(57)【要約】【課題】冷態時でも初期設定噴射量と略同量のパイロット液体燃料の実噴射量を得る。【解決手段】初期設定された温態時のパイロット噴射量を潤滑油温度に基づいて補正するための噴射量補正表を、ＥＣＵ２６の記憶手段に格納しておく。始動時等の冷態時には、ＥＣＵ２６によって、潤滑油温度センサ２２により潤滑油温度を取得し、上記噴射量補正表を用いてパイロット噴射量の補正率を求めてパイロット噴射量の初期設定値を補正し、得られた補正パイロット噴射量とコモンレール圧力センサ２３により取得されたコモンレール圧力とに基づいて、パイロット噴射期間を生成する。こうして、冷態時に、パイロット燃料噴射電磁弁１２のニードルバルブおよびプッシュロッドが収縮してリフト量が温態時より大きくなっても、それに応じて、パイロット噴射量の初期設定値を減少側に補正する。したがって、上記初期設定値と略同量のパイロット噴射量を得ることができる。【選択図】図１
2009074437.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスエンジンにおける複数のシリンダ内に形成される主燃焼室と、
上記主燃焼室に連絡孔を介して連通した副室と、
パイロット液体燃料を上記副室に噴射するためのノズルと上記ノズルの噴口を開閉するニードルバルブとを含むと共に、駆動信号に基づいて上記ニードルバルブを電磁力によって駆動して上記噴口を開閉させるパイロット燃料噴射電磁弁と、
上記パイロット液体燃料の噴射量であるパイロット噴射量の初期設定値に基づいて、上記パイロット燃料噴射電磁弁による上記パイロット液体燃料の実噴射量が上記初期設定値になるように、上記パイロット液体燃料の噴射期間であるパイロット噴射期間を設定するエンジン制御部と、
上記エンジン制御部によって設定された上記パイロット噴射期間に基づいて、上記パイロット燃料噴射電磁弁に上記駆動信号を出力して、上記パイロット燃料噴射電磁弁を開放動作させる燃料噴射弁駆動部と
を備え、
上記ガスエンジンの温度変化に伴う上記パイロット液体燃料の実噴射量の変化に連動して変化する物理量を検出する物理量検出センサと、
上記物理量検出センサによって検出された上記物理量に基づいて、上記パイロット噴射量の初期設定値に対する補正値である補正パイロット噴射量を求めるパイロット噴射量補正部と
をさらに備えて、
上記エンジン制御部は、上記パイロット噴射量補正部によって求められた上記補正パイロット噴射量を上記パイロット噴射量の初期設定値と見なして、上記パイロット噴射期間を設定するようになっている
ことを特徴とするガスエンジンの制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載のガスエンジンの制御装置において、
上記ガスエンジンに潤滑油を供給する潤滑油供給部を備え、
上記物理量検出センサは、上記潤滑油供給部に設けられて、上記物理量として上記潤滑油の温度を検出する潤滑油温度センサである
ことを特徴とするガスエンジンの制御装置。
【請求項３】
請求項１に記載のガスエンジンの制御装置において、
上記パイロット噴射量補正部による上記補正パイロット噴射量の生成は、予め設定された上記物理量の種々の値と上記パイロット噴射量の初期設定値に対して行う補正の度合いとの関係を用いて、上記検出された上記物理量に基づいて行うようになっている
ことを特徴とするガスエンジンの制御装置。
【請求項４】
請求項１に記載のガスエンジンの制御装置において、
コモンレール方式によって上記ガスエンジンの上記パイロット燃料噴射電磁弁に上記パイロット液体燃料を供給するためのパイロット燃料供給ラインに設けられて、コモンレール圧力を検出するコモンレール圧力センサを備え、
上記エンジン制御部による上記パイロット噴射期間の設定は、予め設定された上記コモンレール圧力の種々の値と上記パイロット噴射量の初期設定の種々の値と上記パイロット噴射期間の値との関係を用いて、上記パイロット噴射量の初期設定値と見なされた上記補正パイロット噴射量と上記コモンレール圧力センサによって検出されたコモンレール圧力とに基づいて行うようになっている
ことを特徴とするガスエンジンの制御装置。
【請求項５】
請求項３あるいは請求項４に記載のガスエンジンの制御装置において、
上記パイロット噴射量補正部による上記補正パイロット噴射量の生成、あるいは、上記エンジン制御部による上記パイロット噴射期間の設定は、上記検出された物理量の値によって上記設定された上記物理量の種々の値の間を線形補間すること、あるいは、上記求められた上記補正パイロット噴射量の値と上記検出されたコモンレール圧力の値とによって上記設定された上記コモンレール圧力の種々の値の間と上記パイロット噴射量の初期設定の種々の値の間とを線形補間することによって行うようになっている
ことを特徴とするガスエンジンの制御装置。
【請求項６】
請求項１に記載のガスエンジンの制御装置において、
上記パイロット噴射量の初期設定値は、上記ガスエンジンの温態時に基づいて設定されており、
上記パイロット噴射量補正部は、上記ガスエンジンの冷態時に上記補正パイロット噴射量を求めるようになっている
ことを特徴とするガスエンジンの制御装置。
【請求項７】
請求項６に記載のガスエンジンの制御装置において、
上記パイロット噴射量補正部は、上記検出された物理量によって上記ガスエンジンが冷態時であることを検知して、上記冷態時に上記補正パイロット噴射量を求めるようになっている
ことを特徴とするガスエンジンの制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ガスエンジンにおけるパイロット液体燃料の噴射量を制御するガスエンジンの制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、ガスエンジンとして、主燃焼室内に混合気(燃焼室に導入される前に都市ガス等気体燃料と空気とを適正な割合で混合した気体)を供給し、微少の重油あるいは軽油等のパイロット液体燃料を噴射して、上記混合気を着火・燃焼させる方式のガスエンジンがある。また、上記パイロット液体燃料が噴射される副室を設置しているものもあり、その場合は、上記主燃焼室に連通された上記副室内に上記主燃焼室内の混合気の一部を導入し、その状態の上記副室内に微少の重油あるいは軽油等のパイロット液体燃料を噴射し、上記混合気を着火・燃焼させるようにしている。何れの方式のガスエンジンもマイクロパイロット式ガスエンジンと呼ばれている。
