスエンジン - Google Patents

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WO2018139491A1
WO2018139491A1 PCT/JP2018/002147 JP2018002147W WO2018139491A1 WO 2018139491 A1 WO2018139491 A1 WO 2018139491A1 JP 2018002147 W JP2018002147 W JP 2018002147W WO 2018139491 A1 WO2018139491 A1 WO 2018139491A1
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sub
chamber
pressure
exhaust
valve
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PCT/JP2018/002147
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大育 竹本
柚木 晃広
雄太 古川
和雄 小倉
遠藤 浩之
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三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社
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Definitions

  • the present disclosure relates to a sub-chamber gas engine having a sub-chamber communicating with a main combustion chamber, and more particularly, to control of sub-chamber fuel supplied directly to the sub-chamber.
  • a sub-chamber type gas engine is known as an engine that can efficiently burn a lean premixed gas (for example, Patent Documents 1 and 2).
  • the sub-chamber type gas engine has a main combustion chamber (main chamber) defined between the piston and the cylinder head, and a sub-chamber provided close to the main combustion chamber such as the upper part of the cylinder, The main combustion chamber and the sub chamber are communicated with each other through a plurality of nozzle holes. Then, by igniting the gas mixture in the sub chamber by an ignition device such as a spark plug, the combustion flame generated by this ignition is ejected from each of the plurality of nozzle holes provided in the lower portion of the sub chamber, and the main combustion chamber Burn the lean premixed gas.
  • an ignition device such as a spark plug
  • a part of the lean premixed gas introduced into the cylinder during the air supply stroke of the engine flows into the sub chamber through each of the plurality of nozzle holes in the compression process, and the sub chamber fuel supply valve is turned on. And mixed with the sub-chamber fuel supplied directly to the sub-chamber, and an air-fuel mixture having a concentration suitable for ignition is generated in the sub-chamber.
  • the air-fuel mixture in this state is ignited by the ignition device, a combustion flame is ejected from the sub-chamber injection hole to the cylinder, and the lean pre-air mixture in the main combustion chamber is ignited and burned using this as a fire type (torch).
  • the lean fuel can be burned in the main combustion chamber, and low fuel consumption (high efficiency) is realized.
  • the combustion of the lean premixed gas in the main combustion chamber is a combustion at a relatively low temperature, the amount of NOx and the like generated can be reduced and low pollution can be realized.
  • the supply timing and supply amount of the sub chamber fuel by the sub chamber fuel supply valve described above are the pressure (sub chamber) of the sub chamber fuel supply line that sends the sub chamber fuel to the sub chamber fuel supply valve. It is determined passively by the differential pressure between the fuel line pressure) and the subchamber pressure (subchamber pressure). Specifically, the sub chamber fuel supply valve is opened when the sub chamber fuel line pressure is larger than the sub chamber pressure, and opening the sub chamber fuel supply valve from the sub chamber fuel supply valve to the sub chamber. Chamber fuel is supplied.
  • the sub-chamber fuel is supplied by adjusting the differential pressure between the sub-chamber fuel line pressure and the pressure in the supply pipe (supply pressure) to a desired value.
  • the supply amount of the sub-chamber fuel at the time of air supply is controlled by differential pressure control using the differential pressure between the sub-chamber fuel line pressure and the supply air pressure as a target value.
  • the pressure in the cylinder during the compression and combustion strokes is high, and the sub-chamber communicating with the main combustion chamber is also high, so that the sub-chamber fuel is supplied to the sub-chamber.
  • the sub-chamber fuel supply timing is an air supply stroke or an exhaust process in which the sub-chamber fuel line pressure can be larger than the sub-chamber pressure. At this time, in the air supply stroke, the air supply pressure changes depending on the engine operating conditions such as the engine output and the rotational speed. Therefore, according to Patent Documents 1 and 2, the subchamber fuel supply amount is appropriately controlled. Is possible.
  • the exhaust pressure may change (fluctuate) in both the short and long term for some reason, such as when the temperature of the exhaust gas (suction temperature) changes. Since the sub chamber pressure also changes as the exhaust pressure changes, if the exhaust pressure changes, the sub chamber fuel supply valve changes the sub chamber pressure to the sub chamber according to the change in the exhaust pressure (sub chamber pressure).
  • the room fuel is passively supplied or stopped.
  • the amount of sub chamber fuel supplied to the sub chamber for each combustion cycle may be excessive or small.
  • Such changes in the amount of fuel supplied to the sub-chamber and the accompanying change in the excess air ratio in the sub-chamber during ignition can cause excessive combustion and misfire in the main combustion chamber, resulting in deterioration in engine efficiency and damage. Cause it to occur.
  • At least one embodiment of the present invention provides a sub-chamber gas engine capable of supplying an appropriate amount of sub-chamber fuel to the sub chamber even when the exhaust pressure changes. With the goal.
  • a sub-chamber gas engine includes: In the sub-chamber type gas engine having a sub-chamber communicating with the main combustion chamber, A sub-chamber fuel supply line through which the sub-chamber fuel flows; A sub-chamber fuel supply valve connected to the sub-chamber fuel supply line for controlling the supply of the sub-chamber fuel to the sub-chamber, wherein a sub-chamber fuel line pressure that is a pressure of the sub-chamber fuel supply line is A sub-chamber fuel supply valve that opens when the sub-chamber pressure, which is the pressure of the sub-chamber, becomes larger, A sub-chamber fuel line pressure regulating valve installed in the sub-chamber fuel supply line and capable of adjusting the sub-chamber fuel line pressure; Acquisition of exhaust sub-chamber pressure that can acquire the exhaust sub-chamber pressure, which is a pressure correlated with the sub-chamber pressure when the exhaust valve that controls the communication state between the cylinder forming the main combustion chamber and the exhaust passage is opened.
  • a valve opening degree control device configured to control the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure regulating valve, and The valve opening degree control device is configured to control the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure adjusting valve according to the sub chamber pressure during exhaust acquired by the sub chamber pressure acquisition means during exhaust. Yes.
  • the supply of the sub chamber fuel to the sub chamber by the sub chamber fuel supply valve is performed by using the sub chamber fuel supply line pressure (sub chamber fuel line pressure) as the sub chamber pressure (sub chamber pressure).
  • the valve opening control device responds to the pressure (sub-chamber pressure during exhaust) correlated with the sub-chamber when the exhaust valve is opened (hereinafter referred to as exhaust) during the exhaust process or the like.
  • the sub-chamber fuel line pressure adjustment valve is controlled to adjust the sub-chamber fuel line pressure. In this way, by controlling the sub-chamber fuel line pressure according to the sub-chamber pressure during exhaust, the sub-chamber fuel supply valve that opens (fuel supply) when the sub-chamber fuel line pressure becomes larger than the sub-chamber pressure is used.
  • the supply amount of the sub chamber fuel can be controlled during exhaust.
  • the supply amount of the sub chamber fuel to the sub chamber for each combustion cycle is adjusted to a desired amount, for example, an amount suitable for generating an air-fuel mixture suitable for ignition in the sub chamber. Is possible. Accordingly, it is possible to avoid an excessive or excessive supply amount of the sub chamber fuel for each combustion cycle, and an excessive amount caused by an excessive or excessive supply amount of the sub chamber fuel to the sub chamber. It is possible to prevent deterioration of efficiency due to combustion or misfire, damage to the sub-chamber type gas engine, and the like.
  • the valve opening control device controls the valve opening of the sub-chamber fuel line pressure adjustment valve so that the sub-chamber fuel line pressure increases when the sub-chamber pressure during exhaust increases,
  • the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure adjustment valve is controlled so that the sub chamber fuel line pressure decreases.
  • the valve opening degree control device causes the sub chamber fuel to cancel the change in the differential pressure between the sub chamber fuel line pressure and the sub chamber pressure caused by the change in the exhaust pressure during exhaust.
  • the valve opening degree of the line pressure adjusting valve is controlled according to the change of the exhaust pressure. Accordingly, it is possible to prevent the supply amount of the sub chamber fuel from the sub chamber fuel supply valve from being excessive or too small during exhaust.
  • the valve opening degree control device includes a differential pressure between the sub chamber fuel line pressure detected by the sub chamber fuel line pressure detecting means and the exhaust sub chamber pressure acquired by the exhaust sub chamber pressure acquiring means. Is configured to control the valve opening degree of the sub-chamber fuel line pressure regulating valve so that becomes a target differential pressure.
  • the differential pressure between the sub chamber fuel line pressure and the sub chamber pressure exhaust sub chamber pressure
  • the supply amount of the sub chamber fuel from the sub chamber fuel supply valve that opens (fuel supply) when the sub chamber fuel line pressure becomes larger than the sub chamber pressure is controlled to be a desired amount during exhaust. be able to.
  • a turbocharger having a turbine rotationally driven by exhaust gas flowing through the exhaust passage; And an exhaust bypass valve provided in an exhaust bypass passage that allows the exhaust gas to flow around the turbine, and is capable of controlling a flow rate of the exhaust gas flowing through the exhaust bypass passage.
  • the exhaust pressure changes according to the change of the exhaust pressure.
  • the amount of sub-chamber fuel supplied from the sub-chamber fuel supply valve that opens (fuel supply) when the sub-chamber fuel line pressure becomes larger than the sub-chamber pressure is desired during exhaust. It can be controlled so as to be an amount of.
  • the valve opening degree control device includes: the sub-chamber fuel line pressure detected by the sub-chamber fuel line pressure detection means; and the sub-chamber pressure during supply acquired by the sub-chamber pressure detection means during supply. The valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure regulating valve is controlled so that the differential pressure becomes the target differential pressure.
  • the valve opening degree control device is configured to provide a pressure (a sub-time at the time of supply) that correlates with the sub-chamber at the time of opening of the supply valve (hereinafter referred to as “at the time of supply”).
  • the valve opening of the sub chamber fuel line pressure adjustment valve is controlled according to the chamber pressure), and the pressure of the sub chamber fuel supply line (sub chamber fuel line pressure) is adjusted. More specifically, the valve opening degree of the sub-chamber fuel line pressure adjustment valve is controlled so that the differential pressure between the sub-chamber fuel line pressure and the sub-chamber pressure during supply becomes the target differential pressure during supply. .
  • the amount of sub-chamber fuel supplied from the sub-chamber fuel supply valve that opens (fuel supply) when the sub-chamber fuel line pressure becomes larger than the sub-chamber pressure is desired not only during exhaust but also during supply. It can be controlled to be an amount of. In this way, by controlling the amount of sub-chamber fuel supplied from the sub-chamber fuel supply valve not only during exhaust but also during air supply, a desired amount of sub-chamber is supplied to the sub-chamber for each combustion cycle. Fuel can be supplied more reliably. Therefore, it is possible to more reliably prevent the supply amount of the sub chamber fuel supplied to the sub chamber from being excessive or excessive in the combustion stroke.
  • the valve opening control device is: A target differential pressure that is a target value of a differential pressure between the sub-chamber fuel line pressure and the exhaust sub-chamber pressure based on the engine speed, the supply sub-chamber pressure, and the exhaust sub-chamber pressure A target differential pressure calculation unit for calculating A valve opening degree adjusting unit that adjusts the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure adjusting valve so that the differential pressure becomes the target differential pressure.
  • the valve opening degree control device includes the target differential pressure calculation unit and the valve opening degree adjustment unit, so that the sub-chamber fuel line pressure and the sub-chamber pressure (sub-chamber pressure during exhaust) It is possible to control so that the differential pressure with respect to the chamber pressure becomes the target differential pressure.
  • the target differential pressure calculation unit A reference value calculation unit that calculates a reference value of the target differential pressure based on the engine speed and the sub-chamber pressure during supply; A correction value calculation unit for calculating a correction value for correcting the reference value based on the supply sub-chamber pressure and the exhaust sub-chamber pressure; An arithmetic unit that calculates the target differential pressure based on the reference value and the correction value.
  • the target differential pressure calculation unit calculates the reference value calculated based on the engine speed and the supply sub-chamber pressure as the supply sub-chamber pressure and the exhaust sub-chamber pressure.
  • the target differential pressure is calculated by correcting with the correction value calculated based on the above.
  • the air supply sub-chamber pressure detecting means is a pressure measuring means capable of acquiring a pressure by measurement.
  • the sub-chamber pressure during supply can be acquired by actual measurement using a pressure measuring unit such as a pressure sensor.
  • the pressure measuring means detects a pressure of an air supply manifold that constitutes a part of the air supply passage. According to the configuration of (9) above, the pressure of the air supply manifold is measured by the pressure measuring means. Since the sub chamber and the air supply manifold communicate with each other when the air supply valve is open, the sub chamber pressure during supply can be obtained by measuring the pressure of the air supply manifold.
  • the air supply sub chamber pressure detecting means is configured to acquire the air supply sub chamber pressure by estimation.
  • the sub chamber pressure is adjusted based on the operating state of the sub chamber type gas engine such as the output of the sub chamber type gas engine and the air flow rate calculated from the fuel flow rate, actual measurement or volumetric efficiency. Configured to estimate.
  • the sub-chamber pressure during supply can be obtained by estimation without installing pressure measuring means such as a sensor.
