(57)【要約】【課題】  ＮＯｘの発生量を抑制しノッキングの発生を回避しつつ圧縮比及び筒内最高圧力を増大して高い熱効率を得ることを可能としたガスエンジンの燃料制御装置及び燃料制御方法を提供する。【解決手段】  トーチ着火式ガスエンジンの燃料制御装置において、高濃度燃料ガスを所定圧力に加圧する加圧手段、及び主燃焼室に臨んで設けられて前記加圧手段からの高濃度燃料ガスをトーチ火炎に向けて噴出せしめるガス注入弁を有するガス注入装置と、ガスエンジンの運転条件に基づき前記ガス注入装置における高濃度燃料ガスの噴射タイミングを変化させる制御装置とを備えたことを特徴とする。    【選択図】    図１
2005069042.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
副室内に充填されたガスにトーチ着火装置により着火して生成したトーチ火炎を主燃焼室内の希薄混合ガス中に噴出させて、該希薄混合ガスを燃焼せしめるように構成されたガスエンジンの燃料制御装置において、高濃度燃料ガスを所定圧力に加圧する加圧手段、及び前記主燃焼室に臨んで設けられて前記加圧手段からの高濃度燃料ガスを前記トーチ火炎に向けて噴出せしめるガス注入弁を有するガス注入装置と、前記ガスエンジンの運転条件に基づき前記ガス注入装置における前記高濃度燃料ガスの噴射タイミングを変化させる制御装置とを備えたことを特徴とするガスエンジンの燃料制御装置。
【請求項２】
前記制御装置は、前記ガス注入装置における前記高濃度燃料ガスの噴射開始時期を、前記トーチ着火装置による副室内ガスの着火時期と同時にまたは該着火時期よりも遅延させるように構成されてなることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃料制御装置。
【請求項３】
前記制御装置は、前記ガス注入装置による前記高濃度燃料ガスの噴射量を、前記ガスエンジンのガバナにより制御される前記主燃焼室への主ガス量に関連させて調整するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃料制御装置。
【請求項４】
前記ガスエンジンの回転数を検出する回転数検出器と、前記ガスエンジンの負荷（出力）を検出する負荷検出器と、前記ガスエンジンのクランク角を検出するクランク角検出器とを備え、前記制御装置は、前記回転数検出器から入力されるエンジン回転数の検出値、前記負荷検出器から入力されるエンジン負荷の検出値、及び前記クランク角検出器から入力されるクランク角の検出値に基づき、これらの検出値に対応する前記高濃度燃料ガスの噴射タイミングを算出し該算出値に従い前記ガス注入装置を駆動するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃料制御装置。
【請求項５】
前記ガスエンジンの筒内圧力を検出する筒内圧力検出器と、該筒内圧力検出器から入力される筒内圧力の検出値に基づき前記燃焼室内における燃焼異常の判定を行う燃焼診断装置とを備え、前記制御装置は、前記燃焼診断装置から入力される燃焼異常の判定結果に基づき前記ガス注入装置からの高濃度燃料ガスの噴射タイミングを調整するように構成されてなることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの燃料制御装置。
【請求項６】
副室内に充填されたガスにトーチ着火装置により着火して生成したトーチ火炎を主燃焼室内の希薄混合ガス中に噴出させて、該希薄混合ガスを燃焼せしめるように構成されたガスエンジンの燃料制御装置において、高濃度燃料ガスを所定圧力に加圧する加圧手段、及び前記副室に臨んで設けられて前記加圧手段からの高濃度燃料ガスを前記副室内に噴出せしめるガス注入弁を有するガス注入装置と、前記ガス注入装置のガス噴出開始時期を前記トーチ着火装置による副室内ガスの着火時期と同時にまたは該着火時期よりも遅延せしめる制御装置とを備えたことを特徴とするガスエンジンの燃料制御装置。
【請求項７】
前記トーチ着火装置を、前記副室内のガス中にパイロット燃料噴射弁からパイロット燃料を噴射しトーチ着火させて前記主燃焼室に噴出するパイロット燃料着火式トーチ着火装置に構成してなることを特徴とする請求項１または６のいずれかの項に記載のガスエンジンの燃料制御装置。