【０００３】
このような上記副室を備えたマイクロパイロット式ガスエンジンに用いられるガスエンジンの燃料噴射弁として、特開平３‐１６８３２０号公報(特許文献１)に開示された「複式気体‐液体燃料機関燃焼装置」がある。図６は、特許文献１に開示された複式気体‐液体燃料機関燃焼装置におけるトーチセルの断面を示す。
【０００４】
図６において、ピストン１と吸入弁(図示せず)と排気弁(図示せず)と気体燃料混合体を噴射する第１燃料噴射装置(図示せず)とを有する複数のシリンダ２において、１つのシリンダ２に連結された少なくとも１つのトーチセル３は、その一方の端部にトーチセルノズル４を有する一方、他方の端部は燃料供給路に接続されている。そして、トーチセル３内には、トーチセル３の中心軸に対して所定の角度で第２燃料噴射装置５が取り付けられ、先端部には自動点火室６が設けられ、パイロット液体燃料を噴射する第２燃料噴射装置５の先端部が噴射ノズル通路７によって自動点火室６に連通されている。ここで、噴射ノズル通路７は上記中心軸に対して上記所定の角度で形成されており、自動点火室６をシリンダ２に連通させるトーチノズル進路８はシリンダーヘッド９の頂部内側部分に対して所定の角度で形成されている。
【０００５】
上記構成において、気体燃料混合体が、上記第１燃料噴射装置によってシリンダ２内の主室１０に供給され、トーチノズル進路８を介してトーチセル３内の自動点火室６にも導入される。さらに、ピストン１による圧縮行程の後半に、パイロット液体燃料が第２燃料噴射装置５によって自動点火室６内に噴射される。そうすると、高温・高圧の雰囲気下で上記パイロット液体燃料が圧縮着火され、これを着火源として上記気体燃料混合体が燃焼されるのである。
【０００６】
しかしながら、上記特許文献１に開示された従来の複式気体‐液体燃料機関燃焼装置には、以下のような問題がある。
【０００７】
すなわち、上記複式気体‐液体燃料機関燃焼装置における第２燃料噴射装置５(以下、パイロット燃料噴射弁と言う)は、構造的に自動点火室６(以下、副室と言う)に直接面しており、燃焼に伴って発生する燃焼熱を直接受けることになる。また、上記パイロット燃料噴射弁から副室に噴射されるパイロット液体燃料は、前もってコモンレール方式等によって１０００bar程度まで圧縮されている。そして、このパイロット液体燃料の圧縮に伴って、上記パイロット液体燃料の温度は上昇している。したがって、上記パイロット燃料噴射弁は、以上のような熱的影響を受けることになる。
【０００８】
ところで、通常、上述のようなマイクロパイロット式ガスエンジンにおいては、電気信号によってパイロット液体燃料の噴射量および噴射タイミングを制御するパイロット燃料噴射電磁弁を用いたコモンレール方式を採用する場合が多い。
【０００９】
上記コモンレール方式とは、高圧ポンプによって高圧化したパイロット液体燃料をコモンレールと呼ばれる燃料主管に蓄え、各パイロット燃料噴射電磁弁に均一に供給する方式である。このコモンレール方式では、電子制御によって、パイロット燃料噴射電磁弁によるパイロット液体燃料の噴射圧力,噴射時期および噴射期間(噴射量)をきめ細かくコントロールすることによって、理想的な燃焼を実現することができるのである。
【００１０】
上記電子制御による上記パイロット燃料噴射電磁弁の噴射量や噴射タイミングの制御は次のようにして行われる。
【００１１】
通常、制御装置内の記憶手段等に噴射期間３Ｄマップ(３次元マップ)を格納しておく。この噴射期間３Ｄマップには、コモンレール圧力とパイロット液体燃料の噴射量(以下、パイロット噴射量と言う)の初期設定値とパイロット液体燃料の噴射期間(以下、パイロット噴射期間と言う)との関係が設定されている。尚、上記パイロット噴射期間は、パイロット燃料噴射電磁弁における電磁石を動作させる時間である。そして、例えば、予め設定されているパイロット噴射量を４２mm3/shotとする一方、コモンレール圧力の設定値を８００barとすると、上記両設定値を用いて以下のようにしてパイロット噴射量制御が行われる。図７は、従来のマイクロパイロット式ガスエンジンにおける上記制御装置によって行われる「パイロット噴射量制御動作」のフローチャートである。以下、図７に従って、従来のパイロット噴射量制御動作について説明する。
【００１２】
ガスエンジンが始動されると、上記「パイロット噴射量制御動作」がスタートする。そして、ステップＳ1で、予め設定されているパイロット噴射量(本例の場合では「４２mm3/shot」)が、例えば上記記憶手段から読み出すことによって取得される。ステップＳ2で、例えば燃料主管(コモンレール)に取り付けられている圧力センサからの検出信号に基づいて、コモンレール圧力の計測値(本例では「８００bar」)が取得される。ステップＳ3で、上記取得されたパイロット噴射量の設定値(４２mm3/shot)およびコモンレール圧力の計測値(８００bar)を用いて、上記噴射期間３Ｄマップからパイロット噴射期間(本例では「１１１０μs」)が読み出される。ステップＳ4で、上記生成されたパイロット噴射期間(１１１０μs)を表す制御信号がドライバに送出される。そうすると、上記ドライバは、受け取った制御信号に基づいて、上記パイロット燃料噴射電磁弁の電磁石を上記パイロット噴射期間(１１１０μs)の間動作させ、その間パイロット燃料噴射電磁弁の針弁を、上記電磁石および弁駆動体等を介して引き上げて４２mm3/shotのパイロット液体燃料を噴射させるのである。
【００１３】
また、上記噴射タイミングの制御も、上述した噴射量の制御の場合と同様にして行われる。
【００１４】