  • the exhaust sub chamber pressure acquisition means is pressure measurement means capable of acquiring pressure by measurement.
  • the exhaust sub-chamber pressure can be obtained by actual measurement using a pressure measuring means such as a pressure sensor.
  • the pressure measuring means detects the pressure of an exhaust manifold that constitutes a part of the exhaust passage. According to the configuration of (12) above, the pressure of the exhaust manifold is measured by the pressure measuring means. Since the sub chamber and the exhaust manifold communicate with each other when the exhaust valve is open, the sub chamber pressure during exhaust can be obtained by measuring the pressure of the exhaust manifold.
  • the exhaust sub chamber pressure acquisition means is configured to acquire the exhaust sub chamber pressure by estimation.
  • the configuration of (13) above for example, the relationship between the exhaust bypass opening of the exhaust bypass valve and the exhaust pressure is acquired in advance through experiments or the like, so that the exhaust bypass opening of the exhaust bypass valve that changes the exhaust pressure
  • the sub chamber pressure is configured to be estimated based on the command value.
  • the exhaust sub-chamber pressure can be obtained by estimation without installing pressure measuring means such as a sensor.
  • a sub-chamber type gas engine capable of supplying an appropriate amount of sub-chamber fuel to the sub chamber even when the exhaust pressure changes.
  • an expression indicating that things such as “identical”, “equal”, and “homogeneous” are in an equal state not only represents an exactly equal state, but also has a tolerance or a difference that can provide the same function. It also represents the existing state.
  • expressions representing shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes represent not only geometrically strict shapes such as quadrangular shapes and cylindrical shapes, but also irregularities and chamfers as long as the same effects can be obtained. A shape including a part or the like is also expressed.
  • the expressions “comprising”, “comprising”, “comprising”, “including”, or “having” one constituent element are not exclusive expressions for excluding the existence of the other constituent elements.
  • FIG. 1 is a diagram schematically showing a configuration of a sub-chamber gas engine 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram showing the sub-chamber gas engine 1 of FIG. 1 in a simplified manner.
  • the sub-chamber gas engine 1 includes a sub-chamber fuel supply line Ls, a sub-chamber fuel supply valve 2, a sub-chamber fuel line pressure adjustment valve 3, an exhaust sub-chamber pressure.
  • the acquisition means 41 and the valve opening degree control apparatus 5 are provided.
  • the sub-chamber type gas engine 1 is an engine having a sub-chamber Rs communicating with the main combustion chamber Rm as shown in FIG.
  • the main combustion chamber Rm is a space defined by the cylinder 12 and the upper surface of the piston 13 in the engine body 11. Further, the sub chamber Rs is a space formed inside the sub chamber forming member 19, and enters the main combustion chamber Rm via an injection hole that communicates the sub chamber Rs formed in the sub chamber forming member 19 with the outside. Communicate.
  • the sub-chamber gas engine 1 includes an air supply passage 7 that communicates with the main combustion chamber Rm via the air supply port 72, an exhaust passage 8 that communicates with the exhaust port 82, and the main combustion chamber Rm and the air supply passage 7.
  • the valve operating mechanism opens and closes the air supply port 72 and the exhaust port 82 according to the crank angle ⁇ of the crankshaft 16.
  • the sub-chamber gas engine 1 is a multi-cylinder engine including a plurality of (for example, four) cylinders 12 (see FIG. 2).
  • the air supply passage 7 is divided into a plurality of branches to introduce intake air (supply air a) to the main combustion chamber Rm into each of the plurality of cylinders 12.
  • the exhaust passage 8 includes an exhaust manifold 81 that joins the combustion gas (exhaust gas e) discharged from each of the plurality of cylinders 12.
  • an injector 14 is installed in each of the branch passages of the air supply manifold 71, and fuel injected from the injector 14 (hereinafter, main chamber fuel) and the air supply a flowing through the air supply passage 7 are mixed.
  • main chamber fuel fuel injected from the injector 14
  • the air supply a flowing through the air supply passage 7 are mixed.
  • the air-fuel mixture (lean pre-air mixture) generated in this way is supplied to the main combustion chamber Rm.
  • fuel hereinafter referred to as sub chamber fuel Fs
  • sub chamber fuel Fs is supplied to the sub chamber Rs directly by a sub chamber fuel supply valve 2 (described later).
  • the sub chamber fuel supply line Ls is a line through which the sub chamber fuel Fs flows.
  • the sub chamber fuel supply line Ls is connected to the sub chamber fuel supply valve 2 that controls the supply of the sub chamber fuel Fs to the sub chamber Rs, and supplies the sub chamber fuel Fs to the sub chamber fuel supply valve 2.
  • the sub chamber fuel supply line Ls is a tubular member, and the sub chamber fuel Fs flows inside the tube.
  • sub chamber fuel line pressure Pt the pressure generated by the sub chamber fuel Fs flowing through the sub chamber fuel supply line Ls
  • sub chamber pressure Ps the pressure in the sub chamber Rs
  • the valve opens when the size of the valve increases. Further, the valve is opened at an opening degree corresponding to the differential pressure D between the sub-chamber fuel line pressure Pt and the sub-chamber pressure Ps (hereinafter, referred to as the differential pressure D as appropriate), and the valve open state is maintained.
  • the sub-chamber fuel supply valve 2 has a pressure (Ps ⁇ Pt ⁇ 0) and a spring due to the pressure difference.
  • the sub-chamber fuel line pressure Pt becomes larger than the sub-chamber pressure Ps (Pt> Ps), and the sub-chamber fuel line pressure Pt is maintained.
  • the valve is opened. That is, the sub-chamber fuel supply valve 2 is opened / closed by the above-described differential pressure D.
  • the sub-chamber fuel supply valve 2 When the sub-chamber fuel supply valve 2 is opened, the sub-chamber fuel supply valve 2 is allowed to flow into the sub-chamber Rs while being closed. It becomes a check valve which makes the flow of a reverse direction impossible by becoming a valve state.
  • the amount of sub-chamber fuel Fs required for generating an air-fuel mixture suitable for ignition in the sub-chamber Rs for each combustion cycle depends on the operating conditions.
  • the fuel supply valve 2 supplies the sub chamber Rs.
  • the sub-chamber fuel supply valve 2 is installed inside the sub-chamber forming member 19, but the present invention is not limited to this, and in some other embodiments.
  • the auxiliary chamber forming member 19 may be located outside.
  • the sub-chamber fuel line pressure adjusting valve 3 is a valve device installed in the sub-chamber fuel supply line Ls and capable of adjusting the sub-chamber fuel line pressure Pt, and a valve opening command I by a valve opening control device 5 described later. Operation is possible. That is, the sub chamber fuel line pressure adjustment valve 3 can increase or decrease the sub chamber fuel line pressure Pt, and the relative pressure difference with the sub chamber pressure Ps can be adjusted. It becomes possible to adjust the differential pressure D between Pt and the sub chamber pressure Ps. In the embodiment shown in FIGS.
  • the exhaust sub chamber pressure acquisition means 41 is a pressure correlated with the sub chamber pressure Ps when the exhaust valve 18 (described above) that controls the communication state between the cylinder 12 forming the main combustion chamber Rm and the exhaust passage 8 is opened. This means is configured to be able to acquire a certain exhaust sub-chamber pressure Pe.
  • the exhaust sub-chamber pressure Pe is, for example, a pressure that correlates with the pressure of the sub-chamber Rs during the exhaust process. In such cases, that time is also included.
  • the opening time of the exhaust valve 18 as described above is referred to as exhaust time. In the embodiment shown in FIGS.
  • the exhaust sub-chamber pressure acquisition means 41 is a pressure sensor (pressure gauge), for example, and is a pressure measurement means capable of acquiring pressure by measurement. Further, for example, the exhaust sub-chamber pressure acquisition means 41 (pressure measurement means) may be installed in the exhaust passage 8 such as the above-described exhaust manifold 81 constituting a part of the exhaust passage 8. Since the exhaust passage 8 and the sub chamber Rs communicate with each other when the exhaust valve 18 is opened, an increase in cost is suppressed by installing a pressure gauge or the like at an appropriate position (exhaust manifold 81 or the like) in the exhaust passage 8. However, the pressure in the sub chamber Rs during exhaust can be acquired.
  • the pressure of the exhaust manifold 81 and the sub chamber pressure Ps may not exactly match each other, but the pressure of the exhaust manifold 81 correlates with the sub chamber pressure Ps.
  • the exhaust manifold 81 is used. Is regarded as the sub chamber pressure Pe during exhaust.
  • the detection value by the exhaust sub chamber pressure acquisition means 41 is corrected to obtain the exhaust sub chamber pressure Pe.
  • the accuracy of the sub chamber pressure Pe during exhaust can be improved.
  • the exhaust sub-chamber pressure acquisition means 41 pressure measurement means
  • the valve opening degree control device 5 is configured to control the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure regulating valve 3 described above.
  • the valve opening degree control device 5 is a computer such as an electronic control unit (ECU), and includes a CPU (processor) (not shown) and a memory (storage device) such as a ROM and a RAM. Each functional unit is realized by the CPU operating (data calculation or the like) according to the instructions of the program loaded in the main storage device.
  • the valve opening degree control device 5 is mounted as one functional part of the engine control ECU 15.
  • the present invention is not limited to this embodiment, and in some other embodiments, the electronic control device physically different from the engine control ECU 15 may be mounted alone or together with other functional units.
  • the sub-chamber fuel supply valve 2 opens and closes according to the differential pressure D between the sub-chamber fuel line pressure Pt and the sub-chamber pressure Ps.
  • the supply timing and supply amount of the sub chamber fuel Fs to the sub chamber Rs by 2 are passively determined by this differential pressure D.
  • the sub chamber fuel supply valve 2 may passively supply or stop the sub chamber fuel Fs from the sub chamber fuel supply valve 2 to the sub chamber Rs.
  • the sub chamber pressure Ps when the exhaust pressure changes to a smaller side, the sub chamber pressure Ps also decreases accordingly. As a result, the sub chamber fuel line pressure Pt becomes relatively larger than the sub chamber pressure Ps. As a result, the sub chamber fuel supply valve 2 is opened or larger, which is expected. A larger amount of the sub chamber fuel Fs is supplied to the sub chamber Rs.
  • the sub chamber fuel supply valve 2 when the exhaust pressure is increased, the sub chamber pressure Ps is increased accordingly. As a result, the sub chamber fuel line pressure Pt becomes relatively smaller than the sub chamber pressure Ps, and as a result, the sub chamber fuel supply valve 2 is closed or opened smaller, which is expected. A smaller amount of the sub chamber fuel Fs is supplied to the sub chamber Rs.
  • the supply amount of the sub-chamber fuel Fs to the sub-chamber Rs for each combustion cycle may be excessive or excessive.
  • the sub-chamber fuel supply valve 2 is configured so that the sub-chamber Rs is supplied with an optimal amount of sub-chamber fuel Fs that has a concentration suitable for ignition in the sub-chamber Rs. If the supply amount of the sub-chamber fuel Fs is excessive or too small relative to the optimum amount of the sub-chamber fuel Fs, the excess air ratio also changes, so that excessive combustion or misfire may occur.
  • the supply amount of the sub-chamber fuel Fs becomes excessive (decrease in the excess air ratio), so that excessive combustion occurs in the main combustion chamber Rm, or conversely, it becomes excessive (increase in the excess air ratio). If misfire occurs in the combustion chamber Rm, the efficiency of the sub-chamber gas engine 1 deteriorates. Furthermore, these may cause damage to the sub-chamber gas engine 1.
  • the valve opening degree control device 5 is configured to control the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure regulating valve 3 in accordance with the exhaust sub chamber pressure Pe acquired by the exhaust sub chamber pressure acquisition means 41.
  • the valve opening degree control device 5 is connected to the sub chamber fuel line pressure adjusting valve 3 so as to be controllable.
  • the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure regulating valve 3 can be controlled by transmitting the valve opening degree instruction I to the sub chamber.
  • the valve opening degree control device 5 is connected to the exhaust sub-chamber pressure acquisition means 41 so that the exhaust sub-chamber pressure Pe acquired by the exhaust sub-chamber pressure acquisition means 41 is input. . Accordingly, the valve opening degree control device 5 can control the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure adjusting valve 3 in accordance with the exhaust sub chamber pressure Pe.
  • the valve opening degree control device 5 controls the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure adjusting valve 3 so that the sub chamber fuel line pressure Pt increases when the exhaust sub chamber pressure Pe increases.
  • the sub-chamber fuel line pressure adjustment valve 3 is controlled so that the sub-chamber fuel line pressure Pt decreases as the sub-chamber pressure Pe during exhausting decreases. That is, the valve opening degree control device 5 controls the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure regulating valve 3 so as to cancel the change in the differential pressure D (
  • the exhaust pressure changes see FIG.
  • the sub chamber fuel line pressure Pt is changed to the exhaust pressure change as described above by the control of the sub chamber fuel line pressure regulating valve 3.
  • the change in the differential pressure D between the sub chamber fuel line pressure Pt and the sub chamber pressure Ps can be suppressed or the amount of change can be reduced (described later).
