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WO2014077002A1 - ディーゼルエンジンの制御装置、ディーゼルエンジン、及びディーゼルエンジンの制御方法 - Google Patents

ディーゼルエンジンの制御装置、ディーゼルエンジン、及びディーゼルエンジンの制御方法 Download PDF

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WO2014077002A1
WO2014077002A1 PCT/JP2013/069662 JP2013069662W WO2014077002A1 WO 2014077002 A1 WO2014077002 A1 WO 2014077002A1 JP 2013069662 W JP2013069662 W JP 2013069662W WO 2014077002 A1 WO2014077002 A1 WO 2014077002A1
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diesel engine
load
gas fuel
oil
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園田 隆
英明 村田
石田 裕幸
平岡 直大
耕之 駒田
壮太 渡邉
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Mitsubishi Heavy Industries Ltd
Original Assignee
Mitsubishi Heavy Industries Ltd
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Publication date
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Definitions

  • the present invention relates to a diesel engine control device, a diesel engine, and a diesel engine control method.
  • Diesel engine that uses natural gas or other gas fuel as the main fuel, oil fuel with good compression ignitability as pilot fuel, and self-ignition of the oil fuel in the combustion chamber under high temperature to burn the main fuel gas fuel (
  • dual fuel diesel engine Since the dual fuel diesel engine uses gas fuel, it emits less CO 2 during combustion and emits less harmful substances such as black smoke.
  • Patent Document 1 discloses a dual fuel diesel engine in which a low cetane number fuel with poor compression ignitability such as gas fuel is a main fuel and an oil fuel with good compression ignitability is a pilot fuel.
  • the engine disclosed in Patent Document 1 includes a gas fuel injection valve and a pilot fuel injection valve provided in a cylinder head. Gas fuel and pilot fuel are supplied from the gas fuel injection valve and the pilot fuel injection valve toward the combustion chamber. By injecting, the pilot fuel is self-ignited in the high-temperature combustion chamber, thereby burning the main fuel.
  • Patent Document 1 does not specifically disclose a method of supplying oil fuel and gas fuel to a diesel engine. In a dual fuel diesel engine, stable operation using oil fuel and gas fuel becomes a problem.
  • An object of the present invention is to provide a diesel engine and a method for controlling the diesel engine.
  • the diesel engine control device, the diesel engine, and the diesel engine control method of the present invention employ the following means.
  • a control device for a diesel engine is a control device for a diesel engine that is operated by being supplied with gas fuel and oil fuel, and includes a governor control means for performing governor control, and a load on the diesel engine.
  • a governor control means for performing governor control, and a load on the diesel engine.
  • the diesel engine control device controls the supply amount of gas fuel and oil fuel to the diesel engine.
  • Gas fuel and oil fuel are supplied by governor control by the governor control means.
  • the fuel control means supplies only oil fuel when the load of the diesel engine is below a predetermined value.
  • the case where the load is equal to or less than the predetermined value is a case where the load is low. Since oil fuel has better compression ignitability than gas fuel, by supplying only oil fuel at low load, the diesel engine can operate stably even at low load.
  • the fuel control means starts supplying the gas fuel when the load exceeds a predetermined value, controls the gas fuel and the oil fuel with different control amounts, and controls the gas fuel and the oil fuel according to the increase in the load. Increase total heat supply.
  • this structure can reduce the usage-amount of the oil fuel of a diesel engine.
  • this structure controls gas fuel and oil fuel by a different control amount, it can control different gas fuel and oil fuel according to the objective. From the above, this configuration reduces the amount of oil fuel used, and enables stable operation using oil fuel and gas fuel.
  • the fuel control means when the load exceeds the predetermined value, the fuel control means starts supplying the gas fuel and makes the supply amount of the gas fuel constant regardless of an increase in the load, It is preferable to increase the supply amount of the oil fuel according to the increase of the load.
  • the supply amount of gas fuel is constant regardless of the increase in load, and the supply amount of oil fuel is increased according to the increase in load, so governor control is performed with the oil fuel. And since this structure makes the supply amount of gaseous fuel constant, even when the residual amount of gaseous fuel is small, the driving
  • the fuel control means raises the supply amount of the gas fuel with time change to the constant supply amount.
  • the fuel control means when the load exceeds the predetermined value, causes the gas fuel and the oil fuel to have a predetermined ratio between the gas fuel and the oil fuel. Are preferably supplied.
  • the diesel engine can be operated in a more suitable state.
  • the fuel control means when the load exceeds the predetermined value, the fuel control means starts supplying the gas fuel and makes the supply amount of the oil fuel constant regardless of the increase in the load, It is preferable to increase the supply amount of the gas fuel in accordance with the increase in the load.