コモンレール圧力は、パイロット燃料噴射電磁弁のノズル側と、油圧ピストンを介してノズルの背面側に印加されている。そして、パイロット燃料は、具体的には以下のようにして噴射される。すなわち、電磁弁の電磁石が励磁されると弁駆動体(アーマチュア)が引き上げられてオリフィス弁が開き、上記油圧ピストンのノズル背面側の高圧燃料が排出リーク側に排出し、上記油圧ピストンのノズル側の高圧によるノズル開弁力によって、決まっているリフト量Ｌだけ針弁が上昇する。そうすると、針弁の先端とノズルチップのシート部との間にリフト量Ｌ分の隙間が生じ、この隙間を通ってパイロット燃料が噴射が開始される。一方、上記電磁弁の電磁石が消磁されると弁駆動体(アーマチュア)が押し戻されてオリフィス弁が閉じられ、再びノズル背面側に高圧が印加される。そして、バネ力によって針弁が押し戻されて閉弁し、噴射が終了する。
【００１５】
その場合、上記パイロット燃料噴射電磁弁が上述したような熱的影響を受けると、パイロット燃料噴射電磁弁の針弁が例えば相対的に熱膨張した場合には、上記針弁が伸びるためその分だけリフト量が減少することになり、パイロット液体燃料が通る隙間が少なくなる。したがって、噴射されるパイロット液体燃料の量も少なくなる。そこで、それを考慮して、通常は、上述の様な温態時の噴射量を正として、上記噴射期間３Ｄマップを設定している。さらに、上記針弁と弁座との間隔は、上記針弁の伸長量や収縮量も含めてパイロット燃料噴射電磁弁の構造から機械的に決まるリフト量そのものである。
【００１６】
そのため、起動時等の冷態時には、上記針弁が相対的に収縮するのでリフト量が温態時よりも大きくなり、温態時に比べて(予め上記噴射期間３Ｄマップに設定されている噴射量に比べて)多量の燃料が噴霧されるという問題がある。
【００１７】
本発明者によるガスエンジンの運転時における実測によって、エンジン起動時から実噴射量が上記噴射期間３Ｄマップに設定されている噴射量に収束するまでに約１時間を要することが判明している。
【００１８】
元々、パイロット噴射時には、着火燃料として極微少な量のパイロット液体燃料を副室に噴射する。そのため、上記冷態時期間における設定噴射量に対する噴射過多量の割合はかなり大きなものとなる。さらに、上記副室内の空気量は、主燃焼室(図６における主室１０)に連絡孔(図６におけるトーチノズル進路８)を介して連通しているとは言え、少ない。その結果、パイロット液体燃料の噴射過多があった場合におけるガスエンジンの挙動としては、失火が発生する等の燃焼が不安定になる可能性があり、実際にもそのような不具合現象が生じている。
【００１９】
そして、このような現象には、上記特許文献１に開示された従来の複式気体‐液体燃料機関燃焼装置における第２燃料噴射装置５のごとく、機械構造的には対処の方法がないのである。
【特許文献１】特開平３‐１６８３２０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００２０】
そこで、この発明の課題は、起動時等の冷態時であっても初期設定噴射量と略同量のパイロット液体燃料の実噴射量を得ることができるガスエンジンの制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２１】
上記課題を解決するため、この発明のガスエンジンの制御装置は、
ガスエンジンにおける複数のシリンダ内に形成される主燃焼室と、
上記主燃焼室に連絡孔を介して連通した副室と、
パイロット液体燃料を上記副室に噴射するためのノズルと上記ノズルの噴口を開閉するニードルバルブとを含むと共に、駆動信号に基づいて上記ニードルバルブを電磁力によって駆動して上記噴口を開閉させるパイロット燃料噴射電磁弁と、
上記パイロット液体燃料の噴射量であるパイロット噴射量の初期設定値に基づいて、上記パイロット燃料噴射電磁弁による上記パイロット液体燃料の実噴射量が上記初期設定値になるように、上記パイロット液体燃料の噴射期間であるパイロット噴射期間を設定するエンジン制御部と、
上記エンジン制御部によって設定された上記パイロット噴射期間に基づいて、上記パイロット燃料噴射電磁弁に上記駆動信号を出力して、上記パイロット燃料噴射電磁弁を開放動作させる燃料噴射弁駆動部と
を備え、
上記ガスエンジンの温度変化に伴う上記パイロット液体燃料の実噴射量の変化に連動して変化する物理量を検出する物理量検出センサと、
上記物理量検出センサによって検出された上記物理量に基づいて、上記パイロット噴射量の初期設定値に対する補正値である補正パイロット噴射量を求めるパイロット噴射量補正部と
をさらに備えて、
上記エンジン制御部は、上記パイロット噴射量補正部によって求められた上記補正パイロット噴射量を上記パイロット噴射量の初期設定値と見なして、上記パイロット噴射期間を設定するようになっている
ことを特徴としている。
【００２２】
上記構成によれば、物理量検出センサによって検出された物理量に基づいて、パイロット噴射量補正部によって補正パイロット噴射量を求め、この求められた補正パイロット噴射量をパイロット噴射量の初期設定値と見なして、上記エンジン制御部によって、パイロット燃料噴射電磁弁による実噴射量が上記初期設定値になるようにパイロット噴射期間を設定するようにしている。そのため、上記パイロット燃料噴射電磁弁のニードルバルブが熱によって伸長あるいは収縮してリフト量が基準量に対して変化したとしても、それに応じて上記パイロット噴射量の本来の初期設定値に補正を行って、パイロット液体燃料の実噴射量を上記本来の初期設定値と略同量にすることができる。したがって、ガスエンジンの温度変化によって、上記本来の初期設定値に比して大きく異なる量の上記パイロット液体燃料が噴射されるのを防止することができる。
【００２３】
また、１実施の形態のガスエンジンの制御装置では、
上記ガスエンジンに潤滑油を供給する潤滑油供給部を備え、
上記物理量検出センサは、上記潤滑油供給部に設けられて、上記物理量として上記潤滑油の温度を検出する潤滑油温度センサである。
【００２４】