  • FIG. 5D it is possible to prevent the supply amount of the sub chamber fuel Fs from the sub chamber fuel supply valve 2 from being excessive or excessive during exhaust.
  • FIG. 3 is a diagram showing a control flow (valve opening control method) executed by the valve opening control device 5 according to one embodiment of the present invention.
  • This control flow is executed every time the exhaust sub chamber pressure Pe is input from the exhaust sub chamber pressure acquisition means 41.
  • an exhaust sub-chamber pressure acquisition step is executed to acquire the exhaust sub-chamber pressure Pe.
  • step S32 it is determined whether or not there is a pressure fluctuation (pressure change) in the exhaust sub-chamber pressure Pe. If it is determined that there is no pressure fluctuation in the exhaust sub-chamber pressure Pe, the flow of FIG. Exit.
  • step S33 it is determined whether or not the exhaust sub chamber pressure Pe has increased. Perform steps. If it is determined that the exhaust sub chamber pressure Pe is fluctuating to the increasing side, a sub chamber fuel line pressure increasing step is executed in step S34 to increase the sub chamber fuel line pressure Pt. Conversely, if it is determined in step S33 that the sub-chamber pressure Pe during exhausting has fluctuated, the sub-chamber fuel line pressure reduction step is executed in step S35 to decrease the sub-chamber fuel line pressure Pt.
  • the sub chamber fuel supply valve 2 supplies the sub chamber fuel Fs to the sub chamber Rs when the sub chamber fuel line pressure Pt becomes larger than the sub chamber pressure Ps.
  • the device 5 is configured to control the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure adjusting valve 3 according to the exhaust sub chamber pressure Pe and adjust the sub chamber fuel line pressure Pt.
  • the supply amount of the sub chamber fuel Fs from the supply valve 2 can be controlled during exhaust.
  • the supply amount of the sub chamber fuel Fs to the sub chamber Rs for each combustion cycle is set to a desired amount, for example, an amount suitable for generating an air-fuel mixture suitable for ignition in the sub chamber Rs. It becomes possible to adjust. Therefore, it can be avoided that the supply amount of the sub chamber fuel Fs for each combustion cycle is excessive or too small, and is caused by the supply amount of the sub chamber fuel Fs to the sub chamber Rs being excessive or too small. It is possible to prevent deterioration of efficiency due to excessive combustion or misfire, damage to the sub-chamber gas engine 1, and the like.
  • the sub-chamber gas engine 1 detects the sub-chamber fuel line pressure Pt for detecting the sub-chamber fuel line pressure Pt of the sub-chamber fuel supply line Ls.
  • the means 42 may further be provided.
  • the valve opening degree control device 5 determines whether the sub chamber fuel line pressure Pt detected by the sub chamber fuel line pressure detecting means 42 and the exhaust sub chamber pressure Pe acquired by the exhaust sub chamber pressure acquiring means 41.
  • the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure regulating valve 3 is controlled so that the differential pressure D becomes the target differential pressure Dt.
  • the sub-chamber fuel line pressure detecting means 42 is, for example, a pressure gauge, and is downstream of the sub-chamber fuel line pressure regulating valve 3 (sub-chamber Rs side) in the sub-chamber fuel supply line Ls. ) And upstream of the sub chamber fuel supply valve 2. Further, the sub chamber fuel line pressure detecting means 42 is connected to the valve opening degree control device 5 so as to input the detected sub chamber fuel line pressure Pt to the valve opening degree control device 5.
  • the valve opening control device 5 includes the sub-chamber fuel line pressure Pt input from the sub-chamber fuel line pressure detecting means 42 and the exhaust sub-chamber pressure Pe input from the exhaust sub-chamber pressure obtaining means 41 described above. And the opening degree of the sub-chamber fuel line pressure regulating valve 3 is controlled based on the comparison with the target differential pressure Dt during exhaust stored in the memory.
  • FIG. 4 is a diagram showing a differential pressure control flow during exhaust (valve opening control method) executed by the valve opening control device 5 according to one embodiment of the present invention.
  • This control flow is executed every time the exhaust sub chamber pressure Pe is input from the exhaust sub chamber pressure acquisition means 41.
  • a pressure acquisition step is executed to acquire the exhaust sub chamber pressure Pe and the sub chamber fuel line pressure Pt.
  • step S42 the difference between the sub chamber fuel line pressure Pt and the exhaust sub chamber pressure Pe is calculated.
  • step S43 when the calculated value in step S42 is compared with the target differential pressure Dt during exhaust, and it is determined that the calculated value and the target differential pressure Dt during exhaust are the same, FIG. End the flow. If the difference between the calculated value and the target differential pressure Dt is within a predetermined range, it may be determined that both are the same.
  • step S43 determines whether or not the calculated value is not equal to the target differential pressure Dt during exhaust
  • the pressure for determining whether or not the exhaust sub chamber pressure Pe has increased in step S44.
  • a fluctuation direction determination step is executed. If it is determined that the exhaust sub chamber pressure Pe is fluctuating to the increasing side, a sub chamber fuel line pressure increasing step is executed in step S45, and the calculated value and the target differential pressure Dt during exhaust are calculated. Are increased so that the sub-chamber fuel line pressure Pt is increased.
  • step S44 if it is determined in step S44 that the sub-chamber pressure Pe during exhausting has fluctuated to the decreasing side, a sub-chamber fuel line pressure decreasing step is executed in step S46, and the calculated value and The sub chamber fuel line pressure Pt is decreased so that the target differential pressure Dt is determined to be the same.
  • the sub chamber fuel line pressure is adjusted so that the differential pressure D between the sub chamber fuel line pressure Pt and the sub chamber pressure Ps (exhaust sub chamber pressure Pe) becomes the target differential pressure Dt during exhaust.
  • the valve opening degree of the valve is controlled.
  • the supply amount of the sub chamber fuel Fs from the sub chamber fuel supply valve 2 that opens (fuel supply) becomes a desired amount during exhaust. Can be controlled.
  • the sub-chamber gas engine 1 includes a turbocharger 9 having a turbine T that is rotationally driven by exhaust gas e flowing through an exhaust passage 8, and a turbine.
  • An exhaust gas bypass valve 85 that can control the flow rate of the exhaust gas e flowing through the exhaust bypass passage 83 provided in the exhaust bypass passage 83 that allows the exhaust gas e to flow around the T may be further provided.
  • the turbocharger 9 includes a turbine T that is rotated by exhaust gas e discharged from the engine body 11, and a compressor C that is coupled to the turbine T by a rotating shaft and is driven to rotate by the turbine T. Then, when the turbine T installed in the exhaust passage 8 is driven by the exhaust gas e, the compressor C installed in the supply passage 7 rotates and compresses the supply air flowing through the supply passage 7, thereby compressing the main combustion chamber. Send to Rm.
  • the exhaust bypass valve 85 is, for example, adjusted by the above-described engine control ECU 15 or the like so that the opening degree of the compressor is increased to prevent the compressor operation region from entering the surge region, and the exhaust gas flowing into the turbine T
  • the opening degree is adjusted according to the temperature of e (hereinafter referred to as the suction temperature Ta).
  • the suction temperature Ta changes with, for example, a change in season or environment.
  • the valve opening of the exhaust bypass valve 85 (hereinafter referred to as the exhaust bypass opening) is adjusted.
  • the exhaust bypass opening of the exhaust bypass valve 85 is changed, fluctuations such as exhaust pressure as shown in FIG. 5 occur.
  • FIG. 5 shows the control result of the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure adjusting valve 3 by the valve opening degree control device 5 according to the embodiment of the present invention, and the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure adjusting valve 3 is controlled. It is a figure shown with the reference example which shows the case where it is not performed, and shows the case where an exhaust pressure changes according to suction temperature Ta. In FIG. 5, it is assumed that the above-described differential pressure D during exhaust is controlled so as to become the target differential pressure Dt during exhaust.
  • the exhaust bypass opening of the exhaust bypass valve 85 is made smaller as the suction temperature Ta becomes higher. In other words, the exhaust bypass opening of the exhaust bypass valve 85 is increased as the suction temperature Ta is decreased.
  • the exhaust pressure also changes. That is, when the exhaust bypass opening of the exhaust bypass valve 85 is decreased, the flow rate of the exhaust gas e flowing through the exhaust bypass passage 83 is decreased, and the flow rate of the exhaust gas e flowing into the turbine T is increased accordingly.
  • the exhaust pressure upstream such as 81 increases.
  • the sub-passage according to the change in the exhaust pressure even when the exhaust pressure changes due to the change in the opening degree of the exhaust bypass valve 85 provided in the exhaust bypass passage 83, the sub-passage according to the change in the exhaust pressure.
  • the chamber fuel line pressure Pt when the sub chamber fuel line pressure Pt becomes larger than the sub chamber pressure Ps, the sub chamber fuel Fs from the sub chamber fuel supply valve 2 which opens (fuel supply) to the sub chamber Rs is opened. Can be controlled to a desired amount during exhaust.
  • the sub-chamber gas engine 1 is a sub-chamber pressure detecting means 43 for supplying air to obtain the sub-chamber pressure Ps.
  • the sub-chamber pressure during supply that can acquire the sub-chamber pressure Pi during supply that is a pressure correlated with the sub-chamber pressure Ps when the supply valve 17 that controls the communication state between the cylinder 12 and the supply passage 7 is opened.
  • the detection means 43 may be further provided.
  • the air supply sub chamber pressure Pi is, for example, the pressure in the sub chamber Rs during the air supply process, but the air supply valve 17 is opened even in a process other than the air supply process due to valve opening timing or advancement. In such cases, that time is also included.
  • the opening time of the air supply valve 17 as described above is referred to as an air supply time.
  • the sub-chamber pressure detecting means 43 at the time of supply is pressure measuring means that can acquire pressure by measurement, such as a pressure gauge, for example.
  • the air supply sub-chamber pressure detecting means 43 may be installed in the air supply passage 7 such as an air supply manifold 71 constituting a part of the air supply passage 7 (see FIGS. 1 and 2). .
  • a pressure sensor pressure gauge or the like is installed at an appropriate position (the air supply manifold 71 or the like) in the air supply passage 7.
  • the pressure of the supply manifold 71 and the sub chamber pressure Ps may not exactly coincide with each other, but the pressure of the supply manifold 71 is correlated with the sub chamber pressure Ps.
  • the pressure of the supply manifold 71 is regarded as the supply sub chamber pressure Pi.
  • the detection value by the sub-chamber pressure detecting means 43 during correction is corrected to correct the sub-chamber pressure during supply.
  • Pi may be used, and the accuracy of the sub-chamber pressure Pi during supply can be improved.
  • the sub-chamber pressure detecting means 43 pressure measuring means
  • the sub-chamber pressure detecting means 43 at the time of air supply may be installed in the sub-chamber forming member 19, and the above-described exhaust time is detected by a pressure sensor installed in the sub-chamber forming member 19.
  • the sub chamber pressure acquisition means 41 and the air supply sub chamber pressure detection means 43 can be used together.
  • the air-supplying sub-chamber pressure detecting means 43 is based on the estimation from the operating state of the sub-chamber type gas engine 1 or the like.
  • the sub chamber pressure Pi may be acquired, and may be calculated from, for example, an output, an air flow rate calculated from a fuel flow rate, actual measurement, or volume efficiency.
  • the valve opening degree control device 5 controls the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure adjusting valve 3 so that the sub chamber fuel line pressure Pt increases as the supply sub chamber pressure Pi increases.
  • the sub-chamber fuel line pressure adjustment valve 3 is controlled so that the sub-chamber fuel line pressure Pt decreases as the sub-chamber pressure Pi during supply decreases.
  • the supply air pressure varies depending on engine operating conditions such as engine output and engine speed.
  • the sub-chamber pressure Ps changes, so that the differential pressure D between the sub-chamber fuel line pressure Pt and the sub-chamber pressure Ps changes.
  • the sub chamber fuel Fs may be passively supplied or stopped from the sub chamber fuel supply valve 2 to the sub chamber Rs.
  • the valve opening degree control device 5 controls the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure adjusting valve 3 so as to cancel the change in the differential pressure D at the time of air supply caused by the change in the air supply pressure.
  • the opening degree of the sub-chamber fuel line pressure regulating valve 3 is controlled in accordance with the change in the supply air pressure even when the supply air pressure changes, even when the supply air is exhausted (see FIG. 5).
  • the amount of change in the differential pressure D between the sub-chamber fuel line pressure Pt and the sub-chamber pressure Ps can be suppressed or reduced, so that the sub-chamber fuel Fs from the sub-chamber fuel supply valve 2 to the sub-chamber Rs can be reduced. It is possible to prevent the supply amount from being excessive or insufficient during supply.
  • the valve opening degree control device 5 includes the sub-chamber fuel line pressure Pt detected by the sub-chamber fuel line pressure detection means 42 and the air supply time detected by the air supply sub-chamber pressure detection means 43.
  • the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure regulating valve 3 may be controlled so that the differential pressure with the sub chamber pressure Pi becomes the target differential pressure Dt (target differential pressure Dt during supply).