  • the supply amount of the oil fuel is constant regardless of the increase in the load, and the supply amount of the gas fuel is increased according to the increase in the load, so that the governor control is performed with the gas fuel.
  • this structure makes the supply amount of oil fuel constant, the usage-amount of oil fuel can be decreased and the effect acquired by gas fuel can be exhibited to the maximum.
  • a diesel engine includes a gas fuel injection valve that injects gas fuel into a combustion chamber, an oil fuel injection valve that injects oil fuel into the combustion chamber, and the control device described above. .
  • a method for controlling a diesel engine is a method for controlling a diesel engine operated by being supplied with gas fuel and oil fuel, and the oil fuel is loaded when the load of the diesel engine is equal to or less than a predetermined value.
  • a first step of supplying only the gas a second step of starting supply of the gas fuel when the load exceeds the predetermined value, controlling the gas fuel and the oil fuel with different control amounts, and And a third step of increasing the total supply heat amount of the gas fuel and the oil fuel in response to an increase in the load.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a dual fuel diesel engine according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an electrical configuration of an ECU according to a first embodiment of the present invention. It is a graph which shows the relationship between the sum of the fuel control command of the oil fuel which concerns on 1st Embodiment of this invention, and gas fuel, and a load factor. It is a graph which shows the relationship between the load factor and oil fuel control command which concern on 1st Embodiment of this invention, and the relationship between a load factor and gas fuel control command. It is a graph which shows the relationship between the load factor and oil fuel control command which concern on 2nd Embodiment of this invention, and the relationship between a load factor and gas fuel control command.
  • the diesel engine according to the first embodiment is a dual fuel diesel engine that is operated using gas fuel as main fuel and oil fuel as pilot fuel, and is used as, for example, a main engine of a ship.
  • FIG. 1 is a configuration diagram of a dual fuel diesel engine 1 according to the first embodiment.
  • the dual fuel diesel engine 1 includes a cylindrical cylinder 2, a cylinder head 3 coupled to the upper end side of the cylinder 2, and a piston 4 accommodated in the cylinder 2 so as to be able to advance and retract.
  • a combustion chamber c is formed by the peripheral wall 2 a of the cylinder 2, the cylinder head 3, and the top surface 4 a of the piston 4.
  • symbol 5 in a figure has shown the piston ring.
  • a scavenging port 6 is opened in the peripheral wall 2a on the lower side of the cylinder 2.
  • the scavenging port 6 is formed at a position above the top surface 4a of the piston 4 located near the bottom dead center (indicated by a two-dot chain line in the figure), and the piston 4 is located near the bottom dead center.
  • air is supplied from the scavenging port 6 to the combustion chamber c.
  • An exhaust port is opened at the top of the cylinder head 3 and an exhaust valve 7 for opening and closing the exhaust port is provided. The exhaust valve 7 is opened until the piston 4 reaches a position of about 100 ° before top dead center during the scavenging stroke when the piston 4 is in the upward stroke.
  • the exhaust gas in the previous stroke remaining in the combustion chamber c is scavenged by the air supplied from the scavenging port 6 to the combustion chamber c.
  • the cylinder head 3 is provided with a gas fuel injection valve 8 that injects gas fuel into the combustion chamber c, and is also provided with an oil fuel injection valve 10 that injects oil fuel with good compression ignitability into the combustion chamber c. .
  • the gas fuel injection valve 8 and the oil fuel injection valve 10 are provided one by one at positions 180 degrees apart in the circumferential direction with the cylinder center o as the center of rotation.
  • the gas fuel injection valve 8 and the oil fuel injection valve 10 are each provided with four injection holes.
  • the number of gas fuel injection valves 8 and the oil fuel injection valves 10 installed is as follows. It is not limited, For example, you may be one.
  • a plurality of gas fuel injection valves 8 and oil fuel injection valves 10 are arranged at equal intervals in the circumferential direction. It is preferable.
  • the gas fuel injection valve 8 and the oil fuel injection valve 10 are connected to an engine control unit (hereinafter referred to as “ECU”) 12 via a cable 14.
  • the ECU 12 is connected via a cable 16 to a crank angle sensor 15 that detects a rotation angle of the crankshaft 17.
  • the phase of the piston 4 is detected by receiving a signal related to the rotation angle of the crankshaft 17 from the crank angle sensor 15.
  • the gas fuel injection valve 8 and the oil fuel injection valve 10 inject gas fuel and oil fuel into the combustion chamber c at a predetermined timing based on a signal transmitted from the ECU 12.