この実施の形態によれば、上記パイロット噴射量補正部は、エンジン始動時からの上記パイロット液体燃料の実噴射量の変化に略反比例的に連動して変化する潤滑油温度に基づいて、上記パイロット液体燃料の実噴射量が上記パイロット噴射量の本来の初期設定値と略同量になるように、精度よく上記補正パイロット噴射量を求めることができる。
【００２５】
また、１実施の形態のガスエンジンの制御装置では、
上記パイロット噴射量補正部による上記補正パイロット噴射量の生成は、予め設定された上記物理量の種々の値と上記パイロット噴射量の初期設定値に対して行う補正の度合いとの関係を用いて、上記検出された上記物理量に基づいて行うようになっている。
【００２６】
この実施の形態によれば、上記パイロット噴射量補正部は、予め設定された上記物理量の種々の値と上記パイロット噴射量の初期設定値に対して行う補正の度合いとの関係を用いて、上記検出された上記物理量に基づいて上記補正の度合いを求め、この補正の度合いに応じて上記パイロット噴射量の初期設定値に対して補正を行うことによって、上記補正パイロット噴射量を簡単且つ迅速に生成することができる。
【００２７】
また、１実施の形態のガスエンジンの制御装置では、
コモンレール方式によって上記ガスエンジンの上記パイロット燃料噴射電磁弁に上記パイロット液体燃料を供給するためのパイロット燃料供給ラインに設けられて、コモンレール圧力を検出するコモンレール圧力センサを備え、
上記エンジン制御部による上記パイロット噴射期間の設定は、予め設定された上記コモンレール圧力の種々の値と上記パイロット噴射量の初期設定の種々の値と上記パイロット噴射期間の値との関係を用いて、上記パイロット噴射量の初期設定値と見なされた上記補正パイロット噴射量と上記コモンレール圧力センサによって検出されたコモンレール圧力とに基づいて行うようになっている。
【００２８】
この実施の形態によれば、上記エンジン制御部は、予め設定された上記コモンレール圧力の種々の値と上記パイロット噴射量の初期設定の種々の値と上記パイロット噴射期間の値との関係を用いることによって、上記パイロット噴射期間の設定を簡単且つ迅速に行うことができる。
【００２９】
また、１実施の形態のガスエンジンの制御装置では、
上記パイロット噴射量補正部による上記補正パイロット噴射量の生成、あるいは、上記エンジン制御部による上記パイロット噴射期間の設定は、上記検出された物理量の値によって上記設定された上記物理量の種々の値の間を線形補間すること、あるいは、上記求められた上記補正パイロット噴射量の値と上記検出されたコモンレール圧力の値とによって上記設定された上記コモンレール圧力の種々の値の間と上記パイロット噴射量の初期設定の種々の値の間とを線形補間することによって行うようになっている。
【００３０】
この実施の形態によれば、上記設定された種々の値の間を線形補完することによって、木目細かく上記補正パイロット噴射量の生成あるいは上記パイロット噴射期間の設定を行うことができる。
【００３１】
また、１実施の形態のガスエンジンの制御装置では、
上記パイロット噴射量の初期設定値は、上記ガスエンジンの温態時に基づいて設定されており、
上記パイロット噴射量補正部は、上記ガスエンジンの冷態時に上記補正パイロット噴射量を求めるようになっている。
【００３２】
上記パイロット燃料噴射電磁弁は上記副室での上記パイロット液体燃料の燃焼に伴う熱的影響を受ける。その場合、上記パイロット燃料噴射電磁弁の上記ニードルバルブは他に対して相対的に熱伸長するためリフト量が減少し、上記パイロット噴射量も少なくなる。この実施の形態によれば、上記パイロット噴射量の初期設定値を上記ガスエンジンの温態時に基づいて設定しており、上記副室からの熱的影響による上記パイロット噴射量の減少を防止することができる。
【００３３】
さらに、上記ガスエンジンの冷態時には、上記パイロット噴射量補正部によって上記補正パイロット噴射量を求めるようにしている。したがって、上記冷態時に、上記ニードルバルブが他に対して相対的に熱収縮してリフト量が増大して、上記パイロット噴射量が増大することを防止できる。
【００３４】
また、１実施の形態のガスエンジンの制御装置では、
上記パイロット噴射量補正部は、上記検出された物理量によって上記ガスエンジンが冷態時であることを検知して、上記冷態時に上記補正パイロット噴射量を求めるようになっている。
【００３５】
この実施の形態によれば、上記ガスエンジンが冷態時に至ると、上記パイロット噴射量補正部によって、自動的に上記補正パイロット噴射量を求めることによって、自動的に上記パイロット噴射期間を調整して上記パイロット噴射量の増大を防止することができる。
【発明の効果】
【００３６】
以上より明らかなように、この発明のガスエンジンの制御装置は、ガスエンジンの温度変化に伴うパイロット液体燃料の実噴射量の変化に連動して変化する物理量を物理量検出センサによって検出し、この検出された上記物理量に基づいて、パイロット噴射量補正部によって補正パイロット噴射量を求め、この求められた補正パイロット噴射量をパイロット噴射量の初期設定値と見なして、エンジン制御部によって、実噴射量が本来の初期設定値になるようにパイロット燃料噴射電磁弁によるパイロット噴射期間を設定するので、上記パイロット燃料噴射電磁弁の上記ニードルバルブが熱によって他と相対的に伸長あるいは収縮してリフト量が基準量に対して変化したとしても、それに応じて上記パイロット噴射量の本来の初期設定値を補正することができる。したがって、パイロット液体燃料の実噴射量を、上記本来の初期設定値と略同量にすることができる。
【００３７】
すなわち、この発明によれば、上記ガスエンジンの温度変化によって、上記本来の初期設定値に比して大きく異なる量の上記パイロット液体燃料が噴射されるのを防止することができ、失火等の燃焼が不安定になる不具合を解消して期待通りの性能を得ることができるのである。
【００３８】
