(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
空気の流量を調節するスロットルバルブが介設された吸気通路に天然ガスを供給するインジェクタと、前記空気と前記天然ガスとの混合気を火花で点火して燃焼させる点火プラグと、排気通路に設置されたラムダセンサと、制御手段とを備え、
前記制御手段が、前記ラムダセンサの検出値が、前記天然ガスエンジンのエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて予め設定された目標λ値と一致するように前記インジェクタから供給される天然ガス量を制御する天然ガスエンジンにおいて、
前記目標λ値は、前記エンジン回転数及び前記エンジン負荷が増加するほど前記目標λ値が大きくなるように設定され、
前記制御手段は、前記ラムダセンサの検出値で前記インジェクタからの前記天然ガスの供給量を増減させるとともに、前記エンジン回転数及びエンジン負荷と予め設定された第１のマップデータとを参照して燃料増量比を決定し、その決定された燃料増量比及び前記目標λ値と予め設定された第２のマップデータとから決定される前記点火プラグの火花の点火タイミングで前記混合気を点火する制御を行い、
前記点火タイミングは、前記燃料増量比及び前記目標λ値が増加するほど前記点火タイミングの進角の大きさが大きくなるように決定されることを特徴とする天然ガスエンジン。
【請求項２】
気筒内に吸引された天然ガスと空気との混合気に火花で点火して燃焼させるとともに、前記混合気の燃焼ガスのλ値が、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて予め設定された目標λ値と一致するように前記天然ガスの供給量を制御する天然ガスエンジンの運転方法において、
前記目標λ値は、前記エンジン回転数及び前記エンジン負荷が増加するほど前記目標λ値が大きくなるように設定され、
前記燃焼ガスのλ値で前記天然ガスの供給量を増減させるとともに、前記エンジン回転数及びエンジン負荷と予め設定された第１のマップデータとを参照して燃料増量比を決定し、
その決定された燃料増量比及び前記目標λ値と予め設定された第２のマップデータとから前記火花の点火タイミングを決定し、その決定された点火タイミングで前記混合気を点火し、
前記点火タイミングは、前記燃料増量比及び前記目標λ値が増加するほど前記点火タイミングの進角の大きさが大きくなるように決定されることを特徴とする天然ガスエンジンの運転方法。 
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は天然ガスエンジン及びその運転方法に関し、更に詳しくは、天然ガスの組成変化にかかわらず運転性能を維持することができる天然ガスエンジン及びその運転方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、車両等に搭載される内燃機関として、圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を燃料とする天然ガスエンジンが提案されている。一般に、この天然ガスエンジンには、ＣＮＧを減圧したガスと吸入空気との混合気に点火プラグの火花で点火して燃焼させる火花点火方式が用いられる（例えば、特許文献１を参照）。
【０００３】
ＣＮＧの原料となる天然ガスは、産出する場所や時期により、その組成が変化することが知られている。そのため、我が国では、ＣＮＧを一般家庭でも使用することができるように、精製等により天然ガスの組成を調整することが行われている。これに対して海外では、ＣＮＧの用途が車両にほぼ限定されているため、通常は産出されたままの天然ガスからなるＣＮＧが天然ガスエンジンの燃料として使用される。
【０００４】
しかし、このＣＮＧに、窒素や二酸化炭素などの不燃物質が大量に含まれていると、同じ量のＣＮＧを使用した場合でも、混合気が燃焼する際の燃焼速度が低下してしまい、天然ガスエンジンの運転性能に影響を及ぼすおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−１２４７１０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、天然ガスの組成変化にかかわらず運転性能を維持することができる天然ガスエンジン及びその運転方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