  • the valve opening degree control device 5 includes the sub-chamber fuel line pressure Pt input from the sub-chamber fuel line pressure detecting means 42 and the above-mentioned supply sub-chamber pressure detecting means.
  • the sub-chamber fuel line pressure is calculated based on the difference (
  • the valve opening degree control apparatus 5 is the subchamber fuel line pressure according to the pressure of the subchamber at the time of valve opening of the air supply valve 17 (air supply subchamber pressure Pi), such as an air supply process.
  • the opening degree of the regulating valve 3 is controlled to adjust the sub chamber fuel line pressure Pt. More specifically, at the time of air supply, the sub-chamber fuel line pressure adjustment valve is set so that the differential pressure D between the sub-chamber fuel line pressure Pt and the air-supply subchamber pressure Pi becomes the target differential pressure Dt at the time of air supply. 3 valve opening is controlled.
  • the supply amount of the sub chamber fuel Fs from the sub chamber fuel supply valve 2 that opens (fuel supply) is not limited to that during exhaust, Even at times, it can be controlled to achieve a desired amount.
  • the supply amount of the sub-chamber fuel Fs from the sub-chamber fuel supply valve 2 including not only when exhausting but also when supplying air, it is desired for the sub-chamber Rs for each combustion cycle.
  • the sub-chamber fuel Fs can be more reliably supplied. Therefore, it is more certain that the total fuel (total amount of the lean premixed gas flowing from the sub-chamber fuel Fs and the main combustion chamber Rm) existing in the sub-chamber Rs for each combustion cycle is excessive or too small in the combustion stroke. Can be prevented.
  • FIG. 6 is a functional block diagram of the valve opening degree control device 5 according to one embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a functional block diagram showing details of the target differential pressure calculation unit 51 according to an embodiment of the present invention. 5 to 6 correspond to the case where the valve opening degree control device 5 performs the differential pressure control between the sub chamber fuel line pressure Pt and the sub chamber pressure Ps both at the time of supply and exhaust.
  • the valve opening degree control device 5 is based on the engine speed Ne, the supply sub-chamber pressure Pi, and the exhaust sub-chamber pressure Pe.
  • a target differential pressure calculation unit 51 that calculates a target differential pressure Dt at the time of exhaust, which is a target value of a differential pressure D between the sub chamber fuel line pressure Pt and the exhaust sub chamber pressure Pe, and a differential pressure D at the time of exhaust Is provided with a valve opening degree adjusting unit 56 that adjusts the valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure adjusting valve 3 so that the target differential pressure Dt becomes equal to the target differential pressure Dt.
  • the sub-chamber fuel Fs supplied from the sub-chamber fuel supply valve 2 and the lean premixed gas flowing in from the main combustion chamber Rm are mixed for each combustion cycle, and the concentration is suitable for ignition.
  • the sub-chamber fuel supply valve 2 supplies the sub-chamber fuel Fs to the sub-chamber Rs when the sub-chamber fuel line pressure Pt is larger than the sub-chamber pressure Ps. Made in For this reason, when determining the target differential pressure Dt at the time of exhaust, the engine rotational speed Ne and the sub chamber pressure Pi at the time of air supply are taken into consideration, and the target differential pressure Dt at the time of air supply calculated by these is taken into consideration. Yes.
  • the target differential pressure Dt corresponding to the sub-chamber fuel Fs to be supplied from the sub-chamber fuel supply valve 2 during exhaust is taken into consideration in consideration of the sub-chamber fuel Fs supplied from the sub-chamber fuel supply valve 2 during supply. I am trying to calculate.
  • the target differential pressure calculation unit 51 includes the above-described exhaust sub-chamber pressure Pe from the exhaust sub-chamber pressure acquisition unit 41 and the supply sub-chamber pressure detection unit 43. And the engine speed Ne calculated based on a detected value of the crank angle sensor 16s (see FIG. 1) capable of detecting the crank angle ⁇ of the crankshaft 16 and the sub-chamber pressure Pi during supply. ing.
  • the target differential pressure calculation unit 51 is connected to the valve opening degree adjustment unit 56.
  • the valve opening adjusting unit 56 is configured to transmit a valve opening command I to the sub chamber fuel line pressure adjusting valve 3 when receiving the target differential pressure Dt during exhaust from the target differential pressure calculating unit 51. Has been. As shown in FIG.
  • the valve opening degree adjusting unit 56 includes a sub chamber fuel line pressure Pt and a sub chamber pressure Ps (exhaust sub chamber pressure Pe during exhaust, and sub chamber pressure Pi during supply when supplying air). Or the differential pressure D between the sub-chamber pressure Pe during exhaust and the sub-chamber pressure Pi during supply) is input, and the valve opening degree adjustment unit 56 observes the differential pressure D fed back and The valve opening degree of the sub chamber fuel line pressure regulating valve 3 may be controlled so that the pressure D becomes the target differential pressure Dt.
  • the valve opening degree control device 5 includes the target differential pressure calculation unit 51 and the valve opening degree adjustment unit 56, so that the sub chamber fuel line pressure Pt and the exhaust sub chamber pressure Pe are set during exhaust.
  • the differential pressure D can be controlled to be the target differential pressure Dt.
  • the target differential pressure calculation unit 51 is based on the engine speed Ne and the sub-chamber pressure Pi during supply.
  • a correction value for correcting the reference value Db based on the reference value calculation unit 52 for calculating the reference value Db of the target differential pressure Dt during exhaust, and the sub chamber pressure Pi during supply and the sub chamber pressure Pe during exhaust A correction value calculation unit 53 that calculates Dc and a calculation unit 54 that calculates a target differential pressure Dt based on the reference value Db and the correction value Dc.
  • the reference value calculation unit 52 uses the reference value calculation map Mb for calculating the reference value Db based on the engine speed Ne and the sub-chamber pressure Pi during supply.
  • the reference value Db is calculated.
  • the correction value calculation unit 53 uses the correction value calculation map Mc for calculating the correction value Dc based on the supply sub-chamber pressure Pi and the exhaust sub-chamber pressure Pe to calculate the correction value Dc. calculate.
  • the reference value calculation unit 52 and the correction value calculation unit 53 are respectively connected to the calculation unit 54, and the reference value Db and the correction value Dc are input to the calculation unit 54, respectively.