また、上記物理量検出センサを、潤滑油供給部に設けられて、エンジン始動時からの上記パイロット液体燃料の実噴射量の変化に略反比例的に連動して変化する潤滑油の温度を上記物理量として検出する潤滑油温度センサとすれば、上記パイロット噴射量補正部によって、上記潤滑油温度に基づいて、上記補正パイロット噴射量を精度よく求めることができる。
【００３９】
また、上記パイロット噴射量の初期設定値を上記ガスエンジンの温態時に基づいて設定し、上記パイロット噴射量補正部を、上記ガスエンジンの冷態時に上記補正パイロット噴射量を求めるようにすれば、上記冷態時に、上記ニードルバルブが他に対して相対的に熱収縮してリフト量が増大して、上記パイロット噴射量が増大するのを防止できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４０】
以下、この発明を図示の実施の形態により詳細に説明する。図１は、本実施の形態のガスエンジンの制御装置における概略構成を示す模式図である。
【００４１】
図１において、１１はガスエンジンであり、主燃焼室内に混合気(燃焼室に導入される前に都市ガス等気体燃料と空気とを適正な割合で混合した気体)を供給し、微少の重油あるいは軽油等のパイロット液体燃料を噴射して、上記混合気を着火・燃焼させる方式のガスエンジンであればよく、副室の有無等は問わない。
【００４２】
上記ガスエンジン１１を構成する複数のパイロット燃料噴射電磁弁１２には、燃料タンク１３からのパイロット液体燃料が、高圧ポンプ１４によって１０００bar程度まで圧縮された後、コモンレール方式によるパイロット燃料供給ライン１５および複数の分岐ライン１６を介して供給される。こうして、パイロット燃料噴射電磁弁１２に供給されたパイロット液体燃料は、ニードルバルブ(図示せず)によって副室等の燃焼室(図示せず)内への噴射・停止が制御され、圧縮行程の後半に上記燃焼室内に噴射されて圧縮着火され、これを着火源として上記混合気が燃焼される。
【００４３】
その際に、上記各パイロット燃料噴射電磁弁１２で噴射されなかった余剰のパイロット液体燃料は、戻り分岐ライン１７およびパイロット燃料戻りライン１８を介して、燃料タンク１３に戻される。
【００４４】
一方、上記ガスエンジン１１のシリンダブロック(図示せず)の下部には潤滑油タンク１９が設けられており、潤滑油タンク１９内の潤滑油は、潤滑油ポンプ２０によってガスエンジン１１に供給されて、各部の潤滑を行う。
【００４５】
上記潤滑油ポンプ２０からガスエンジン１１に至る潤滑油供給路２１には、潤滑油の温度Ｔを検出して、検出温度を表す検出信号を出力する潤滑油温度センサ２２が設置されている。また、上記コモンレールとしてのパイロット燃料供給ライン１５には、コモンレール圧力Ｐを検出して、検出圧力を表す検出信号を出力するコモンレール圧力センサ２３が設置されている。また、ガスエンジン１１におけるクランクシャフト(図示せず)の一端に設置されたフライホイール２４の近傍には、上記クランクシャフトの回転速度および回転位相を検出して、検出値を表す検出信号を出力する回転センサ２５が設置されている。
【００４６】
そして、上記潤滑油温度センサ２２によって検出された潤滑油の温度Ｔを表す検出信号と、コモンレール圧力センサ２３によって検出されたコモンレール圧力Ｐを表す検出信号と、回転センサ２５によって検出された上記クランクシャフトの回転速度および回転位相を表す検出信号とは、ＥＣＵ(Engine Control Unit)２６に入力される。そうすると、上記ＥＣＵ２６は、後に詳述するようにして、ガスエンジン１１のパイロット噴射期間を設定し、このパイロット噴射期間だけパイロット燃料噴射電磁弁１２を開動作させるための制御信号を燃料噴射弁ドライバ２７に出力する。そして、燃料噴射弁ドライバ２７によって、上記制御信号に基づいて、パイロット燃料噴射電磁弁１２の開動作を行うのである。
【００４７】
さらに、上記ＥＣＵ２６はガバナＰＩＤ制御機能を有しており、上記回転センサ２５によって検出されたガスエンジン１１の実回転数と設定回転数とを比較し、その比較結果に基づいて、ガスエンジン１１の各シリンダ(図示せず)に上記混合気を供給するための通路に介設されたガス噴射弁(図示せず)の開弁期間を設定し、「設定回転数」＝「実回転数」になるように、総ての上記ガス噴射弁の開弁期間を上記設定期間に一律に調整する。
【００４８】
図２は、上記パイロット燃料噴射電磁弁１２の概略構成を表す断面を示している。図２に示すように、パイロット燃料噴射電磁弁１２は、インジェクションボディ３１とノズルチップ３２とが、袋ナット３３によって、インジェクションボディ３１の一端面とノズルチップ３２の端面とを密着させて固定されて成る。また、インジェクションボディ３１の他端には、電磁石３４を含む弁駆動部３５が螺子によって取り付け固定されている。
【００４９】
上記インジェクションボディ３１とノズルチップ３２とには、中心軸に沿ってニードルバルブ挿通用のニードルバルブ挿通孔３６,３７が形成されており、インジェクションボディ３１に形成されたニードルバルブ挿通孔３６には、インジェクションボディ３１に半径方向に設けられた液体燃料供給孔３８を介して上記パイロット液体燃料が供給される。また、ニードルバルブ挿通穴３６,３７には、ニードルバルブ３９とニードルバルブ３９に接続されたプッシュロッド４０とが中心軸方向に進退可能に挿入されている。
【００５０】
上記インジェクションボディ３１のニードルバルブ挿通孔３６には小径部３６aが設けられており、この小径部３６aとの境界には段部３６bが形成されている。また、プッシュロッド４０にも小径部４０aが設けられており、この小径部４０aとの境界には段部３６bに対向する段部４０bが形成されている。また、プッシュロッド４０の小径部４０aには、この小径部４０aが挿通可能な穴を有すると共に、ニードルバルブ挿通孔３６の内径より僅かに小さい外径を有するバネ受け４１が、挿通されている。そして、ニードルバルブ挿通孔３６の段部３６bとプッシュロッド４０の段部４０bに当接しているバネ受け４１との間には、第１スプリング４２が縮装されている。こうして、第１スプリング４２の弾性力によって、プッシュロッド４０およびニードルバルブ３９が、ノズルチップ３２における先端に形成されてニードルバルブ挿通孔３２の先端に連通している噴口４３を閉鎖する方向に付勢されている。