成する本発明の天然ガスエンジンは、空気の流量を調節するスロットルバルブが介設された吸気通路に天然ガスを供給するインジェクタと、前記空気と前記天然ガスとの混合気を火花で点火して燃焼させる点火プラグと、排気通路に設置されたラムダセンサと、制御手段とを備え、前記制御手段が、前記ラムダセンサの検出値が、前記天然ガスエンジンのエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて予め設定された目標λ値と一致するように前記インジェクタから供給される天然ガス量を制御する天然ガスエンジンにおいて、前記目標λ値は、前記エンジン回転数及び前記エンジン負荷が増加するほど前記目標λ値が大きくなるように設定され、前記制御手段は、前記ラムダセンサの検出値で前記インジェクタからの前記天然ガスの供給量を増減させるとともに、前記エンジン回転数及びエンジン負荷と予め設定された第１のマップデータとを参照して燃料増量比を決定し、その決定された燃料増量比及び前記目標λ値と予め設定された第２のマップデータとから決定される前記点火プラグの火花の点火タイミングで前記混合気を点火する制御を行い、前記点火タイミングは、前記燃料増量比及び前記目標λ値が増加するほど前記点火タイミングの進角の大きさが大きくなるように決定されることを特徴とするものである。 
【０００８】
また、上記の目的を達成する本発明の天然ガスエンジンの運転方法は、気筒内に吸引された天然ガスと空気との混合気に火花で点火して燃焼させるとともに、前記混合気の燃焼ガスのλ値が、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて予め設定された目標λ値と一致するように前記天然ガスの供給量を制御する天然ガスエンジンの運転方法において、前記目標λ値は、前記エンジン回転数及び前記エンジン負荷が増加するほど前記目標λ値が大きくなるように設定され、前記燃焼ガスのλ値で前記天然ガスの供給量を増減させるとともに、前記エンジン回転数及びエンジン負荷と予め設定された第１のマップデータとを参照して燃料増量比を決定し、その決定された燃料増量比及び前記目標λ値と予め設定された第２のマップデータとから前記火花の点火タイミングを決定し、その決定された点火タイミングで前記混合気を点火し、前記点火タイミングは、前記燃料増量比及び前記目標λ値が増加するほど前記点火タイミングの進角の大きさが大きくなるように決定されることを特徴とするものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明の天然ガスエンジン及びその運転方法によれば、天然ガスの組成変化に起因して、気筒内での混合気の燃焼速度が低下したときには、点火タイミングを進角させることで燃焼状態の変化を抑制するようにしたので、天然ガスの組成にかかわらず運転性能を維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態からなる天然ガスエンジンの構成図である。
【図２】目標λ値を決定するマップデータの例である。
【図３】本発明の実施形態からなる天然ガスエンジンの運転方法を説明するフロー図である。
【図４】燃料増量比を決定するマップデータの例である。
【図５】点火プラグによる点火タイミングを決定するマップデータの例である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下に、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。図１は、本発明の実施形態からなる天然ガスエンジンを示す。
【００１２】
この天然ガスエンジンにおいては、吸気口１から吸気通路２に吸入された空気Ａは、ターボチャージャー３のコンプレッサー４により圧縮されてからインタークーラー５で冷却され、スロットル６で流量を調整される。そして、流量を調整された空気Ａは、インテークマニホールド７を経てから、燃料となる天然ガス８と混合されて混合気９となって、吸気バルブ１０が開弁したときにシリンダーブロック１１内に形成された複数の気筒１２（この例では４個）内にそれぞれ供給される。
【００１３】
なお、天然ガス８は、車体に搭載された複数のＣＮＧ容器１３から、遮断弁１４及びレギュレータ１５が介設されたＣＮＧ配管１６に接続するインジェクタ１７を通じて、各気筒１２の吸気ポート内へ供給される。
【００１４】