【請求項８】
前記トーチ着火装置を、前記副室内のガスを点火プラグの火花放電によりトーチ着火させて前記主燃焼室に噴出する火花着火式トーチ着火装置に構成してなることを特徴とする請求項１または６のいずれかの項に記載のガスエンジンの燃料制御装置。
【請求項９】
前記ガス注入装置は、磁界中に配置された磁歪材の磁気歪みにより前記ガス注入弁を開閉する磁歪アクチュエータを備え、該磁歪アクチュエータは前記制御装置からの制御信号により前記ガス注入弁を開閉せしめるように構成されてなることを特徴とする請求項１または６のいずれかの項に記載のガスエンジンの燃料制御装置。
【請求項１０】
副室内に充填されたガスにトーチ着火装置により着火して生成したトーチ火炎を主燃焼室内の希薄混合ガス中に噴出させて、該希薄混合ガスを燃焼せしめるように構成されたガスエンジンにおける燃料制御方法において、所定圧力に加圧された高濃度燃料ガスを、前記トーチ着火装置による副室内ガスの着火時期と同時にまたは該着火時期よりも遅延して、前記副室から前記主燃焼室内に噴出されたトーチ火炎に向けて噴射することを特徴とするガスエンジンの燃料制御方法。
【請求項１１】
前記ガスエンジンの筒内圧力を検出して、該筒内圧力の検出値に基づき前記燃焼室内における燃焼異常の判定を行い、該燃焼異常の判定結果に基づき前記高濃度燃料ガスの噴射タイミングを調整することを特徴とする請求項１０記載のガスエンジンの燃料制御方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジン、特にトーチ着火式ガスエンジンに適用され、副室内に充填されたガスにトーチ着火装置により着火して生成したトーチ火炎を主燃焼室内の希薄混合ガス中に噴出させて、該希薄混合ガスを燃焼せしめるように構成されたガスエンジンの燃料制御装置及び燃料制御方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
予混合希薄燃焼ガスエンジンにおいては、副室内に充填されたガスにトーチ着火装置により着火して生成したトーチ火炎を主燃焼室内の希薄混合ガス中に噴出させるトーチ着火方式として、副室に装着した点火プラグによって該副室内の濃混合比ガスに点火して着火し、このトーチ火炎を主燃焼室内の希薄混合ガス中に噴出せしめて主燃焼させる点火プラグ着火方式、並びに、副室に装着したパイロット燃料噴射弁によって該副室内の混合ガス中にパイロット燃料を噴射して着火し、このトーチ火炎を主燃焼室内の希薄混合ガス中に噴出せしめて主燃焼させるパイロット燃料噴射着火方式が用いられている。
【０００３】
一方、大型ガスエンジンには、非特許文献１（日本マリンエンジニアリング学会誌  第３６巻  第９号  ２００１−９）に開示されているような、主燃焼室拡散燃焼方式が採用されている。
前記非特許文献１に開示されている主燃焼室拡散燃焼方式ガスエンジンは、主燃焼室に、高圧の燃料ガスを注入（噴射）するガス注入弁と、全燃料の８％以下の液体パイロット燃料を噴射するパイロット燃料噴射弁とを併設し、該ガス注入弁からの高圧燃料ガスとパイロット燃料噴射弁からの液体パイロット燃料とを同方向に噴射し、主燃焼室内において強い拡散燃焼によりディーゼルサイクルに近い燃焼サイクルをなさしめて、希薄混合ガスの着火性及びエンジンの熱効率の向上を図っている。
【０００４】
【非特許文献１】日本マリンエンジニアリング学会誌  第３６巻  第９号  ２００１−９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
前記トーチ着火方式ガスエンジンのうち、点火プラグ着火方式は点火プラグの火花放電着火であるため、筒内有効平均圧力の上昇が制限されるという課題がある。
また前記パイロット燃料噴射着火方式は、筒内有効平均圧力の上昇は可能であるが、ＴＤＣ（上死点）近傍でパイロット燃料を噴射して燃焼させることから、エンジンを高出力化していくとパイロット燃料噴射量の増大とともにＮＯｘの発生量が多くなるという課題を有している。
【０００６】