【００５１】
さらに、上記プッシュロッド４０における弁駆動部３５側の端部には、小径部４０aよりも大径を有すると共に、ニードルバルブ挿通孔３６の小径部３６a内に摺動可能に嵌合されて、両端面に作用する上記パイロット液体燃料の圧力差によって、プッシュロッド４０およびニードルバルブ３９を中心軸方向に進退させるピストン部４０dが設けられている。
【００５２】
また、上記インジェクションボディ３１における弁駆動部３５側の端部には、ニードルバルブ挿通孔３６の小径部３６aに連通すると共にニードルバルブ挿通孔３６よりも大径の室４９が形成されており、小径部３６aとの境界には段部４９aが形成されている。そして、この段部４９aには、室４９内をパイロット燃料噴射電磁弁１２外に連通する排出通路５０の一方の開口が形成される一方、他方の開口がインジェクションボディ３１の側面に形成されている。さらに、ニードルバルブ挿通孔３６の小径部３６aにおける室４９側の端部には、後述する弁駆動体４４の大径部４４aの端面よりも小径の貫通穴を有するオリフィス弁５１が、取り付け固定されている。
【００５３】
さらに、上記弁駆動部３５の軸方向中間部には、中心に穴３４aを有する電磁石３４が設置されている。そして、電磁石３４の穴３４aには、磁性体で構成されると共に、電磁石３４によって励磁されて中心軸方向に進退する弁駆動体４４が挿通されている。この弁駆動体４４のプッシュロッド４０側には大径部４４aが設けられており、この大径部４４aとの境界には段部４４bが形成されている。そして、この段部４４bの面が電磁石３４への吸着面となる。さらに、大径部４４aにおけるプッシュロッド４０側の端面は、上述したようにオリフィス弁５１の上記貫通穴よりも大径を有しており、弁駆動体４４が中心軸方向に前進した場合に、オリフィス弁５１の上記貫通穴をシールするようになっている。一方、弁駆動体４４におけるプッシュロッド４０側とは反対側の端部４６は、非磁性体によって電磁石３４の穴より大径に形成されている。
【００５４】
また、上記弁駆動部３５におけるプッシュロッド４０側とは反対側には、弁駆動体４４の端部４６が進退可能に軸方向に形成された穴４７が形成されており、この穴４７の底面４７aと弁駆動体４４の端部４６との間には、第２スプリング４８が縮装されている。こうして、第２スプリング４８の弾性力によって、弁駆動体４４がオリフィス弁５１をシールする方向に付勢されている。
【００５５】
上記構成において、上記電磁石３４に通電されていない場合には、図２および図３に示すように、第２スプリング４８の弾性力によって、弁駆動体４４がプッシュロッド４０側に付勢される。そうすると、弁駆動体４４の大径部４４aがオリフィス弁５１に向かって前進して、オリフィス弁５１の上記貫通穴をシールする。その結果、プッシュロッド４０のピストン部４０dにおける両端に作用する上記パイロット液体燃料の圧力は等しくなって、プッシュロッド４０には実質的に第１スプリング４２の弾性力のみが作用することになり、第１スプリング４２の弾性力によってプッシュロッド４０が押圧される。そして、プッシュロッド４０とニードルバルブ３９とが一体となって、ニードルバルブ３９の先端面に掛かる上記パイロット液体燃料の圧力に抗して噴口４３に向かって進み、やがてニードルバルブ３９の先端が弁座(図示せず)に密着して噴口４３が閉鎖される。こうして、上記パイロット液体燃料の噴射が停止される。図２および図３はこの状態を示しており、オリフィス弁５１とプッシュロッド４０の突出部４０cとの間には隙間Ｌが生ずる。
【００５６】
この状態において、上記電磁石３４に通電されると、図４に示すように、電磁石３４の磁力によって、弁駆動体４４が第２スプリング４８の弾性力に抗して穴４７の底面４７a側に退く。そうすると、オリフィス弁５１のシールが開放され、プッシュロッド４０のピストン部４０dとオリフィス弁５１との間の空間に在る上記パイロット液体燃料は排出通路５０を介して外部に排出されて、ピストン部４０dにおけるオリフィス弁５１側の端面（以下、上側端面と言う)に作用する上記パイロット液体燃料の圧力が開放される。その結果、ピストン部４０dにおける第１スプリング４２側の端面(以下、下側端面と言う)に作用する上記パイロット液体燃料の圧力が上記上側端面に作用する上記パイロット液体燃料の圧力よりも大きくなり、ピストン部４０dの上記下側端面に作用する上記パイロット液体燃料の圧力によってプッシュロッド４０が押圧される。そして、プッシュロッド４０とニードルバルブ３９とが一体となって、第１スプリング４２の弾性力に抗してプッシュロッド４０の突出部４０cがオリフィス弁５１に当接するまで、上記隙間Ｌの分だけ移動する。つまり、上記隙間Ｌがニードルバルブ３９のリフト量となるのである。その結果、ニードルバルブ３９の先端と上記弁座との間にリフト量Ｌと同じ間隔Ｌの隙間が生じ、この隙間を通って上記パイロット液体燃料が噴射されるのである。
【００５７】
以上のごとく、上記プッシュロッド４０とニードルバルブ３９とは一体となって移動するため、上記電磁石３４に通電された際にニードルバルブ３９と上記弁座との間に生ずる間隔は、上記リフト量Ｌと同じ長さになる。そのため、上述したような熱的影響を受けると、プッシュロッド４０およびニードルバルブ３９が他に対して相対的に膨張および収縮してリフト量Ｌが変動し、それに連動してパイロット液体燃料が通る間隔Ｌも変動することになる。そこで、温態時の噴射量を正として上記噴射期間３Ｄマップが設定されているのであるが、起動時等の冷態時には、プッシュロッド４０およびニードルバルブ３９が収縮するのでリフト量Ｌが温態時よりも大きくなり、温態時に比べて多量の上記パイロット液体燃料が噴射されることになる。
【００５８】