  • the calculation unit 54 calculates the target differential pressure Dt by calculation such as subtraction of the reference value Db and the correction value Dc.
  • the target differential pressure Dt calculated in this way is transmitted to the valve opening degree adjusting unit 56 described above.
  • the target differential pressure calculation unit 51 uses the reference value Db calculated based on the engine speed Ne and the supply sub chamber pressure Pi as the supply sub chamber pressure Pi and the exhaust sub chamber.
  • the target differential pressure Dt is calculated by correcting with the correction value Dc calculated based on the pressure Pe.
  • the exhaust sub-chamber pressure Pe is acquired by measurement by the exhaust sub-chamber pressure acquisition means 41, and the target differential pressure calculation unit 51 performs the measured exhaust sub-pressure.
  • a chamber pressure Pe is used.
  • the exhaust sub-chamber pressure acquisition means 41 is configured to acquire the exhaust sub-chamber pressure Pe by estimation, and the target differential pressure calculation unit 51 performs the estimated exhaust time.
  • a sub chamber pressure Pe is used.
  • the exhaust sub-chamber pressure acquisition means 41 is configured to estimate the sub-chamber pressure Ps based on the command value of the exhaust bypass opening of the exhaust bypass valve 85 of the turbocharger 9. Specifically, using the calculation formula of the exhaust pressure (P exhaust ) when changing the exhaust bypass ratio ⁇ , which is the ratio of the exhaust gas e passing through the exhaust bypass passage 83 in the exhaust gas e discharged from the engine body 11.
  • the exhaust pressure is estimated, and the sub chamber pressure Ps is estimated.
  • the exhaust bypass opening command value has a predetermined functional relationship with the exhaust bypass rate ⁇ , and the exhaust bypass rate ⁇ is obtained from the exhaust bypass opening command value.
  • the calculation formula of the exhaust pressure ( Pexhaust ) will be described in detail. Assuming that the pressure / temperature at the compressor inlet is equal to the pressure / temperature of the atmosphere, and that the compressor outlet pressure / temperature is equal to the pressure / temperature of the supply port 72,
  • the driving work W comp of the compressor C is expressed by the following formula (1).
  • P 0 is the atmospheric pressure
  • T 0 is the suction temperature (suction temperature Ta)
  • P inmani is the supply manifold pressure
  • ⁇ comp the compressor efficiency
  • is the specific heat ratio
  • R is the gas constant.
  • the present invention is not limited to this embodiment, and in some other embodiments, the exhaust sub-chamber pressure acquisition means 41 uses other information other than the command value of the exhaust bypass opening, The sub chamber pressure Pe may be acquired by estimation.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments, and includes forms obtained by modifying the above-described embodiments and forms obtained by appropriately combining these forms.

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Abstract

副室式ガスエンジンは、副室燃料供給ラインに接続される、副室への副室燃料の供給を制御する副室燃料供給弁であって、副室燃料供給ラインの圧力である副室燃料ライン圧力が副室の圧力である副室圧力よりも大きくなると開弁する副室燃料供給弁と、副室燃料供給ラインに設置された、副室燃料ライン圧力を調整可能な副室燃料ライン圧調整弁と、主燃焼室を形成するシリンダと排気通路との連通状態を制御する排気バルブの開弁時における副室圧力に相関する圧力である排気時副室圧力を取得可能な排気時副室圧取得手段と、副室燃料ライン圧調整弁の弁開度を制御するよう構成された弁開度制御装置と、を備え、弁開度制御装置は、排気時副室圧力に応じて、副室燃料ライン圧調整弁の弁開度を制御する。

Description

副室式ガスエンジン
 本開示は、主燃焼室に連通する副室を有する副室式ガスエンジンに関し、特に、副室に直接供給する副室燃料の制御に関する。
 従来から、希薄予混合気を効率良く燃焼させることが可能なエンジンとして副室式ガスエンジンが知られている(例えば、特許文献1~2)。副室式ガスエンジンは、ピストンとシリンダヘッドとの間に画定される主燃焼室(主室)と、シリンダ上部などの主燃焼室に近接して設けられた副室とを有しており、主燃焼室と副室とは複数の噴孔を介して連通される。そして、点火プラグなどの着火装置により副室の混合気を着火することにより、この着火によって生じた燃焼火炎が副室の下部に設けられた複数の噴孔の各々から噴出し、主燃焼室の希薄予混合気を燃焼させる。より詳細には、エンジンの給気行程でシリンダ内に導入された希薄予混合気の一部は、圧縮工程において複数の噴孔の各々を介して副室に流入し、副室燃料供給弁を介して副室に直接供給されている副室燃料と混合されて、副室には着火に適した濃度を有する混合気が生成される。この状態の混合気が着火装置により着火されることで、燃焼火炎が副室噴孔からシリンダへ噴出し、これを火種(トーチ)として主燃焼室の希薄予混合気が着火、燃焼する。これによって、主燃焼室における希薄燃料の燃焼が可能となり、低燃費(高効率化)を実現している。また、主燃焼室での希薄予混合気の燃焼は、比較的低温の燃焼であるため、NOx等の発生量を低減し、低公害を実現可能としている。
 ところで、例えば特許文献1~2では、上述した副室燃料供給弁による副室燃料の供給タイミングや供給量は、副室燃料供給弁に副室燃料を送る副室燃料供給ラインの圧力(副室燃料ライン圧力)と副室の圧力(副室圧力)との差圧により受動的に決まる。具体的には、副室燃料供給弁は、副室燃料ライン圧力が副室圧力よりも大きい時に開弁するようになっており、開弁することによって、副室燃料供給弁から副室へ副室燃料が供給される。そして、特許文献1~2では、副室燃料ライン圧力と給気管内の圧力(給気圧)との差圧を所望値に調整して副室燃料を供給するようになっており、このような副室燃料ライン圧力と給気圧との差圧を目標値とした差圧制御によって、給気時における副室燃料の供給量を制御している。
 この種の副室燃料供給弁を用いた場合、圧縮、燃焼行程のシリンダ内の圧力は高圧であり、主燃焼室に連通する副室も高圧となることから副室への副室燃料の供給はなされず、副室燃料の供給タイミングは、副室燃料ライン圧力が副室圧力よりも大きくなり得る給気行程や排気工程となる。この際、給気行程では、エンジンの出力や回転数等のエンジンの運転条件によって給気圧力が変化するため、特許文献1~2によれば、副室燃料の供給量を適切に制御することが可能となる。
特開2002-317664号公報 特開2012-172657号公報
 しかしながら、例えば、排気タービン過給機を備える副室式ガスエンジンにおいて、過給機のタービンを迂回する排気バイパス通路を流れる排ガスの流量が変化された場合や、季節変化に伴い過給機に流入する排ガスの温度(吸込温)が変化した場合など、何らかの理由により排気圧力が短期的にも長期的にも変化(変動)する場合がある。そして、排気圧力の変化に伴って副室圧力も変化するため、排気圧力の変化が生じた場合には排気圧力(副室圧力)の変化に応じて、副室燃料供給弁から副室に副室燃料が受動的に供給あるいは停止されることになる。つまり、排気行程中に供給される副室燃料が変化することによって、燃焼サイクル毎の副室への副室燃料の供給量が過多あるいは過少になるおそれがある。このような副室燃料の供給量の変化や、これに伴う点火時における副室の空気過剰率の変化は、主燃焼室における過大な燃焼や失火の原因となり、エンジンの効率の悪化や損傷を引き起す原因となる。
 上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、排気圧力が変化する場合においても適切な量の副室燃料を副室に供給することが可能な副室式ガスエンジンを提供することを目的とする。
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係る副室式ガスエンジンは、
 主燃焼室に連通する副室を有する副室式ガスエンジンにおいて、
 副室燃料が流れる副室燃料供給ラインと、
 前記副室燃料供給ラインに接続される、前記副室への前記副室燃料の供給を制御する副室燃料供給弁であって、前記副室燃料供給ラインの圧力である副室燃料ライン圧力が前記副室の圧力である副室圧力よりも大きくなると開弁する副室燃料供給弁と、
 前記副室燃料供給ラインに設置された、前記副室燃料ライン圧力を調整可能な副室燃料ライン圧調整弁と、
 前記主燃焼室を形成するシリンダと排気通路との連通状態を制御する排気バルブの開弁時における前記副室圧力に相関する圧力である排気時副室圧力を取得可能な排気時副室圧取得手段と、
 前記副室燃料ライン圧調整弁の弁開度を制御するよう構成された弁開度制御装置と、を備え、
 前記弁開度制御装置は、前記排気時副室圧取得手段によって取得された前記排気時副室圧力に応じて、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されている。
 上記(1)の構成によれば、副室燃料供給弁による副室燃料の副室への供給は、副室燃料供給ラインの圧力(副室燃料ライン圧力)が副室の圧力(副室圧力)よりも大きくなるとなされるところ、弁開度制御装置は、排気工程などの排気バルブの開弁時(以下、排気時という。)における副室に相関する圧力(排気時副室圧力)に応じて副室燃料ライン圧調整弁の弁開度を制御し、副室燃料ライン圧力を調整するよう構成される。このように、排気時副室圧力に応じて副室燃料ライン圧力を制御することによって、副室燃料ライン圧力が副室圧力よりも大きくなると開弁(燃料供給)する副室燃料供給弁からの副室燃料の供給量を、排気時において制御することができる。
 これによって、燃焼サイクル毎の副室への副室燃料の供給量が、例えば、副室において点火に適した混合気を生成するのに適した量など、所望の量になるように調整することが可能となる。したがって、燃焼サイクル毎の副室燃料の供給量が過多あるいは過少となるのを回避することができ、副室への副室燃料の供給量が過多あるいは過少となることにより引き起される過大な燃焼や失火等による効率の悪化や、副室式ガスエンジンの損傷などを防止することができる。
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
 前記弁開度制御装置は、前記排気時副室圧力が大きくなると、前記副室燃料ライン圧力が大きくなるように前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御し、前記排気時副室圧力が小さくなると、前記副室燃料ライン圧力が小さくなるように前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されている。
 上記(2)の構成によれば、弁開度制御装置は、排気時の排気圧力の変化によって生じる、副室燃料ライン圧力と副室圧力との差圧の変化を打ち消すように、副室燃料ライン圧調整弁の弁開度を排気圧力の変化に応じて制御する。これによって、副室燃料供給弁からの副室燃料の供給量が、排気時において過多あるいは過少となるのを防止することができる。
(3)幾つかの実施形態では、上記(2)の構成において、
 前記副室燃料供給ラインの前記副室燃料ライン圧力を検出する副室燃料ライン圧力検出手段を、さらに備え、
 前記弁開度制御装置は、前記副室燃料ライン圧力検出手段によって検出された前記副室燃料ライン圧力と、前記排気時副室圧取得手段によって取得された前記排気時副室圧力との差圧が目標差圧となるように、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されている。
 上記(3)の構成によれば、排気時において、副室燃料ライン圧力と副室圧力(排気時副室圧力)との差圧が目標差圧となるように制御される。これによって、副室燃料ライン圧力が副室圧力よりも大きくなると開弁(燃料供給)する副室燃料供給弁からの副室燃料の供給量を、排気時において所望の量となるように制御することができる。
(4)幾つかの実施形態では、上記(3)の構成において、
 前記排気通路を流れる排ガスによって回転駆動されるタービンを有するターボチャージャと、
 前記タービンを迂回して前記排ガスが流れることを可能とする排気バイパス通路に設けられた、前記排気バイパス通路を流れる前記排ガスの流量を制御可能な排気バイパス弁と、をさらに備える。
 上記(4)の構成によれば、排気バイパス通路に設けられた排気バイパス弁の弁開度が変化されることによって排気圧力が変化するような場合であっても、排気圧力の変化に応じて副室燃料ライン圧力を制御することにより、副室燃料ライン圧力が副室圧力よりも大きくなると開弁(燃料供給)する副室燃料供給弁からの副室燃料の供給量を、排気時において所望の量などになるように制御することができる。
(5)幾つかの実施形態では、上記(3)~(4)の構成において、