また前記非特許文献１に開示されている主燃焼室拡散燃焼方式ガスエンジンにあっては、主燃焼室に臨んで装着されたガス注入弁及びパイロット燃料噴射弁から高圧燃料ガス及び液体パイロット燃料を同方向に噴射して、主燃焼室内において強い拡散燃焼によりディーゼルサイクルに近い燃焼サイクルをなさしめるため、圧縮比及び筒内最高圧力を増大して高い熱効率を得ることが可能であるが、主燃焼室内における火炎伝播距離が長くなってＮＯｘの発生量が多くなる。
また、かかる従来技術にあっては、高圧燃料ガスを得るためのガス圧縮動力損失が避けられず、かかるガス圧縮動力損失の分だけガスエンジンが低下する。
等の問題点を有している。
【０００７】
従って、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ＮＯｘの発生量を抑制しつつ、ノッキングの発生をみることなく圧縮比及び筒内最高圧力を増大して高い熱効率を得ることを可能としたガスエンジンの燃料制御装置及び燃料制御方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はかかる目的を達成するもので、その第１発明は、副室内に充填されたガスにトーチ着火装置により着火して生成したトーチ火炎を主燃焼室内の希薄混合ガス中に噴出させて、該希薄混合ガスを燃焼せしめるように構成されたガスエンジンの燃料制御装置において、高濃度燃料ガスを所定圧力に加圧する加圧手段、及び前記主燃焼室に臨んで設けられて前記加圧手段からの高濃度燃料ガスを前記トーチ火炎に向けて噴出せしめるガス注入弁を有するガス注入装置と、前記ガスエンジンの運転条件に基づき前記ガス注入装置における前記高濃度燃料ガスの噴射タイミングを変化させる制御装置とを備えたことを特徴とする。
【０００９】
ここで、かかる前記第１発明において、前記ガスエンジンの運転条件としては、回転数検出器により検出されたガスエンジンの回転数、負荷検出器により検出されたガスエンジンの負荷（出力）を用いる。そして、これらガスエンジンの回転数、負荷、及びクランク角検出器により検出されたガスエンジンのクランク角を前記制御装置に入力し、該制御装置において、前記エンジン回転数の検出値、エンジン負荷の検出値、及びクランク角の検出値に基づき、これらの検出値に対応する前記高濃度燃料ガスの噴射タイミングを算出し、該算出値に従い前記ガス注入装置を駆動する。
【００１０】
かかる第１発明において、前記制御装置によって、前記ガス注入装置における前記高濃度燃料ガスの噴射開始時期を、前記トーチ着火装置による副室内ガスの着火時期と同時にまたは該着火時期よりも遅延させて前記副室から前記主燃焼室内に噴出されたトーチ火炎に向けて噴射させ、
さらに前記制御装置によって、前記ガス注入装置による前記高濃度燃料ガスの噴射量を、前記ガスエンジンのガバナにより制御される前記主燃焼室への主ガス量に関連させて調整するように構成するのがよい。
【００１１】
かかる第１発明によれば、吸入行程において、爆発限界ガス濃度以下の濃度（たとえば３％程度の濃度）で均一な予混合希薄混合気を主燃焼室内に形成し、圧縮行程にて該希薄混合気を圧縮し、ピストン上死点前の適当なタイミングで該トーチ着火装置により副室内のガスの着火を行い、該着火によるトーチ火炎を主燃焼室内に噴出し、前記トーチ着火装置による副室内ガスの着火時期と同時にまたは該着火時期よりも遅延した噴射タイミングになるように、制御装置によりガス注入装置を作動させて、該ガス注入装置のガス注入弁から高濃度燃料ガスを前記主燃焼室内のトーチ火炎に向けて噴射せしめる。
前記高濃度燃料ガスの噴射量は、ガバナにより制御される前記主燃焼室への主ガス量に対応させてエンジン負荷によって変化させ、また、該高濃度燃料ガスの前記噴射タイミングはエンジン回転数及びエンジン負荷によって変化させて、該高濃度燃料ガスの噴射後に主燃焼室で自己着火しないように、前記噴射量及び噴射タイミングを制御する。
【００１２】
従って、かかる第１発明によれば、吸気及び圧縮行程で、予め爆発限界ガス濃度以下の濃度で均一な予混合希薄混合気を主燃焼室内に形成し、この予混合希薄混合気中に副室からトーチ火炎を噴出させ、さらに該トーチ火炎に向けてガス注入装置のガス注入弁から高濃度燃料ガスを高速分散注入する。