気筒１２内に供給された混合気９は、点火プラグ１８の火花により適切なタイミングで点火されることで燃焼し、シリンダ１９内のエンジンピストン２０を往復動させてクランクシャフト２１を回転駆動した後に、排気バルブ２２が開弁したときに燃焼ガス２３となってエキゾーストマニホールド２４から排気通路２５へ排気される。
【００１５】
排気通路２５へ排気された燃焼ガス２３は、ターボチャージャー３のタービン２６及び浄化装置（図示せず）を経て、車両の外部へ排ガスＧとして放出される。
【００１６】
この天然ガスエンジンの運転においては、最適な運転状態を維持するために、制御手段であるＥＣＵ２７により、タービン２６の下流側の排気通路２５に設置された燃焼ガス２３の空気過剰率（λ値）を検出するラムダセンサ２８の検出値が、エンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて決定される目標λ値と一致するように、インジェクタ１７からの天然ガス８の供給量を調整する制御が行われるようになっている。
【００１７】
なお、エンジン回転数は、エンジン本体２９に設置された回転センサ３０により測定される。また、エンジン負荷は、スロットル６の下流側の吸気通路２に設置された空気Ａの流量を測定する圧力センサ３１と吸気温度センサ３２との測定値から推定される。
【００１８】
図２に、目標λ値を決定するマップデータの例を示す。このマップデータでは、エンジン回転数及びエンジン負荷の増加に伴い目標λ値を大きくして、天然ガスエンジンの高回転・高負荷運転時には混合気９がリーン状態になるように設定されている。
【００１９】
このような天然ガスエンジンの運転方法を、ＥＣＵ２７の機能として、図３に従って以下に説明する。
【００２０】
ＥＣＵ２７は、目標λ値を決定するマップデータ（図２を参照）に従って、インジェクタ１７からの天然ガス８の供給量を決定して運転する（Ｓ１０）。その一方で、ＥＣＵ２７は、回転センサ３０の検出値からエンジン回転数Ｒを測定するとともに、圧力センサ３１と吸気温度センサ３２の検出値からエンジン負荷Ｌを推定する（Ｓ２０）。
【００２１】
そして、エンジン回転数Ｒ及びエンジン負荷Ｌと、予め設定された基準となる組成を有する天然ガス８で適合した第１のマップデータである燃料補正データとを参照して（Ｓ３０）、燃料増量比Ｚを決定する（Ｓ４０）。
【００２２】
図４に、燃料補正データの例を示す。燃料増量比は、基準となる組成を有する天然ガス７（例えば、国内で使用される天然ガス）を使用した場合のエンジン性能を得るために必要な天然ガスの供給量の増量分であり、１．０超となる場合には窒素や二酸化炭素などの不燃物質の存在による熱エネルギーの低下をカバーする。この例では、燃料増量比は、エンジン回転数及びエンジン負荷に対してそれぞれ正の相関となるように設定されている。
【００２３】
次に、ＥＣＵ２７は、燃料増量比Ｚ及び運転条件が相当する目標λ値と、予め設定された第２のマップデータとから点火プラグ１８による点火のタイミングに係る補正値Ｔを決定する（Ｓ５０）。
【００２４】
そして、その補正値Ｔにより補正された点火タイミングで混合気９を点火して（Ｓ６０）、ステップ１０に戻る。
【００２５】
図５に、第２のマップデータの例を示す。補正値は、基準となる組成を有する天然ガス８を使用した場合における点火タイミングからの進角の大きさを示しており、窒素や二酸化炭素などの不燃物質の存在による燃焼速度の低下をカバーするものである。この例では、補正値は目標λ値及び燃料増量比の両者に対して正の相関関係となるように設定されている。従って、目標λ値が大きくなる天然ガスエンジンの高回転・高負荷運転時では、混合気９は早期に点火されるようになる。
【００２６】
このように、天然ガス８の組成変化により、気筒１２内での混合気９の燃焼速度が低下したときには、点火プラグ１８による点火タイミングを進角させることで燃焼状態の変化を抑制するようにしたので、天然ガス８の組成変化にかかわらず運転性能を維持することができるのである。
【符号の説明】
【００２７】
２  吸気通路
６  スロットル
８  天然ガス
９  混合気
１１  シリンダーブロック
１２  気筒
１７  インジェクタ
１８  点火プラグ
２３  燃焼ガス
２５  排気通路
２７  ＥＣＵ
２８  ラムダセンサ
３０  回転センサ
３１  圧力センサ
３２  吸気温度センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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