 前記副室圧力を取得するための給気時副室圧検出手段であって、前記シリンダと給気通路との連通状態を制御する給気バルブの開弁時における前記副室圧力に相関する圧力である給気時副室圧力を取得可能な給気時副室圧検出手段を、さらに備え、
 前記弁開度制御装置は、前記副室燃料ライン圧力検出手段によって検出された前記副室燃料ライン圧力と、前記給気時副室圧検出手段によって取得された前記給気時副室圧力との差圧が目標差圧となるように、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されている。
 上記(5)の構成によれば、弁開度制御装置は、給気工程などの給気バルブの開弁時(以下、給気時という。)における副室に相関する圧力(給気時副室圧力)に応じて副室燃料ライン圧調整弁の弁開度を制御し、副室燃料供給ラインの圧力(副室燃料ライン圧力)を調整するよう構成される。より具体的には、給気時において、副室燃料ライン圧力と給気時副室圧力との差圧が目標差圧となるように副室燃料ライン圧調整弁の弁開度が制御される。これによって、副室燃料ライン圧力が副室圧力よりも大きくなると開弁(燃料供給)する副室燃料供給弁からの副室燃料の供給量を、排気時のみならず、給気時においても所望の量となるように制御することができる。
 このように、排気時のみならず給気時も含めて副室燃料供給弁からの副室燃料の供給量の制御を行うことにより、燃焼サイクル毎に副室に対して所望の量の副室燃料をより確実に供給できる。よって、副室に供給された副室燃料の供給量が燃焼行程において過多あるいは過少となることをより確実に防止することができる。
(6)幾つかの実施形態では、上記(5)の構成において、
 前記弁開度制御装置は、
 エンジン回転数と、前記給気時副室圧力と、前記排気時副室圧力とに基づいて、前記副室燃料ライン圧力と前記排気時副室圧力との差圧の目標値となる目標差圧を算出する目標差圧算出部と、
 前記差圧が前記目標差圧となるように、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を調整する弁開度調整部と、を有する。
 上記(6)の構成によれば、弁開度制御装置は、目標差圧算出部および弁開度調整部を有することにより、排気時において、副室燃料ライン圧力と副室圧力(排気時副室圧力)との差圧が目標差圧となるように制御することができる。
(7)幾つかの実施形態では、上記(6)の構成において、
 前記目標差圧算出部は、
 前記エンジン回転数と前記給気時副室圧力とに基づいて、前記目標差圧の基準値を算出する基準値算出部と、
 前記給気時副室圧力と前記排気時副室圧力とに基づいて、前記基準値を補正するための補正値を算出する補正値算出部と、
 前記基準値と前記補正値とに基づいて前記目標差圧を算出する演算部と、を有する。
 上記(7)の構成によれば、目標差圧算出部は、エンジン回転数と給気時副室圧力とに基づいて算出した基準値を、給気時副室圧力と排気時副室圧力とに基づいて算出した補正値によって補正することで、目標差圧を算出するよう構成される。これによって、既に、エンジン回転数と給気時副室圧力とに基づいて給気時の目標差圧に基づく副室燃料の供給量の制御を行っている場合において、排気時における目標差圧の制御を容易に追加することができる。
(8)幾つかの実施形態では、上記(5)~(7)の構成において、
 前記給気時副室圧検出手段は、計測により圧力を取得可能な圧力計測手段である。
 上記(8)の構成によれば、例えば圧力センサといった圧力計測手段によって実測することにより、給気時副室圧力を取得することができる。
(9)幾つかの実施形態では、上記(8)の構成において、
 前記圧力計測手段は、前記給気通路の一部を構成する給気マニホールドの圧力を検出する。
 上記(9)の構成によれば、圧力計測手段によって給気マニホールドの圧力が計測される。副室と給気マニホールドとは、給気バルブが開いている給気時において連通しているため、給気マニホールドの圧力を計測することで、給気時副室圧力を取得することができる。
(10)幾つかの実施形態では、上記(5)~(7)の構成において、
 前記給気時副室圧検出手段は、前記給気時副室圧力を推定により取得するように構成される。
 上記(10)の構成によれば、例えば、副室式ガスエンジンの出力や、燃料流量、実測または体積効率から算出した空気流量などの副室式ガスエンジンの運転状態に基づいて副室圧力を推定するよう構成される。これによって、例えばセンサ等の圧力計測手段を設置することなく、給気時副室圧力を推定により取得することができる。
(11)幾つかの実施形態では、上記(1)~(10)の構成において、
 前記排気時副室圧取得手段は、計測により圧力を取得可能な圧力計測手段である。
 上記(11)の構成によれば、例えば圧力センサといった圧力計測手段によって実測することにより、排気時副室圧力を取得することができる。
(12)幾つかの実施形態では、上記(11)の構成において、
 前記圧力計測手段は、前記排気通路の一部を構成する排気マニホールドの圧力を検出する。
 上記(12)の構成によれば、圧力計測手段によって排気マニホールドの圧力が計測される。副室と排気マニホールドとは、排気バルブが開いている排気時において連通しているため、排気マニホールドの圧力を計測することで、排気時副室圧力を取得することができる。
(13)幾つかの実施形態では、上記(1)~(10)の構成において、
 前記排気時副室圧取得手段は、前記排気時副室圧力を推定により取得するように構成される。
 上記(13)の構成によれば、例えば、排気バイパス弁の排気バイパス開度と排気圧力との関係を予め実験等によって取得することで、排気圧力を変化させる排気バイパス弁の排気バイパス開度の指令値に基づいて副室圧力を推定するよう構成される。これによって、例えばセンサ等の圧力計測手段を設置することなく、排気時副室圧力を推定により取得することができる。
 本発明の少なくとも一実施形態によれば、排気圧力が変化する場合においても適切な量の副室燃料を副室に供給することが可能な副室式ガスエンジンが提供される。
本発明の一実施形態に係る副室式ガスエンジンの構成を概略的に示す図である。 図1の副室式ガスエンジンをより簡略化して示す図である。 本発明の一実施形態に係る弁開度制御装置が実行する制御フローを示す図である。 本発明の一実施形態に係る弁開度制御装置が実行する排気時の差圧制御フローを示す図である。 本発明の一実施形態に係る弁開度制御装置による副室燃料ライン圧調整弁の弁開度の制御結果を、副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度が制御されない場合を示す参考例と共に示す図であり、吸込温に応じて排気圧力が変化する場合を示す。 本発明の一実施形態に係る弁開度制御装置の機能ブロック図である。 本発明の一実施形態に係る目標差圧算出部の詳細を示す機能ブロック図である。
 以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
 例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
 例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
 例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
 一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
 図1は、本発明の一実施形態に係る副室式ガスエンジン1の構成を概略的に示す図である。図2は、図1の副室式ガスエンジン1をより簡略化して示す図である。図1~図2に示されるように、副室式ガスエンジン1は、副室燃料供給ラインLsと、副室燃料供給弁2と、副室燃料ライン圧調整弁3と、排気時副室圧取得手段41と、弁開度制御装置5と、を備える。
 副室式ガスエンジン1は、図1に示されるように、主燃焼室Rmに連通する副室Rsを有したエンジンである。主燃焼室Rmは、エンジン本体11におけるシリンダ12とピストン13の上面とによって画定される空間である。また、副室Rsは、副室形成部材19の内部に形成された空間であり、副室形成部材19に形成された副室Rsと外部とを連通する噴孔を介して主燃焼室Rmに連通する。副室式ガスエンジン1は、主燃焼室Rmに給気ポート72を介して連通する給気通路7と、排気ポート82を介して連通する排気通路8と、主燃焼室Rmと給気通路7との連通状態を制御する給気バルブ17と、主燃焼室Rmと排気通路8との連通状態を制御する排気バルブ18と、を備えており、給気バルブ17および排気バルブ18は不図示の動弁機構によりクランク軸16のクランク角度θに応じて給気ポート72や排気ポート82を開閉する。
 図1~図2に示される実施形態では、副室式ガスエンジン1は複数(例えば4つ)のシリンダ12を備える多気筒エンジンとなっている(図2参照)。そして、図1~図2に示されるように、給気通路7は、主燃焼室Rmへの吸入空気(給気a)を複数のシリンダ12の各々に導入するために複数に分岐された給気マニホールド71を有し、排気通路8は、複数のシリンダ12の各々から排出される燃焼ガス(排ガスe)を合流させる排気マニホールド81を有している。また、給気マニホールド71の有する分岐通路の各々にはインジェクタ14が設置されており、インジェクタ14から噴射された燃料(以下、主室燃料)と給気通路7を流れる給気aとが混合されることで生成された混合気(希薄予混合気)が主燃焼室Rmに供給されるようになっている。他方、副室Rsへの燃料(以下、副室燃料Fs)の供給は副室燃料供給弁2(後述)により直接行われるようになっている。そして、副室形成部材19に設置された着火装置(本実施形態では点火プラグ19f)による副室Rsでの燃料(副室燃料Fsおよび主燃焼室Rmから流入する希薄予混合気)の着火によって燃焼火炎が生じ、この燃焼火炎が噴孔を介して副室Rsから主燃焼室Rmに噴出されることで、主燃焼室Rmの主室燃料(希薄予混合気)が燃焼されるようになっている。
 副室燃料供給ラインLsは副室燃料Fsが流れるラインである。副室燃料供給ラインLsは、副室Rsへの副室燃料Fsの供給を制御する副室燃料供給弁2に接続されており、副室燃料Fsを副室燃料供給弁2に対して供給する。図1~図2に示される実施形態では、副室燃料供給ラインLsは管状の部材であり、管状の内部に副室燃料Fsを流すようになっている。
 また、副室燃料供給弁2は、副室燃料供給ラインLsを流れる副室燃料Fsによって生じる圧力(以下、副室燃料ライン圧力Pt)が副室Rsの圧力(以下、副室圧力Ps)よりも大きくなると開弁する。また、副室燃料ライン圧力Ptと副室圧力Psとの差圧D(以下、適宜、差圧Dという。)に応じた開度で開弁すると共に、開弁状態を維持する。より具体的には、副室燃料供給弁2は、副室燃料ライン圧力Ptが副室圧力Ps以下の場合(Pt≦Ps)には、その圧力差による圧力(Ps-Pt≧0)およびバネなどによる力(引っ張り力)によって閉弁された状態に維持されるようになっており、副室燃料ライン圧力Ptが副室圧力Psよりも大きくなり(Pt>Ps)、副室燃料ライン圧力Ptが副室圧力Psおよび上記の引っ張り力の合計よりも大きくなると、開弁する。つまり、副室燃料供給弁2は、上記の差圧Dによって開閉作動するようになっており、開弁状態となることによって副室燃料Fsの副室Rsへの流入を許可する一方で、閉弁状態となることによって逆方向の流れを不可とする逆止弁となっている。図1~図2に示される実施形態では、運転条件に応じて、燃焼サイクル毎に副室Rsにおける点火に適した混合気を生成するために必要となる量の副室燃料Fsが、副室燃料供給弁2から副室Rsに供給されるようになっている。また、図1~図2に示される実施形態では、副室燃料供給弁2は副室形成部材19の内部に設置されているが、これには限定されず、他の幾つかの実施形態では副室形成部材19の外部に位置していても良い。
 副室燃料ライン圧調整弁3は、副室燃料供給ラインLsに設置された、副室燃料ライン圧力Ptを調整可能な弁装置であり、後述する弁開度制御装置5による弁開度指令Iに従った作動が可能となっている。つまり、副室燃料ライン圧調整弁3によって、副室燃料ライン圧力Ptを増大あるいは低下させることが可能であり、副室圧力Psとの相対的な圧力差が調整できるので、副室燃料ライン圧力Ptと副室圧力Psとの差圧Dを調整することが可能となる。図1~図2に示される実施形態では、副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を大きくすると副室燃料ライン圧力Ptが大きくなり、副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を小さくすると副室燃料ライン圧力Ptが小さくなるようになっている。
 排気時副室圧取得手段41は、主燃焼室Rmを形成するシリンダ12と排気通路8との連通状態を制御する排気バルブ18(前述)の開弁時における副室圧力Psに相関する圧力である排気時副室圧力Peを取得可能に構成された手段である。排気時副室圧力Peは、例えば排気工程時の副室Rsの圧力に相関する圧力であるが、排気バルブ18が、開弁時期の進角化などにより排気工程時以外の工程においても開弁されるような場合にはその時も含む。以下、前述したような排気バルブ18の開弁時を排気時と呼ぶ。図1~図2に示される実施形態では、排気時副室圧取得手段41は、例えば圧力センサ(圧力計)となっており、計測により圧力を取得可能な圧力計測手段となっている。また、例えば、排気時副室圧取得手段41(圧力計測手段)は、排気通路8の一部を構成する上述した排気マニホールド81など、排気通路8に設置されていても良い。排気バルブ18の開弁時には、排気通路8と副室Rsとが連通するため、排気通路8における適切な位置(排気マニホールド81など)に圧力計などを設置することにより、コストの増大を抑制しつつ、排気時の副室Rsの圧力を取得することが可能となる。排気時において、排気マニホールド81の圧力と副室圧力Psとは厳密には一致しない場合はあるものの、排気マニホールド81の圧力は副室圧力Psに相関しており、本実施形態では、排気マニホールド81の圧力を排気時副室圧力Peとみなしている。なお、副室Rsから排気時副室圧取得手段41の設置位置までの圧力損失などを考慮して、排気時副室圧取得手段41による検出値を補正して排気時副室圧力Peとしても良く、排気時副室圧力Peの精度向上を図ることができる。あるいは、排気時副室圧取得手段41(圧力計測手段)は、副室形成部材19に設置されて、副室Rsの圧力を直接取得しても良い。
 弁開度制御装置5は、上述した、副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を制御するよう構成される。弁開度制御装置5は、電子制御装置(ECU)などのコンピュータであり、図示しないCPU(プロセッサ)や、ROMやRAMといったメモリ(記憶装置)を備えている。そして、主記憶装置にロードされたプログラムの命令に従ってCPUが動作(データの演算など)することで、各機能部を実現する。図1~図2に示される実施形態では、弁開度制御装置5は、エンジン制御ECU15の一機能部として実装されている。ただし、本実施形態に本発明は限定されず、他の幾つかの実施形態では、エンジン制御ECU15とは物理的に異なる電子制御装置に、単独あるいは他の機能部と共に実装されていても良い。
 上述した構成を備える副室式ガスエンジン1では、上述した副室燃料供給弁2が副室燃料ライン圧力Ptと副室圧力Psとの差圧Dに応じて開閉するため、副室燃料供給弁2による副室Rsへの副室燃料Fsの供給タイミングや供給量は、この差圧Dにより受動的に決まる。このような副室燃料供給弁2を用いた場合、排気バルブ18の開弁時において、何らかの理由により排気通路8における圧力(排気圧力)の変化が生じると、この排気圧力の圧力変化に応じて変化する副室圧力Psに応じて、副室燃料供給弁2から副室Rsに副室燃料Fsが受動的に供給あるいは停止される場合がある。具体的には、排気圧力が小さくなる側に変化すると副室圧力Psもその分小さくなる。これによって、副室燃料ライン圧力Ptは副室圧力Psよりも相対的に大きくなるので、その結果として、副室燃料供給弁2が開弁あるいはより大きく開弁されることになり、期待されていた量よりも多い量の副室燃料Fsが副室Rsに供給される。逆に、排気圧力が大きくなる側に変化すると副室圧力Psもその分大きくなる。これによって、副室燃料ライン圧力Ptは副室圧力Psよりも相対的に小さくなるので、その結果として、副室燃料供給弁2が閉弁あるいはより小さく開弁されることになり、期待されていた量よりも少ない量の副室燃料Fsが副室Rsに供給される。