これにより、吸気及び圧縮行程で主燃焼室内に形成された予混合希薄混合気中に副室からのトーチ火炎を噴出し、このトーチ火炎に高濃度燃料ガスを高速分散注入することによって最終予混合濃度を燃焼直前に形成することが可能となって、ノッキングの発生を回避しつつ火炎伝播距離が抑制されて、ＮＯｘの発生量が低減された燃焼がなされる。
また、前記燃焼形態により、ディーゼルサイクルに近い燃焼サイクルが得られて、ノッキングの発生を伴うことなく圧縮比を増大し筒内最高圧力を上昇することができ、エンジンの高出力化が可能となる。
【００１３】
また、かかる第１発明において、好ましくは、前記ガスエンジンの筒内圧力を検出する筒内圧力検出器と、該筒内圧力検出器から入力される筒内圧力の検出値に基づき前記燃焼室内における燃焼異常の判定を行う燃焼診断装置とを備え、該燃焼診断装置において前記筒内圧力の検出値に基づき燃焼室内における燃焼異常の判定を行い、前記制御装置において前記燃焼診断装置から入力される燃焼異常の判定結果に基づき前記高濃度燃料ガスの噴射タイミングを調整するように構成する。
【００１４】
このように構成すれば、燃焼診断装置によって筒内圧力の検出値からノッキング、失火等の異常燃焼の発生の有無を判定し、この判定結果に基づき前記高濃度燃料ガスの噴射タイミング及びトーチ着火装置の着火タイミングを調整するので、ノッキング、失火等の異常燃焼の発生を回避しつつ、前記のようなＮＯｘ発生量の低減がなされるとともに、圧縮比の増大及び筒内最高圧力の上昇がなされ、エンジンの高出力化が可能となる。
【００１５】
また、第２発明は、前記ガスエンジンの燃料制御装置において、高濃度燃料ガスを所定圧力に加圧する加圧手段、及び前記副室に臨んで設けられて前記加圧手段からの高濃度燃料ガスを前記副室内に噴出せしめるガス注入弁を有するガス注入装置と、前記ガス注入装置のガス噴出開始時期を前記トーチ着火装置による副室内ガスの着火時期と同時にまたは該着火時期よりも遅延せしめる制御装置とを備えたことを特徴とする。
【００１６】
かかる第２発明によれば、副室から主燃焼室にトーチ火炎を噴出し、次いで該副室内に高濃度燃料ガスを噴出せしめることにより、主燃焼室内においてトーチ火炎中に副室からの高濃度燃料ガスを高速分散注入する。これにより、前記第１発明と同様に、最終予混合濃度を燃焼直前に形成することが可能となって、ノッキングの発生を回避しつつ火炎伝播距離が抑制され、ＮＯｘの発生量が低減された燃焼がなされるとともに、ノッキングの発生をみることなく圧縮比の増大及び筒内最高圧力の上昇が可能となる。
【００１７】
また、前記第１、第２発明において、前記トーチ着火装置を、前記副室内のガス中にパイロット燃料噴射弁からパイロット燃料を噴射しトーチ着火させて前記主燃焼室に噴出するパイロット燃料着火式トーチ着火装置に構成しても、
あるいは該トーチ着火装置を、前記副室内のガスを点火プラグの火花放電によりトーチ着火させて前記主燃焼室に噴出する火花着火式トーチ着火装置に構成しても、該トーチ着火装置からのトーチ火炎に高濃度燃料ガスを高速分散注入することによって、最終予混合濃度を燃焼直前に形成することが可能となって、前記のようなＮＯｘ発生量の低減がなされるとともに、圧縮比の増大及び筒内最高圧力の上昇がなされたエンジンの高出力化が可能となる。
【００１８】
さらに、前記第１、第２発明において、前記ガス注入装置に、磁界中に配置された磁歪材の磁気歪みにより前記ガス注入弁を開閉する磁歪アクチュエータを設けて、前記制御装置からの制御信号を該磁歪アクチュエータに伝送し、該磁歪アクチュエータよって前記ガス注入弁を開閉せしめるようにするのがよい。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、吸気及び圧縮行程で主燃焼室内に形成された予混合希薄混合気中に副室からのトーチ火炎を噴出し、このトーチ火炎に高濃度燃料ガスを高速分散注入することによって最終予混合濃度を燃焼直前に形成することが可能となって、火炎伝播距離が抑制されて、ＮＯｘの発生量が低減された燃焼がなされる。
また、前記燃焼形態により、ディーゼルサイクルに近い燃焼サイクルが得られて、ノッキングの発生を伴うことなく圧縮比を増大し筒内最高圧力を上昇することができ、エンジンの高出力化が可能となるとともに、エンジンの熱効率を上昇できる。