そこで、上記問題を解決するために、上述したように、本発明者によるガスエンジンの運転時における実測の結果、ガスエンジン１１の起動時から実噴射量が予め設定されている噴射量に収束するまでに約１時間を要することが判明している。それと同時に、上記設定噴射量に収束するまでの実噴射量の変移が、ガスエンジン１１に供給される潤滑油の温度変化と、略反比例的に連動していることを見出した。
【００５９】
そこで、本実施の形態においては、上記「実噴射量の変移」と「潤滑油の温度変化」との関係を利用して、実験等に基づいて潤滑油温度に対するパイロット噴射量の補正率(％)予め設定しておく。そして、ＥＣＵ２６によって、予め初期設定されているパイロット噴射量に対して上記補正率によって補正を行い、その補正されたパイロット噴射量に基づいてパイロット噴射期間を生成するのである。
【００６０】
図５は、上記ＥＣＵ２６によって行われる「パイロット噴射量補正制御動作」のフローチャートを示す。以下、図５に従って、「パイロット噴射量補正制御動作」について説明する。ここで、ＥＣＵ２６には記憶手段が設けられており、この記憶手段に上記「背景技術」において説明した噴射期間３Ｄマップと同じ噴射期間３Ｄマップが格納されている。さらに、上記記憶手段には、表１に例示するような噴射量補正表を格納している。この噴射量補正表には、潤滑油温度の種々の値と噴射量補正率との関係が設定されている。ここで、上記噴射量補正率とは、温態時の噴射量を正として上記噴射期間３Ｄマップに設定されているパイロット噴射量に対する補正後の割合を百分率で表したものである。
2009074437.tif 000003
【００６１】
以下、上記「パイロット噴射量補正制御動作」について、パイロット噴射量の初期設定値が５０mm3/shotである一方、コモンレール圧力の初期設定値が８００barである場合を例に説明する。
【００６２】
上記ガスエンジン１１が始動されると、本「パイロット噴射量補正制御動作」がスタートする。そして、ステップＳ11で、予め初期設定されているパイロット噴射量(本例では「５０mm3/shot」)が、上記記憶手段から読み出すことによって取得される。ステップＳ12で、潤滑油温度センサ２２からの検出信号に基づいて潤滑油温度Ｔの計測値が取得される。ステップＳ13で、上記取得された潤滑油温度Ｔの計測値(例えば３０℃)を用いて、上記噴射量補正表から上記噴射量補正率が読み出される。本例では、潤滑油温度Ｔは３０℃であるから、上記噴射量補正率「８０％」が読み出されることになる。
【００６３】
ステップＳ14で、上記ステップＳ11において取得された上記パイロット噴射量(５０mm3/shot)と上記ステップＳ13において生成された上記噴射量補正率(８０％)とを用いて、補正パイロット噴射量が、次式
５０mm3/shot×０.８＝４０mm3/shot
によって算出される。
【００６４】
ステップＳ15で、上記パイロット燃料供給ライン１５(コモンレール)に設置されているコモンレール圧力センサ２３からの検出信号に基づいてコモンレール圧力Ｐの計測値(本例では「８００bar」)が取得される。ステップＳ16で、上記ステップＳ14において算出された上記補正パイロット噴射量(４０mm3/shot)を上記パイロット噴射量の初期設定値と見なし、この見なし初期設定値と、上記ステップＳ15において取得されたコモンレール圧力Ｐ(８００bar)とを用いて、上記噴射期間３Ｄマップから上記パイロット噴射期間(本例では「１０６７μs」)が読み出される。ステップＳ17で、上記生成されたパイロット噴射期間(１０６７μs)を表す制御信号が燃料噴射弁ドライバ２７に出力されて、本パイロット噴射量補正制御動作が終了される。
【００６５】
そうすると、上記燃料噴射弁ドライバ２７によって、受け取った上記制御信号に基づいて、図２に示すパイロット燃料噴射電磁弁１２の電磁石３４が、上記パイロット噴射期間(１０６７μs)だけ動作される。その結果、上記パイロット噴射期間(１０６７μs)だけニードルバルブ３９が引き上げられて、４０mm3/shotのパイロット液体燃料が噴射されるのである。
【００６６】
すなわち、本実施の形態においては、上記「パイロット噴射量補正制御動作」における上記ステップＳ13および上記ステップＳ14によって、上記パイロット噴射量補正部を構成する。また、上記ステップＳ15〜上記ステップＳ17によって、上記エンジン制御部を構成するのである。
【００６７】
以上の結果、起動時に、上記プッシュロッド４０およびニードルバルブ３９の相対的な収縮によって、パイロット液体燃料が温態時に初期設定されたパイロット噴射量よりも多く噴射されようとする現象が、潤滑油温度Ｔの低下に応じて、温態時に初期設定されたパイロット噴射量を減少させるように補正することによって解消される。その結果として、始動時(冷態時)であっても、温態時に初期設定されたパイロット噴射量と略同量の実噴射量で、パイロット液体燃料が噴射されるのである。
【００６８】
ここで、上記ステップＳ13において上記噴射量補正表から上記噴射量補正率を読み出す際に、上記ステップＳ12において取得された潤滑油温度Ｔが上記噴射量補正表にない場合がある。その場合には、上記噴射量補正表にある上記取得潤滑油温度Ｔの前後の温度での両噴射量補正率を用いて線形補完を行って、目的とする噴射量補正率を得るようにしている。例えば、取得された潤滑油温度Ｔが３５℃の場合には、３０℃での噴射量補正率８０％と４０℃での噴射量補正率９０％との間で線形に変化するものと見なして、８５％と計算して生成するのである。このことは、上記ステップＳ16において上記噴射期間３Ｄマップからパイロット噴射期間を生成する場合も同様である。
【００６９】
以上のごとく、本実施の形態においては、温態時の噴射量を正として予め初期設定されているパイロット噴射量を、エンジン始動時からの実噴射量の変化に略反比例的に連動して変化する潤滑油温度Ｔに基づいて補正するための噴射量補正表を予め作成し、ＥＣＵ２６の記憶手段に格納している。そして、始動時には、潤滑油温度センサ２２によって検出された潤滑油温度Ｔを取得し、上記噴射量補正表からパイロット噴射量の補正率を求め、得られた噴射量補正率に基づいてパイロット噴射量の初期設定値を補正し、得られた補正パイロット噴射量とコモンレール圧力センサ２３によって検出されたコモンレール圧力Ｐとに基づいて、パイロット噴射期間を生成するようにしている。