 すなわち、排気時に排気圧力の変化が生じることによって、燃焼サイクル毎の副室Rsへの副室燃料Fsの供給量が過多あるいは過少となる場合がある。通常は、副室燃料供給弁2から副室Rsには、副室Rsでの着火に適した濃度となるような最適量の副室燃料Fsが供給されるように構成されているところ、そのような副室燃料Fsの最適量に対して副室燃料Fsの供給量が過多あるいは過少になると空気過剰率も変化するので、過大な燃焼や失火が生じる場合が有り得る。そして、副室燃料Fsの供給量が過多(空気過剰率の低下)になることにより主燃焼室Rmで過大な燃焼が生じたり、逆に、過少(空気過剰率の増大)となることにより主燃焼室Rmでの失火が生じたりすると、副室式ガスエンジン1の効率が悪化する。さらには、これらが原因で、副室式ガスエンジン1の損傷を引き起こす場合もある。
 そこで、弁開度制御装置5は、排気時副室圧取得手段41によって取得された排気時副室圧力Peに応じて、副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を制御するよう構成される。図1~図2に示されるように、弁開度制御装置5は、副室燃料ライン圧調整弁3に対してその制御が可能なように接続されており、副室燃料ライン圧調整弁3に弁開度指令Iを送信することで、副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度の制御が可能に構成されている。また、弁開度制御装置5は、排気時副室圧取得手段41に接続されており、排気時副室圧取得手段41が取得した排気時副室圧力Peが入力されるようになっている。これによって、弁開度制御装置5は、排気時副室圧力Peに応じた副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度の制御が可能となっている。
 より詳細には、弁開度制御装置5は、排気時副室圧力Peが大きくなると、副室燃料ライン圧力Ptが大きくなるように副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を制御し、排気時副室圧力Peが小さくなると、副室燃料ライン圧力Ptが小さくなるように副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を制御するよう構成されている。つまり、弁開度制御装置5は、排気圧力の変化によって生じる上記の差圧D(|Pt-Ps|)の変化を打ち消すように、副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を制御する。これによって、排気圧力の変化が生じても(後述する図5(b)参照)、副室燃料ライン圧調整弁3の制御により、上述したように副室燃料ライン圧力Ptを排気圧力の変化に応じて制御することにより(後述する図5(c)参照)、副室燃料ライン圧力Ptと副室圧力Psとの差圧Dの変化を抑制あるいは変化量を低減することができるので(後述する図5(d)参照)、副室燃料供給弁2からの副室燃料Fsの供給量が排気時において過多あるいは過少となることの防止が可能となる。
 上述した弁開度制御装置5の制御フローを、図3を用いて説明する。図3は、本発明の一実施形態に係る弁開度制御装置5が実行する制御フロー(弁開度制御方法)を示す図である。この制御フローは、排気時副室圧取得手段41から排気時副室圧力Peが入力されるたびに実行される。
 図3のステップS31において、排気時副室圧力取得ステップを実行し、排気時副室圧力Peを取得する。ステップS32において、排気時副室圧力Peの圧力変動(圧力変化)が生じているか否かを判定、排気時副室圧力Peの圧力変動が生じていないと判定した場合には、図3のフローを終了する。
 逆に、ステップS32において、排気時副室圧力Peの圧力変動が生じていると判定した場合には、ステップS33において、排気時副室圧力Peが増大したか否かを判定する圧力変動方向判定ステップを実行する。そして、排気時副室圧力Peが増大側に変動していると判定した場合には、ステップS34において副室燃料ライン圧力増大ステップを実行し、副室燃料ライン圧力Ptを増大させる。逆に、ステップS33において、排気時副室圧力Peが減少側に変動していると判定した場合には、ステップS35において副室燃料ライン圧力減少ステップを実行し、副室燃料ライン圧力Ptを減少させる。
 上記の構成によれば、副室燃料供給弁2による副室燃料Fsの副室Rsへの供給は、副室燃料ライン圧力Ptが副室圧力Psよりも大きくなるとなされるところ、弁開度制御装置5は、排気時副室圧力Peに応じて副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を制御し、副室燃料ライン圧力Ptを調整するよう構成される。このように、排気時副室圧力Peに応じて副室燃料ライン圧力Ptを制御することによって、副室燃料ライン圧力Ptが副室圧力Psよりも大きくなると開弁(燃料供給)する副室燃料供給弁2からの副室燃料Fsの供給量を、排気時に制御することができる。
 これによって、燃焼サイクル毎の副室Rsへの副室燃料Fsの供給量が、例えば、副室Rsにおいて点火に適した混合気を生成するのに適した量など、所望の量になるように調整することが可能となる。したがって、燃焼サイクル毎の副室燃料Fsの供給量が過多あるいは過少となるのを回避することができ、副室Rsへの副室燃料Fsの供給量が過多あるいは過少となることにより引き起される過大な燃焼や失火等による効率の悪化や、副室式ガスエンジン1の損傷などを防止することができる。
 また、幾つかの実施形態では、図1~図2に示されるように、副室式ガスエンジン1は、副室燃料供給ラインLsの副室燃料ライン圧力Ptを検出する副室燃料ライン圧力検出手段42を、さらに備えていても良い。そして、弁開度制御装置5は、副室燃料ライン圧力検出手段42によって検出された副室燃料ライン圧力Ptと、排気時副室圧取得手段41によって取得された排気時副室圧力Peとの差圧Dが目標差圧Dtとなるように、副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を制御するよう構成されている。図1~図2に示される実施形態では、副室燃料ライン圧力検出手段42は例えば圧力計であり、副室燃料供給ラインLsにおける副室燃料ライン圧調整弁3の下流側(副室Rs側)で、かつ、副室燃料供給弁2の上流側に設置されている。また、副室燃料ライン圧力検出手段42は弁開度制御装置5に接続されることで、検出した副室燃料ライン圧力Ptを弁開度制御装置5に入力するようになっている。
 そして、弁開度制御装置5は、副室燃料ライン圧力検出手段42から入力される副室燃料ライン圧力Ptと、上述した排気時副室圧取得手段41から入力される排気時副室圧力Peとの差を演算し、メモリに格納された排気時の目標差圧Dtとの比較に基づいて、副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度の制御を実行するよう構成されている。
 上述した弁開度制御装置5の制御フローを、図4を用いて説明する。図4は、本発明の一実施形態に係る弁開度制御装置5が実行する排気時の差圧制御フロー(弁開度制御方法)を示す図である。この制御フローは、排気時副室圧取得手段41から排気時副室圧力Peが入力されるたびに実行される。
 図4のステップS41において、圧力取得ステップを実行し、排気時副室圧力Pe及び副室燃料ライン圧力Ptを取得する。ステップS42において、副室燃料ライン圧力Ptと排気時副室圧力Peとの差を算出する。そして、ステップS43において、ステップS42の算出値と排気時の目標差圧Dtとを比較した結果、上記の算出値と排気時の目標差圧Dtとが同じと判定した場合には、図3のフローを終了する。なお、上記の算出値と目標差圧Dtとの差が所定の範囲にあれば、両者は同じと判定しても良い。
 逆に、ステップS43において、上記の算出値と排気時の目標差圧Dtとが同じでないと判定した場合には、ステップS44において、排気時副室圧力Peが増大したか否かを判定する圧力変動方向判定ステップを実行する。そして、排気時副室圧力Peが増大側に変動していると判定した場合には、ステップS45において副室燃料ライン圧力増大ステップを実行し、上記の算出値と排気時の目標差圧Dtとが同じと判定されるように、副室燃料ライン圧力Ptを増大させる。逆に、ステップS44において、排気時副室圧力Peが減少側に変動していると判定した場合には、ステップS46において副室燃料ライン圧力減少ステップを実行し、上記の算出値と排気時の目標差圧Dtとが同じと判定されるように、副室燃料ライン圧力Ptを減少させる。
 上記の構成によれば、排気時において、副室燃料ライン圧力Ptと副室圧力Ps(排気時副室圧力Pe)との差圧Dが目標差圧Dtとなるように副室燃料ライン圧調整弁の弁開度が制御される。これによって、副室燃料ライン圧力Ptが副室圧力Psよりも大きくなると開弁(燃料供給)する副室燃料供給弁2からの副室燃料Fsの供給量を、排気時において所望の量となるように制御することができる。
 また、幾つかの実施形態では、図1~図2に示されるように、副室式ガスエンジン1は、排気通路8を流れる排ガスeによって回転駆動されるタービンTを有するターボチャージャ9と、タービンTを迂回して排ガスeが流れることを可能とする排気バイパス通路83に設けられた、排気バイパス通路83を流れる排ガスeの流量を制御可能な排気バイパス弁85と、をさらに備えていても良い。より具体的には、ターボチャージャ9は、エンジン本体11から排出された排ガスeによって回転するタービンT、及びタービンTに回転軸で結合された、タービンTによって回転駆動されるコンプレッサCを有しており、排気通路8に設置されるタービンTが排ガスeで駆動されることにより、給気通路7に設置されるコンプレッサCが回転し、給気通路7を流れる給気を圧縮して主燃焼室Rmに送る。
 また、排気バイパス弁85は、例えば、上述したエンジン制御ECU15などによって、コンプレッサの運転領域がサージ領域に入るのを防止する際により大きくなるように開度調整される他、タービンTに流入する排ガスeの温度(以下、吸込温Taという。)に応じた開度調整がなされる。吸込温Taは、例えば季節や環境の変化などに伴って変化する。そして、吸込温Taが変化すると、排気バイパス弁85の弁開度(以下、排気バイパス開度という。)が調整される。そして、排気バイパス弁85の排気バイパス開度が変化されると、図5に示されるような排気圧力などの変動が生じる。図5は、本発明の一実施形態に係る弁開度制御装置5による副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度の制御結果を、副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度が制御されない場合を示す参考例と共に示す図であり、吸込温Taに応じて排気圧力が変化する場合を示す。なお、図5は、排気時の上述した差圧Dが、排気時の目標差圧Dtとなるように制御されているものとする。
 図5について説明すると、図5(a)に示されるように、排気バイパス弁85の排気バイパス開度は、吸込温Taが高くなるほど小さくされる。逆に言えば、排気バイパス弁85の排気バイパス開度は、吸込温Taが小さくなるほど大きくされる。このような排気バ排気バイパス開度の変化に伴って、排気圧力も変化する。つまり、排気バイパス弁85の排気バイパス開度が小さくなると、その分、排気バイパス通路83を流れる排ガスeの流量が減少する一方で、タービンTに流入する排ガスeの流量が増大するので、排気マニホールド81などの上流側の排気圧力は増大する。逆に、排気バイパス弁85の排気バイパス開度が大きくなると、その分、排気バイパス通路83を流れる排ガスeの流量が増大する一方で、タービンTを迂回する排ガスeの流量が減少するので、同様に上流側の排気圧力は減少する。よって、図5(b)に示されるように、排気圧力は、吸込温Taが高くなると上昇し、吸込温Taが低くなると減少する。
 ところが、上述したような弁開度制御装置5による副室燃料ライン圧調整弁3の制御によって、図5(c)の実線で示されるように、排気時における排気圧力(排気時副室圧力Pe)が上昇した場合には副室燃料ライン圧力Ptも増大され、排気時副室圧力Peが低下した場合には副室燃料ライン圧力Ptも低下される。このため、図5(d)に示されるように、副室燃料ライン圧力Ptと排気時副室圧力Peとの差圧Dの変動が抑制されることによって、副室燃料供給弁2からの副室燃料Fsの供給量の変動が抑制される。よって、図5(e)に示されるような、副室Rsでの点火時における空気過剰率λの変動も抑制される。つまり、弁開度制御装置5による制御によって、副室燃料ライン圧力Ptと排気時副室圧力Peとの差圧Dや、副室燃料供給弁2からの副室燃料Fsの供給量、副室Rsでの点火時における空気過剰率λは、吸込温Taが変化しているにもかかわらず、いずれも一定となっている。
 上記の構成によれば、排気バイパス通路83に設けられた排気バイパス弁85の弁開度が変化されることによって排気圧力が変化するような場合であっても、排気圧力の変化に応じて副室燃料ライン圧力Ptを制御することにより、副室燃料ライン圧力Ptが副室圧力Psよりも大きくなると開弁(燃料供給)する副室燃料供給弁2からの副室Rsへの副室燃料Fsの供給量を、排気時において所望の量などに制御することができる。
 また、幾つかの実施形態では、図1~図2に示されるように、副室式ガスエンジン1は、副室圧力Psを取得するための給気時副室圧検出手段43であって、シリンダ12と給気通路7との連通状態を制御する給気バルブ17の開弁時における副室圧力Psに相関する圧力である給気時副室圧力Piを取得可能な給気時副室圧検出手段43を、さらに備えていても良い。給気時副室圧力Piは、例えば給気工程時の副室Rsの圧力であるが、給気バルブ17が、開弁時期や進角化などにより給気工程時以外の工程においても開弁されるような場合にはその時も含む。以下、前述したような給気バルブ17の開弁時を給気時と呼ぶ。
 図1~図2に示される実施形態では、給気時副室圧検出手段43は、例えば圧力計などである、計測により圧力を取得可能な圧力計測手段となっており、弁開度制御装置5に接続されることで、検出した給気時副室圧力Piを弁開度制御装置5に入力するようになっている。また、例えば、給気時副室圧検出手段43は、給気通路7の一部を構成する給気マニホールド71など、給気通路7に設置されていても良い(図1~図2参照)。給気バルブ17の開弁時には、給気通路7と副室Rsとが連通するため、給気通路7における適切な位置(給気マニホールド71など)に圧力センサ(圧力計)などを設置することにより、コストの増大を抑制しつつ、給気時の副室Rsの圧力を取得することが可能となる。給気時においても、給気マニホールド71の圧力と副室圧力Psとは厳密には一致しない場合はあるものの、給気マニホールド71の圧力は副室圧力Psに相関しており、本実施形態では、給気マニホールド71の圧力を給気時副室圧力Piとみなしている。なお、副室Rsから給気時副室圧検出手段43の設置位置までの圧力損失などを考慮して、給気時副室圧検出手段43による検出値を補正して給気時副室圧力Piとしても良く、給気時副室圧力Piの精度向上を図ることができる。あるいは、給気時副室圧検出手段43(圧力計測手段)は、副室形成部材19に設置されていても良く、このような副室形成部材19に設置した圧力センサによって、上述した排気時副室圧取得手段41と給気時副室圧検出手段43とを兼用できる。ただし、本実施形態に本発明は限定されず、他の幾つかの実施形態では、給気時副室圧検出手段43は、副室式ガスエンジン1の運転状態などからの推定によって給気時副室圧力Piを取得しても良く、例えば、出力や、燃料流量、実測または体積効率から算出した空気流量から算出しても良い。
 このような構成において、弁開度制御装置5は、給気時副室圧力Piが大きくなると、副室燃料ライン圧力Ptが大きくなるように副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を制御し、給気時副室圧力Piが小さくなると、副室燃料ライン圧力Ptが小さくなるように副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を制御するよう構成されている。通常、給気圧力は、エンジンの出力や回転数等のエンジンの運転条件によって変化する。給気圧力が変化すると、副室圧力Psが変化することにより、副室燃料ライン圧力Ptと副室圧力Psとの差圧Dが変化するため、上述した排気時と同様に、この圧力変化に応じて副室燃料供給弁2から副室Rsに副室燃料Fsが受動的に供給あるいは停止される場合がある。このため、弁開度制御装置5は、給気圧力の変化によって生じる給気時の差圧Dの変化を打ち消すように、副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を制御する。
 これによって、給気時でも排気時(図5参照)と同様に、給気圧力の変化が生じても、副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を給気圧力の変化に応じて制御することにより、副室燃料ライン圧力Ptと副室圧力Psとの差圧Dの変化量を抑制あるいは低減することができるので、副室燃料供給弁2から副室Rsへの副室燃料Fsの供給量が給気時において過多あるいは過少となることの防止が可能となる。