さらに、燃焼診断装置により筒内圧力の検出値からノッキング、失火等の異常燃焼の発生の有無を判定し、この判定結果に基づき前記高濃度燃料ガスの噴射タイミング及びトーチ着火装置の着火タイミングを調整することにより、ノッキング、失火等の異常燃焼の発生を回避しつつ、前記のようにＮＯｘ発生量を低減できるとともに、圧縮比を増大し筒内最高圧力を上昇できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２１】
図１は本発明の実施例に係るガスエンジンの燃料制御装置の全体構成図、図２はガス注入弁及び超磁歪アクチュエータの構成図である。図３はパイロット燃料噴射式トーチ着火装置の要部断面図、図４は火花点火式トーチ着火装置の要部断面図である。図５は前記燃料制御装置の制御ブロック図である。図６は前記燃料制御装置の制御フローチャートの第１例、図７は制御フローチャートの第２例を示す。図８は前記燃料制御装置の噴射タイミング線図である。図９は筒内圧力線図の比較例を示す。
【００２２】
本発明の実施例に係る燃料制御装置を示す図１において、１００はガスエンジン、４５は該ガスエンジン１００のピストン、４６はクランク軸、４４は主燃焼室、４１は吸気弁、４２は排気弁、４３は排気管である。
９は前記吸気弁４１に通ずる吸気管であり、該吸気管９の管路の途中に該吸気管路９内を通流する空気（吸気）中に燃料ガスを噴射するガス噴射装置１０が設けられている。１３は燃料ガスを収容する燃料ガスタンク（図示省略）と前記ガス噴射装置１０とを接続するガス供給管である。７は該ガス供給管１３の前記ガス噴射装置１０入口に設けられたガス供給電磁弁で、図示しない電磁弁制御装置からの制御信号により開閉せしめられて前記ガス供給管路１３の流路面積を調整するとともに、図示しない燃焼制御装置からの制御信号により流路遮断あるいは開度制御されるものである。
【００２３】
１１は前記ガスエンジン１００の起動用のトーチ着火装置で、詳細は後述する。
６は前記燃焼室４４内のガス圧力即ち筒内圧力を検出する筒内圧力検出器、５は前記クランク軸４６のクランク角を検出するクランク角検出器、３は前記ガスエンジン１００の回転数を検出する回転数検出器、４は前記ガスエンジン１００の負荷（出力）を検出する負荷検出器である。
６０は燃焼診断装置で、前記筒内圧力検出器６から入力される筒内圧力の検出値に基づき前記燃焼室４４内における燃焼異常有無の判定を行うものである。
２はコントローラで、前記回転数検出器３からエンジン回転数の検出値が、前記負荷検出器４からエンジン負荷の検出値が、前記クランク角検出器５からクランク角の検出値が、さらに前記燃焼診断装置６０から燃焼異常有無の判定結果がそれぞれ入力され、これらの入力信号に基づき後述するような演算制御を行うものである。
【００２４】
１は後述する燃料ガス管８を通して送り込まれる高濃度燃料ガスを高圧に加圧するガス加圧ポンプで、公知のジャーク式燃料噴射ポンプのような、往復式の容積型高圧ポンプが好適である。
３０は前記コントローラ２からの制御信号により駆動される超磁歪アクチュエータ、５０は前記主燃焼室４４に臨んで装着されたガス注入弁で、詳細は後述する。前記ガス加圧ポンプ１、超磁歪アクチュエータ３０及びガス注入弁５０によりガス注入装置を構成する。
８は前記ガス加圧ポンプ１、超磁歪アクチュエータ３０、からガス注入弁５０に接続される燃料ガス管である。
【００２５】
前記超磁歪アクチュエータ３０及びガス注入弁５０の詳細を示す図２において、
該超磁歪アクチュエータ３０は次のように構成されている。
３６はガス燃料溜めで、前記ガス加圧ポンプ１で加圧されガス燃料管８を通ってガス燃料が導入されている。３１は該ガス燃料溜め３６とガス注入弁５０へのガス通路８ａとの間を開閉する弁体である。３３は磁石（電磁石）、３２は磁気歪により変位する超磁歪材で一旦側を前記弁体３１の根元の支持部に固着されており、前記磁石３３への通電によって超磁歪材３２が軸方向に変位することにより、前記弁体３１を往復動せしめるようになっている。３４は前記弁体３１の支持部とアクチュエータの本体部３５との間に介装されたばねで、前記弁体３１を閉弁する方向に付勢されている。