【００７０】
このように、冷態時である始動時に、上記パイロット燃料噴射電磁弁１２のプッシュロッド４０およびニードルバルブ３９が収縮してリフト量Ｌが温態時よりも大きくなったとしても、それに応じて、パイロット噴射量の初期設定値を減少側に補正するので、上記初期設定値と略同量のパイロット噴射量を得ることができる。したがって、温態時に比べて多量の上記パイロット液体燃料が噴射されるのを防止することができる。
【００７１】
その際に、上記取得した潤滑油温度Ｔに基づいて、ＥＣＵ２６の記憶手段に格納されている上記噴射量補正表から上記パイロット噴射量の補正率を求めるようにしている。したがって、上記噴射量補正表を作成すると言う簡単な操作によって、簡単且つ迅速に上記パイロット噴射量の補正量を求めることができるのである。
【００７２】
同様に、上記得られた補正パイロット噴射量と上記検出されたコモンレール圧力Ｐとに基づいて、ＥＣＵ２６の記憶手段に格納されている上記噴射期間３Ｄマップから上記パイロット噴射期間を生成するようにしている。したがって、上記噴射期間３Ｄマップを作成すると言う簡単な操作によって、簡単且つ迅速に上記パイロット噴射期間を生成することができるのである。
【００７３】
また、上記噴射量補正表および上記噴射期間３Ｄマップを引く際に、上記噴射量補正表および上記噴射期間３Ｄマップにある値によって線形補完を行うことによって、木目細かく上記パイロット噴射量の補正量および上記パイロット噴射期間を求めることができる。
【００７４】
また、上記「パイロット噴射量補正制御動作」の上記ステップＳ13においては、上記記憶手段に格納された噴射量補正表から上記噴射量補正率を読み出すようにしている。さらに、ステップＳ16においては、上記記憶手段に格納された噴射期間３Ｄマップから上記パイロット噴射期間読み出すようにしている。しかしながら、この発明は、これに限定されるものではない。例えば、潤滑油温度Ｔと噴射量補正率との関係式、および、コモンレール圧力とパイロット噴射量とパイロット噴射期間との関係式を、上記記憶手段に格納しておく。そして、上記ステップＳ13およびステップＳ16においては、上記関係式を用いて、上記噴射量補正率および上記パイロット噴射期間を演算によって算出することも可能である。あるいは、上記噴射量補正率と上記パイロット噴射期間との何れか一方を演算によって算出してもよい。
【００７５】
また、上記「パイロット噴射量補正制御動作」においては、上記噴射量補正表および上記噴射期間３Ｄマップ、または、これらを表す関係式を、ＥＣＵ２６内に設定された上記記憶手段に格納するようにしている。しかしながら、外部記憶装置に格納することによって、種々の形式のガスエンジンや種々の運転状況等に対応可能になる。
【００７６】
また、本実施の形態においては、上記冷態時の例として始動時を例に上げて説明している。しかしながら、この発明を適用できる冷態時は、上記始動時に限定されるものではない。例えば、冷態時と温態時とを分ける潤滑油温度Ｔである冷態時潤滑油温度Ｔ0を予め設定しておき、潤滑油温度Ｔが冷態時潤滑油温度Ｔ0を下回ると図５に示すフローチャートを実行し、上記ステップＳ18において潤滑油温度Ｔが冷態時潤滑油温度Ｔ0以上になると図５に示すフローチャートを終了するようにすることも可能である。
【００７７】
また、本実施の形態においては、上記「パイロット噴射量補正制御動作」を、パイロット液体燃料の実噴射量の変化に連動して略反比例的に変化する潤滑油温度Ｔに基づいて行っている。しかしながら、この発明は潤滑油温度Ｔに限定されるものではなく、ガスエンジン１１の冷却水の温度やノズルチップ３２の温度に基づいて行っても構わない。要は、ガスエンジン１１の温度変化に伴うパイロット液体燃料の実噴射量の変化に連動して変化する物理量を用いればよいのである。
【図面の簡単な説明】
【００７８】
【図１】この発明のガスエンジンの制御装置における概略構成を示す模式図である。
【図２】図１におけるパイロット燃料噴射電磁弁の断面図である。
【図３】消磁時における弁駆動体とプッシュロッドとの動作を示す図である。
【図４】励磁時における弁駆動体とプッシュロッドとの動作を示す図である。
【図５】図１におけるＥＣＵによって行われるパイロット噴射量補正制御動作のフローチャートである。
【図６】複式気体‐液体燃料機関燃焼装置におけるトーチセルの断面図である。
【図７】従来のガスエンジンの制御装置によって行われるパイロット噴射量制御動作のフローチャートである。
【符号の説明】
【００７９】
１１…ガスエンジン、
１２…パイロット燃料噴射電磁弁、
１３…燃料タンク、
１４…高圧ポンプ、
１５…パイロット燃料供給ライン、
１８…パイロット燃料戻りライン、
２０…潤滑油ポンプ、
２１…潤滑油供給路、
２２…潤滑油温度センサ、
２３…コモンレール圧力センサ、
２６…ＥＣＵ、
２７…燃料噴射弁ドライバ、
３１…インジェクションボディ、
３２…ノズルチップ、
３４…電磁石、
３５…弁駆動部、
３６,３７…ニードルバルブ挿通孔、
３８…液体燃料供給孔、
３９…ニードルバルブ、
４０…プッシュロッド、
４１…バネ受け、
４２…第１スプリング、
４３…噴口、
４４…弁駆動体、
４４b…吸着面(段部)、
４５…押圧棒、
４８…第２スプリング。
【図１】
2009074437.tif 000004
【図２】
2009074437.tif 000005
【図３】
2009074437.tif 000006
【図４】
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【図５】
2009074437.tif 000008
【図６】
2009074437.tif 000009
【図７】
2009074437.tif 000010