 より具体的には、弁開度制御装置5は、副室燃料ライン圧力検出手段42によって検出された副室燃料ライン圧力Ptと、給気時副室圧検出手段43によって検出された給気時副室圧力Piとの差圧が目標差圧Dt(給気時の目標差圧Dt)となるように、副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を制御するよう構成されていても良い。図1~図2に示される実施形態では、弁開度制御装置5は、副室燃料ライン圧力検出手段42から入力される副室燃料ライン圧力Ptと、上述した給気時副室圧検出手段43から入力される給気時副室圧力Piとの差(|Pt-Pi|)を演算し、メモリに格納された給気時の目標差圧Dtとの比較に基づいた副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度の制御を実行するよう構成されている。なお、給気時の目標差圧Dtは、排気時の目標差圧Dtと同じであっても良いし、異なっていても良い。
 上記の構成によれば、弁開度制御装置5は、給気工程などの給気バルブ17の開弁時における副室の圧力(給気時副室圧力Pi)に応じて副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を制御し、副室燃料ライン圧力Ptを調整するよう構成される。より具体的には、給気時において、副室燃料ライン圧力Ptと給気時副室圧力Piとの差圧Dが給気時の目標差圧Dtとなるように副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度が制御される。これによって、副室燃料ライン圧力Ptが副室圧力Psよりも大きくなると開弁(燃料供給)する副室燃料供給弁2からの副室燃料Fsの供給量を、排気時のみならず、給気時においても所望の量となるように制御することができる。
 また、このように、排気時のみならず給気時も含めて副室燃料供給弁2からの副室燃料Fsの供給量の制御を行うことにより、燃焼サイクル毎に副室Rsに対して所望の量の副室燃料Fsをより確実に供給できる。よって、燃焼サイクル毎に副室Rsに存在する総燃料(副室燃料Fsおよび主燃焼室Rmから流入する希薄予混合気の量の合計)が燃焼行程において過多あるいは過少となるのをより確実に防止することができる。
 以下、上述した弁開度制御装置5の具体的な構成について、図6~図7を用いて説明する。図6は、本発明の一実施形態に係る弁開度制御装置5の機能ブロック図である。また、図7は、本発明の一実施形態に係る目標差圧算出部51の詳細を示す機能ブロック図である。なお、図5~図6は、弁開度制御装置5は、給気時および排気時の両方において、副室燃料ライン圧力Ptと副室圧力Psとの差圧制御を行う場合に対応する。
 幾つかの実施形態では、図6~図7に示されるように、弁開度制御装置5は、エンジン回転数Neと、給気時副室圧力Piと、排気時副室圧力Peとに基づいて、副室燃料ライン圧力Ptと排気時副室圧力Peとの差圧Dの目標値となる排気時の目標差圧Dtを算出する目標差圧算出部51と、この排気時の差圧Dが目標差圧Dtとなるように、副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を調整する弁開度調整部56と、を備える。副室式ガスエンジン1では、燃焼サイクル毎に、副室燃料供給弁2から供給される副室燃料Fsと主燃焼室Rmから流入する希薄予混合気とを混合して、着火に適した濃度を有する混合気を副室Rsに生成するところ、副室燃料供給弁2からの副室燃料Fsの供給は副室燃料ライン圧力Ptが副室圧力Psよりも大きくなり得る給気時や排気時でなされる。このため、排気時の目標差圧Dtを決める際に、エンジン回転数Neおよび給気時副室圧力Piを考慮することにより、これらにより算出される給気時の目標差圧Dtを考慮している。これによって、給気時において副室燃料供給弁2から供給される副室燃料Fsを考慮して、排気時に副室燃料供給弁2から供給すべき副室燃料Fsに対応した目標差圧Dtを算出しようとしている。
 図6~図7に示される実施形態では、目標差圧算出部51は、上述した排気時副室圧取得手段41からの排気時副室圧力Peと、給気時副室圧検出手段43からの給気時副室圧力Piと、クランク軸16のクランク角θを検出可能なクランク角センサ16s(図1参照)の検出値に基づいて算出されエンジン回転数Neとが入力されるようになっている。また、目標差圧算出部51は弁開度調整部56に接続されている。そして、弁開度調整部56は、目標差圧算出部51から排気時の目標差圧Dtを受信すると、副室燃料ライン圧調整弁3に対して弁開度指令Iを送信するように構成されている。図6に示されるように、弁開度調整部56には、副室燃料ライン圧力Ptと副室圧力Ps(排気時は排気時副室圧力Pe、給気時は給気時副室圧力Pi、または、排気時副室圧力Peと給気時副室圧力Piの平均圧力)との差圧Dが入力されており、弁開度調整部56はフィードバックされる差圧Dを見ながら、差圧Dが目標差圧Dtとなるように、副室燃料ライン圧調整弁3の弁開度を制御しても良い。
 上記の構成によれば、弁開度制御装置5は、目標差圧算出部51および弁開度調整部56を有することにより、排気時において、副室燃料ライン圧力Ptと排気時副室圧力Peとの差圧Dが目標差圧Dtとなるように制御することができる。
 上記の目標差圧算出部51について、幾つかの実施形態では、図7に示されるように、目標差圧算出部51は、エンジン回転数Neと給気時副室圧力Piとに基づいて、排気時の目標差圧Dtの基準値Dbを算出する基準値算出部52と、給気時副室圧力Piと排気時副室圧力Peとに基づいて、基準値Dbを補正するための補正値Dcを算出する補正値算出部53と、基準値Dbと補正値Dcとに基づいて目標差圧Dtを演算する演算部54と、を有する。
 図7に示される実施形態では、基準値算出部52は、エンジン回転数Neと給気時副室圧力Piとに基づいて上記の基準値Dbを算出するための基準値算出マップMbを用いて、基準値Dbを算出する。また、補正値算出部53は、給気時副室圧力Piと排気時副室圧力Peとに基づいて上記の補正値Dcを算出するための補正値算出マップMcを用いて、補正値Dcを算出する。また、基準値算出部52および補正値算出部53は、それぞれ演算部54に接続されており、演算部54には、基準値Dbおよび補正値Dcがそれぞれ入力される。そして、演算部54は、基準値Dbおよび補正値Dcを例えば減算などの演算により目標差圧Dtを算出する。こうして算出された目標差圧Dtは、上述した弁開度調整部56に送信される。
 上記の構成によれば、目標差圧算出部51は、エンジン回転数Neと給気時副室圧力Piとに基づいて算出した基準値Dbを、給気時副室圧力Piと排気時副室圧力Peとに基づいて算出した補正値Dcによって補正することで、目標差圧Dtを算出するよう構成される。これによって、既に、エンジン回転数Neと給気時副室圧力Piとに基づいて給気時の目標差圧Dtに基づく副室燃料Fsの供給量の制御を行っている場合において、排気時における目標差圧Dtに基づく制御を容易に追加することができる。
 幾つかの実施形態では、上述したように、排気時副室圧力Peは、排気時副室圧取得手段41により計測により取得されており、目標差圧算出部51は、計測された排気時副室圧力Peを用いている。
 他の幾つかの実施形態では、排気時副室圧取得手段41は、排気時副室圧力Peを推定により取得するように構成されており、目標差圧算出部51は、推定された排気時副室圧力Peを用いている。より詳細には、排気時副室圧取得手段41は、ターボチャージャ9が有する排気バイパス弁85の排気バイパス開度の指令値に基づいて、副室圧力Psを推定するように構成されている。具体的には、エンジン本体11から排出された排ガスeのうち排気バイパス通路83を経由する排ガスeの割合である排気バイパス割合αを変更した際の排気圧力(Pexhaust)の算出式を用いて、排気圧力を推定し、副室圧力Psを推定している。なお、排気バイパス開度の指令値は、排気バイパス割合αと所定の関数関係を有しており、排気バイパス開度の指令値から排気バイパス割合αが求まるものとする。
 排気圧力(Pexhaust)の算出式について詳述すると、コンプレッサ入口の圧力・温度は雰囲気の圧力・温度と等しく、コンプレッサ出口圧力・温度は給気ポート72の圧力・温度と等しいと仮定すれば、コンプレッサCの駆動仕事Wcompは、下記の式(1)となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
 
 ここで、Pは大気圧力、Tは吸込み温度(吸込温Ta)、Pinmaniは、給気マニホールド圧力、ηcompはコンプレッサ効率、κは比熱比、Rは気体定数である。
 同様に、タービン入口の圧力・温度は排気ポート82の圧力・温度と等しいと仮定すると、タービン仕事Wturbは下記の式(2)となる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000002
 
 ここで、Texhaustはタービン入口温度(シリンダ出口排ガス温度),Pはタービン後背圧、ηturbはタービン効率である。
 そして、ηを過給機機械効率とすると、過給機総合効率η=ηcomp×ηturb×η×αの関係から、排気圧力(Pexhaust)は、下記の式(3)で表現されるものとなる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-I000003
 
 式(3)より、排気バイパス開度に対する排気バイパス割合αが既知の場合、上記式により、排気圧力(Pexhaust)が算出できる。よって、排気バイパス割合αは排気バイパス開度の指令値に基づいて求められるので、副室圧力Psが算出できる。
 ただし、本実施形態に本発明は限定されず、他の幾つかの実施形態では、排気時副室圧取得手段41は、排気バイパス開度の指令値以外の他の情報を用いて排気気時副室圧力Peを推定により取得しても良い。
 本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。
1   副室式ガスエンジン
11  エンジン本体
12  シリンダ
13  ピストン
14  インジェクタ
15  エンジン制御ECU
16  クランク軸
16s クランク角センサ
17  給気バルブ
18  排気バルブ
19  副室形成部材
19f 点火プラグ
2   副室燃料供給弁
3   副室燃料ライン圧調整弁
41  副室圧取得手段
42  副室燃料ライン圧力検出手段
43  副室圧検出手段
5   弁開度制御装置
51  目標差圧算出部
52  基準値算出部
53  補正値算出部
54  演算部
56  弁開度調整部
7   給気通路
71  給気マニホールド
72  給気ポート
8   排気通路
81  排気マニホールド
82  排気ポート
83  排気バイパス通路
85  排気バイパス弁
9   ターボチャージャ
C   コンプレッサ
T   タービン
Ls  副室燃料供給ライン
Rm  主燃焼室
Rs  副室
Ps  副室圧力                   
Pe  排気時副室圧力 
Pi  給気時副室圧力
Pt  副室燃料ライン圧力
e   排ガス
a   給気
Fs  副室燃料
Ta  吸込温
Ne  エンジン回転数
D   差圧(副室燃料ライン圧力と副室圧力との差圧)
Db  基準値
Dc  補正値
Dt  目標差圧
I   弁開度指令
Mb  基準値算出マップ
Mc  補正値算出マップ

Claims (13)

  1.  主燃焼室に連通する副室を有する副室式ガスエンジンにおいて、
     副室燃料が流れる副室燃料供給ラインと、
     前記副室燃料供給ラインに接続される、前記副室への前記副室燃料の供給を制御する副室燃料供給弁であって、前記副室燃料供給ラインの圧力である副室燃料ライン圧力が前記副室の圧力である副室圧力よりも大きくなると開弁する副室燃料供給弁と、
     前記副室燃料供給ラインに設置された、前記副室燃料ライン圧力を調整可能な副室燃料ライン圧調整弁と、
     前記主燃焼室を形成するシリンダと排気通路との連通状態を制御する排気バルブの開弁時における前記副室圧力に相関する圧力である排気時副室圧力を取得可能な排気時副室圧取得手段と、
     前記副室燃料ライン圧調整弁の弁開度を制御するよう構成された弁開度制御装置と、を備え、
     前記弁開度制御装置は、前記排気時副室圧取得手段によって取得された前記排気時副室圧力に応じて、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されていることを特徴とする副室式ガスエンジン。
  2.  前記弁開度制御装置は、前記排気時副室圧力が大きくなると、前記副室燃料ライン圧力が大きくなるように前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御し、前記排気時副室圧力が小さくなると、前記副室燃料ライン圧力が小さくなるように前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項1に記載の副室式ガスエンジン。
  3.  前記副室燃料供給ラインの前記副室燃料ライン圧力を検出する副室燃料ライン圧力検出手段を、さらに備え、
     前記弁開度制御装置は、前記副室燃料ライン圧力検出手段によって検出された前記副室燃料ライン圧力と、前記排気時副室圧取得手段によって取得された前記排気時副室圧力との差圧が目標差圧となるように、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項2に記載の副室式ガスエンジン。
  4.  前記排気通路を流れる排ガスによって回転駆動されるタービンを有するターボチャージャと、
     前記タービンを迂回して前記排ガスが流れることを可能とする排気バイパス通路に設けられた、前記排気バイパス通路を流れる前記排ガスの流量を制御可能な排気バイパス弁と、をさらに備えることを特徴とする請求項3に記載の副室式ガスエンジン。
  5.  前記副室圧力を取得するための給気時副室圧検出手段であって、前記シリンダと給気通路との連通状態を制御する給気バルブの開弁時における前記副室圧力に相関する圧力である給気時副室圧力を取得可能な給気時副室圧検出手段を、さらに備え、
     前記弁開度制御装置は、前記副室燃料ライン圧力検出手段によって検出された前記副室燃料ライン圧力と、前記給気時副室圧検出手段によって取得された前記給気時副室圧力との差圧が目標差圧となるように、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を制御するよう構成されていることを特徴とする請求項3または4に記載の副室式ガスエンジン。
  6.  前記弁開度制御装置は、
     エンジン回転数と、前記給気時副室圧力と、前記排気時副室圧力とに基づいて、前記副室燃料ライン圧力と前記排気時副室圧力との差圧の目標値となる目標差圧を算出する目標差圧算出部と、
     前記差圧が前記目標差圧となるように、前記副室燃料ライン圧調整弁の前記弁開度を調整する弁開度調整部と、を有することを特徴とする請求項5に記載の副室式ガスエンジン。
  7.  前記目標差圧算出部は、
     前記エンジン回転数と前記給気時副室圧力とに基づいて、前記目標差圧の基準値を算出する基準値算出部と、
     前記給気時副室圧力と前記排気時副室圧力とに基づいて、前記基準値を補正するための補正値を算出する補正値算出部と、
     前記基準値と前記補正値とに基づいて前記目標差圧を算出する演算部と、を有することを特徴とする請求項6に記載の副室式ガスエンジン。
  8.  前記給気時副室圧検出手段は、計測により圧力を取得可能な圧力計測手段であることを特徴とする請求項5~7のいずれか1項に記載の副室式ガスエンジン。
  9.  前記圧力計測手段は、前記給気通路の一部を構成する給気マニホールドの圧力を検出することを特徴とする請求項8に記載の副室式ガスエンジン。
  10.  前記給気時副室圧検出手段は、前記給気時副室圧力を推定により取得するように構成されることを特徴とする請求項5~7のいずれか1項に記載の副室式ガスエンジン。
  11.  前記排気時副室圧取得手段は、計測により圧力を取得可能な圧力計測手段であることを特徴とする請求項1~10のいずれか1項に記載の副室式ガスエンジン。
  12.  前記圧力計測手段は、前記排気通路の一部を構成する排気マニホールドの圧力を検出することを特徴とする請求項11に記載の副室式ガスエンジン。
  13.  前記排気時副室圧取得手段は、前記排気時副室圧力を推定により取得するように構成されることを特徴とする請求項1~10のいずれか1項に記載の副室式ガスエンジン。
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