かかる超磁歪アクチュエータ３０の基本構成自体は公知であり、この実施例においては、該超磁歪アクチュエータ３０に前記弁体３１を連結して開閉駆動するように構成している。
【００２６】
また、前記ガス注入弁５０は次のように構成されている。
５６は弁本体、５２は該弁本体５６の先端部に１個または複数個穿孔された噴孔、５５は該噴孔５２に連通されるガス溜めである。該ガス溜め５５には、前記超磁歪アクチュエータ３０からの高濃度燃料ガスが燃料ガス通路８ａを通して導入されるようになっている。
５１は該弁本体５６内に往復摺動可能に嵌合された針弁である。５３は針弁ばね、５４は該針弁ばね５３用のばね受であり、前記針弁５１は該針弁ばね５３のばね力により前記ばね受５４を介して閉弁方向に押し付けられている。
【００２７】
次に、前記トーチ着火装置１１としては、図３に示されるパイロット燃料噴射式トーチ着火装置、あるいは図４に示される火花点火式トーチ着火装置を用いる。
パイロット燃料噴射式トーチ着火装置１１を示す図３において、１２２は本体、１１７は副室口金であり、該副室口金１１７は前記本体１２２をシリンダヘッド１５０に締め付けることにより、該シリンダヘッド１５０に固定されている。
１１１は前記副室口金１１７の内部に形成された副室、１１６は該副室１１１と前記主燃焼室４４とを連通する１個または複数個の副室噴口である。
１２０はパイロット燃料噴射弁で、液体燃料通路１２１を通って導入される軽油等の液体燃料を前記副室１１１内に噴射するもので、公知のジャーク式燃料噴射弁が用いられる。
【００２８】
該パイロット燃料噴射式トーチ着火装置１１においては、図示しないパイロット燃料噴射制御装置によって制御されたパイロット噴射タイミング及び噴射量で以って、前記パイロット燃料噴射弁１２０から前記副室１１１内に充填されている混合気中に液体燃料（パイロット燃料）を噴射して該混合気を着火燃焼せしめてトーチ火炎１１ａを生成し、このトーチ火炎１１ａを前記副室噴口１１６から前記主燃焼室４４に噴出する。
【００２９】
前記火花点火式トーチ着火装置１１を示す図４において、１１３は本体、１１７は副室口金であり、該副室口金１１７は前記本体１１３をシリンダヘッド１５０に締め付けることにより、該シリンダヘッド１５０に固定されている。
１１１は前記副室口金１１７の内部に形成された副室、１１６は該副室１１１と前記主燃焼室４４とを連通する１個または複数個の副室噴口である。
１１４は点火プラグ、１１５は着火用の高濃度燃料ガスを前記副室１１１内に供給するための燃料ガス通路である。
該火花点火式トーチ着火装置１１においては、図示しない点火制御装置によって制御された点火時期で以って、前記点火プラグ１１４から前記副室１１１内に導入された高濃度燃料ガスに火花放電し該高濃度燃料ガスを着火燃焼せしめてトーチ火炎１１ａを生成し、このトーチ火炎１１ａを前記副室噴口１１６から前記主燃焼室４４に噴出する。
【００３０】
次に、かかる構成からなるガスエンジンの燃料制御装置は、図６に示されるような第１の制御方式と、図７に示されるような第２の制御方式とにより制御操作される。
第１の制御方式においては、ガバナの出力信号に基づき、高濃度燃料ガスの噴射後に主燃焼室で自己着火しないような、高濃度燃料ガスの供給量を算出する（ステップ１）。
次いで、筒内圧力の検出値に基づき燃焼診断装置６０によりノッキング、失火等の異常燃焼の発生の有無を気筒毎に判定し、この判定結果に基づき前記異常燃焼が発生しないように、気筒毎の希薄燃料ガスの供給量を補正し（ステップ１１）、吸気時に該希薄燃料ガスを供給する（ステップ２）。
【００３１】
次いで、圧縮行程の終期に、パイロット燃料噴射弁１２０から副室１１１内に充填されている混合気中に液体燃料を噴射して該混合気を着火燃焼せしめて（図３に示される該パイロット燃料噴射式トーチ着火装置１１の場合）トーチ火炎１１ａを生成し、このトーチ火炎１１ａを主燃焼室４４に噴出する（ステップ３）。
次いで、前記のようなトーチ着火時期と同時にまたは該着火時期よりも遅延したタイミングで、前記ガス加圧ポンプ１から燃料ガス管８を通り、超磁歪アクチュエータ３０を経た高濃度燃料ガスのガス噴流５０ａ（図１参照）を、ガス注入弁５０から前記トーチ火炎１１ａに向けて噴射する（ステップ４）。該高濃度燃料ガスを噴射後も筒内圧力センサ筒内圧力検出器により筒内圧力計測を継続する（ステップ１２）。