  • FIG. 2 is a block diagram showing an electrical configuration of the ECU 12 according to the first embodiment.
  • the ECU 12 includes a governing control unit 30 and a fuel control unit 32.
  • the governing control unit 30 receives the set rotational speed and the actual rotational speed of the dual fuel diesel engine 1 and performs the governing so that the actual rotational speed becomes the set rotational speed based on the difference between the set rotational speed and the actual rotational speed. Take control. Note that the governing control unit 30 may perform the governing control based on the difference between the set load and the actual load.
  • the load according to the first embodiment is specified by a load factor (load indicator value) that varies between 0 and 100, with the maximum load on the dual fuel diesel engine 1 being 100%.
  • the fuel control unit 32 outputs a fuel control command based on the command output from the governing control unit 30.
  • the fuel control unit 32 includes an oil fuel control unit 34 and a gas fuel control unit 36.
  • the oil fuel control unit 34 calculates an oil fuel control command by a predetermined function based on the command output from the governing control unit 30 and outputs the oil fuel control command to the oil fuel injection valve 10.
  • the gas fuel control unit 36 calculates a gas fuel control command by a predetermined function based on the command output from the governing control unit 30, and outputs it to the gas fuel injection valve 8.
  • FIG. 3 is a graph showing the relationship between the load factor and the fuel control command.
  • the fuel control command shown in FIG. 3 is the sum of the oil fuel control command and the gas fuel control command. That is, the total supply heat amount of the gas fuel and the oil fuel increases as the load factor increases. As an example, the fuel control command increases in proportion to the load factor.
  • the fuel control unit 32 supplies only oil fuel when the load of the dual fuel diesel engine 1 is equal to or less than a predetermined value, and starts supplying gas fuel when the load exceeds a predetermined value.
  • the fuel control unit 32 controls the gas fuel and the oil fuel with different control amounts, and increases the total supply heat amount of the gas fuel and the oil fuel according to the increase in the load as shown in FIG. Thereby, ECU12 can reduce the usage-amount of the oil fuel of the dual fuel diesel engine 1.
  • the said predetermined value is called switching load factor in the following description. In the first embodiment, the switching load factor is 20% as an example, but is not limited to this and is arbitrarily set. Below the switching load factor is a load factor for low load operation.
  • the fuel control unit 32 When the load exceeds the switching load factor, the fuel control unit 32 according to the first embodiment starts supplying the gas fuel and keeps the supply amount of the gas fuel constant regardless of the increase in the load. Increase the amount as the load increases.
  • FIG. 4 is a graph showing the relationship between the load factor and the oil fuel control command and the relationship between the load factor and the gas fuel control command according to the first embodiment.
  • the dual fuel diesel engine 1 can be stably operated even at the low load by supplying only the oil fuel at the low load.
  • a gas fuel control command is output and becomes a constant value, and supply of gas fuel to the dual fuel diesel engine 1 is started.
  • the dual fuel diesel engine 1 is switched from the operation state that has been exclusively fired by the oil fuel to the mixed combustion state of the oil fuel and the gas fuel.
  • the increase rate of the oil fuel control command becomes smaller than that less than the switching load factor.
  • the oil fuel control command is a value obtained by subtracting the gas fuel control command from the fuel control command shown in FIG. Due to the decrease in the oil fuel control command, the relationship between the fuel control command and the load factor is maintained as shown in FIG.
  • the ECU 12 provided in the dual fuel diesel engine 1 according to the first embodiment performs governor control, and supplies only oil fuel when the load factor is equal to or lower than the switching load factor, and the load factor is switched.
  • the load factor is exceeded, the supply of gas fuel is started, the gas fuel and the oil fuel are controlled with different control amounts, and the total supply heat amount of the gas fuel and the oil fuel is increased as the load increases. Therefore, the ECU 12 according to the first embodiment can reduce the amount of oil fuel used and can stably operate using oil fuel and gas fuel.
  • the fuel control unit 32 included in the ECU 12 according to the first embodiment starts supplying the gas fuel and keeps the supply amount of the gas fuel constant regardless of the increase in the load. And the supply amount of the oil fuel is increased according to the increase of the load. Therefore, the fuel control unit 32 according to the first embodiment can operate the diesel engine using the gas fuel even when the remaining amount of the gas fuel is small.
  • the configurations of the dual fuel diesel engine 1 and the ECU 12 according to the second embodiment are the same as the configurations of the dual fuel diesel engine 1 and the ECU 12 according to the first embodiment shown in FIGS. .