また、図７に示される第２の制御方式のように、図６に示される第１の制御方式における筒内圧力センサ（筒内圧力検出器６）からの筒内圧力検出値に基づく燃焼診断の過程を省略することも可能である。
【００３２】
次に、図５に基づき、かかるガスエンジンの燃料制御装置における前記第１の制御方式の動作をさらに詳しく説明する。
前記回転数検出器３からのエンジン回転数の検出値及び前記負荷検出器４からのエンジン負荷の検出値が前記コントローラ２の燃焼室内ガス濃度算出部２０１に入力される。また、前記筒内圧力検出器６からの各シリンダの筒内圧力の検出値は前記燃焼診断装置６０に入力される。
さらに、ガバナ１０１の出力信号は、前記コントローラ２の主ガス量算出部２０３に入力される。
【００３３】
前記主ガス量算出部２０３においては、前記主燃焼室４４で自己着火しないような主ガス量を算出する。
２０２は燃焼室内ガス濃度設定部で、燃焼室４４内におけるノッキングの発生を伴わない最大ガス濃度がエンジン回転数及びエンジン負荷毎に設定されている。
前記燃焼室内ガス濃度算出部２０１においては、前記エンジン回転数及びエンジン負荷の検出値に対応する最大ガス濃度を前記燃焼室内ガス濃度設定部２０２から選出して、注入ガス量算出部２０４に入力する。
該注入ガス量算出部２０４においては、前記最大ガス濃度に基づき、高濃度燃料ガスの噴射後に主燃焼室４４で自己着火しないような、高濃度燃料ガスの注入ガス量を算出してガス注入弁開閉タイミング制御部２０５に入力する。
２０７はパイロット噴射タイミング設定部で、前記副室１１１内におけるパイロット噴射の噴射タイミングが、エンジン回転数及びエンジン負荷毎に設定されている。
【００３４】
前記ガス注入弁開閉タイミング制御部２０５においては、前記クランク角検出器５からのクランク角検出値、及び前記パイロット噴射タイミング設定部に設定されているパイロット噴射の噴射タイミング（噴射始め時期）つまり着火時期に基づき、図８に示すように、前記ガス注入弁５０からの高濃度燃料ガスのガス注入タイミング（高濃度燃料ガスの噴射始め時期）Ｔ２を、前記パイロット噴射タイミングＴ１と同時あるいはパイロット噴射タイミングＴ１よりもΔＴＧ遅延したタイミングになり、かつ前記、注入ガス量算出部２０４にて算出された注入ガス量に対応する高濃度燃料ガス注入期間になるような制御信号をつくる。尚、図８において、ΔＴＰはパイロット噴射開始タイミングの範囲を示す。
【００３５】
また、前記燃焼診断装置６０においては、前記筒内圧力の検出値からノッキング、失火等の異常燃焼の発生の有無を判定し、この判定結果を前記ガス注入弁開閉タイミング制御部２０５に入力する。
そして、該ガス注入弁開閉タイミング制御部２０５においては、前記制御信号に加えて、前記燃焼診断装置６０の判定結果に基づき前記異常燃焼が発生しないように、気筒毎の希薄燃料ガスの供給量を補正し、この補正制御信号をアクチュエータ制御部２０６に出力する。
従って、前記燃焼診断装置６０の判定結果に基づき高濃度燃料ガスの供給量を調整するので、ノッキング、失火等の異常燃焼の発生を回避しつつ、ＮＯｘ発生量を低減し、圧縮比の増大及び筒内最高圧力の上昇をなすことが可能となる。
【００３６】
前記アクチュエータ制御部２０６においては、前記高濃度燃料ガスのガス注入タイミング（高濃度燃料ガスの噴射始め時期）Ｔ２及び該高濃度燃料ガス注入期間に相当する超磁歪アクチュエータ３０の磁石電流による作動タイミング及び作動期間を算出して、該超磁歪アクチュエータ３０に出力する。
該超磁歪アクチュエータ３０においては、前記作動タイミング及び作動期間に相当する磁石電流値にて超磁歪アクチュエータ３０の磁石３３を作動させ、超磁歪材３２を前記ばね３４のばね力に抗して軸方向に変位させることにより、弁体３１が前記作動タイミング及び作動期間に対応して変位して、該ガス燃料溜め３６とガス注入弁５０へのガス通路８ａとの間を開閉する。
前記弁体３１が開弁すると、前記ガス燃料溜め３６内の高濃度燃料ガスはガス通路８ａを通ってガス注入弁５０のガス溜め５５に流入して、針弁ばね５３のばね力に打ち勝って針弁５１を開弁せしめ、噴孔５２からガス噴流５０ａとなって前記主燃焼室４４内に形成されているトーチ火炎１１ａに向けて噴射される。
【００３７】
従って、かかる実施例によれば、吸気及び圧縮行程で、予め爆発限界ガス濃度以下の濃度で均一な予混合希薄混合気を主燃焼室４４内に形成し、この予混合希薄混合気中にトーチ着火装置１１の副室１１１からトーチ火炎１１を噴出させ、さらに該トーチ火炎１１ａに向けてガス注入弁５０から高濃度燃料ガスを高速分散注入することができる。
これにより、吸気及び圧縮行程で主燃焼室４４内に形成された予混合希薄混合気中に副室１１１からのトーチ火炎１１ａを噴出し、このトーチ火炎１１ａに高濃度燃料ガスを高速分散注入することによって最終予混合濃度を燃焼直前に形成することが可能となって、ノッキングの発生を回避しつつ火炎伝播距離が抑制され、ＮＯｘの発生量が低減された燃焼がなされる。
かかる燃焼形態により、図９（Ｂ）の筒内圧力線図に示されるような従来のガスエンジンのサバテサイクルから、図９（Ａ）の筒内圧力線図に示されるようなディーゼルサイクルに近い燃焼サイクルが得られて、ノッキングの発生を伴うことなく圧縮比を増大し筒内最高圧力Ｐｍａｘを上昇することが可能となる。尚、図９においてＰｃは圧縮圧力である。
【００３８】
また、本発明の他の実施例においては、図３に鎖線で示されるように、前記副室１１１に開口するガス注入通路７０を設け（７１は副室１１１への開口端）、該ガス注入通路７０を燃料ガス管８を介して前記超磁歪アクチュエータ３０に接続する。
そして、前記第１の実施例と同様に、前記コントローラ２により前記超磁歪アクチュエータ３０の開閉タイミングを制御して、前記ガス注入通路７０から副室１１１内に噴出する高濃度燃料ガスの噴出開始時期を前記トーチ着火装置１１による副室１１１内ガスの着火時期、つまりパイロット噴射の噴射タイミング（噴射始め時期）と同時に、または該着火時期よりも遅延せしめる。
かかる実施例によれば、副室１１１から主燃焼室４４にトーチ火炎１１ａを噴出し、次いで該副室１１１内に高濃度燃料ガスを噴出せしめることにより、主燃焼室４４内において前記トーチ火炎１１ａ中に副室１１１からの高濃度燃料ガスを高速分散注入することによって、前記第１実施例と同様に、最終予混合濃度を燃焼直前に形成することが可能となる。
これにより、主燃焼室４４内における火炎伝播距離が抑制され、ＮＯｘの発生量が低減された燃焼がなされるとともに、ノッキングの発生をみることなく圧縮比の増大及び筒内最高圧力の上昇が可能となる。
【産業上の利用可能性】
【００３９】
本発明によれば、ＮＯｘの発生量を抑制し、ノッキングの発生を回避しつつ圧縮比及び筒内最高圧力を増大して高い熱効率を得ることができ、高出力化を可能としたガスエンジンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の実施例に係るガスエンジンの燃料制御装置の全体構成図である。
【図２】ガス注入弁及び超磁歪アクチュエータの構成図である。
【図３】パイロット燃料噴射式トーチ着火装置の要部断面図である。
【図４】火花点火式トーチ着火装置の要部断面図である。
【図５】前記燃料制御装置の制御ブロック図である。
【図６】前記燃料制御装置の制御フローチャートの第１例である。
【図７】制御フローチャートの第２例である。
【図８】前記燃料制御装置の噴射タイミング線図である。
【図９】筒内圧力線図の比較例を示す。
【符号の説明】
【００４１】
１    ガス加圧ポンプ
２    コントローラ
３    回転数検出器
４    負荷検出器
５    クランク角検出器
６    筒内圧力検出器
９    吸気管
１０    ガス噴射装置
１１    トーチ着火装置
３０    超磁歪アクチュエータ
４４    主燃焼室
４５    ピストン
４６    クランク軸
５０    ガス注入弁
６０    燃焼診断装置
１００    ガスエンジン
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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