  • the ECU 12 according to the second embodiment supplies only oil fuel when the load factor of the dual fuel diesel engine 1 is equal to or lower than the switching load factor, and the load factor is the switching load, as in the first embodiment. When the rate is exceeded, gas fuel supply is started.
  • the governor control reduces the fuel supply amount in order to reduce the increased rotational speed, but as a result, there is a possibility of so-called chattering in which the rotational speed is too low.
  • the fuel control unit 32 increases the supply amount of the gas fuel with a change over time to maintain a constant supply. Amount.
  • FIG. 5 is a graph showing the relationship between the load factor and the oil fuel control command and the relationship between the load factor and the gas fuel control command according to the second embodiment.
  • the gas fuel control command increases and the supply of gas fuel to the dual fuel diesel engine 1 is started.
  • the dual fuel diesel engine 1 is in a mixed combustion state of oil fuel and gas fuel.
  • the gas fuel rises to a certain value at a predetermined rate of increase so that the supply amount changes with time.
  • the oil fuel control command becomes a value obtained by subtracting the gas fuel control command from the fuel control command shown in FIG. Smaller than less.
  • the fuel control unit 32 rapidly increases the rotational speed of the dual fuel diesel engine 1 by increasing the supply amount of the gas fuel with time change until the constant supply amount is reached. Therefore, chattering can be prevented from occurring.
  • the configurations of the dual fuel diesel engine 1 and the ECU 12 according to the third embodiment are the same as the configurations of the dual fuel diesel engine 1 and the ECU 12 according to the first embodiment shown in FIGS. .
  • the ECU 12 according to the third embodiment supplies only oil fuel when the load factor of the dual fuel diesel engine 1 is equal to or lower than the switching load factor, and supplies gas fuel when the load factor exceeds the switching load factor.
  • the ratio between the gas fuel and the oil fuel is a predetermined value (hereinafter referred to as “set mixed combustion ratio”). Gas fuel and oil fuel are supplied so that The set mixed firing ratio is arbitrarily settable and can be changed depending on the load factor.
  • the fuel control unit 32 allows the set mixed combustion ratio to be arbitrarily set in order to operate the dual fuel diesel engine 1 in a more suitable state.
  • FIG. 6 is a graph showing the relationship between the load factor and the oil fuel control command and the relationship between the load factor and the gas fuel control command according to the third embodiment.
  • the gas fuel control command increases, and the supply of gas fuel to the dual fuel diesel engine 1 is started. It is said to be in a mixed firing state. In this case, the gas fuel increases as the load factor increases.
  • the oil fuel control command increases as the load factor increases although the increase rate decreases according to the amount of gas fuel supplied. The gas fuel control command and the oil fuel control command are controlled so that the ratio of the gas fuel and the oil fuel becomes the set mixed combustion ratio.
  • the opening / closing time of the gas fuel injection valve 8 and the oil fuel injection valve 10 varies, so that the governor control is performed with the gas fuel and the oil fuel. Will be done.
  • the fuel control unit 32 supplies the gas fuel and the oil fuel so that the ratio of the gas fuel and the oil fuel becomes the set mixed combustion ratio when the load factor exceeds the switching load factor. Therefore, the dual fuel diesel engine 1 can be operated in a more suitable state.
  • the configurations of the dual fuel diesel engine 1 and the ECU 12 according to the fourth embodiment are the same as the configurations of the dual fuel diesel engine 1 and the ECU 12 according to the first embodiment shown in FIGS. .
  • the ECU 12 according to the fourth embodiment supplies only oil fuel when the load factor of the dual fuel diesel engine 1 is equal to or lower than the switching load factor, and supplies gas fuel when the load factor exceeds the switching load factor. Start. Then, when the load factor exceeds the switching load factor, the fuel control unit 32 according to the fourth embodiment starts supplying gas fuel and makes the supply amount of oil fuel constant regardless of the increase in load. The fuel supply amount is increased according to the increase in load.
  • FIG. 7 is a graph showing the relationship between the load factor and the oil fuel control command and the relationship between the load factor and the gas fuel control command according to the fourth embodiment.
  • the oil fuel control command increases as the load factor increases until the load factor reaches the switching load factor (20%), but becomes constant when the load factor reaches the switching load factor.
  • the gas fuel control command increases when the load factor becomes the switching load factor, and the supply of gas fuel to the dual fuel diesel engine 1 is started.
  • the dual fuel diesel engine 1 is in a mixed combustion state of oil fuel and gas fuel.
  • the gas fuel control command increases as the load factor increases. As a result, the relationship between the fuel control command and the load factor is maintained as shown in FIG.
  • the opening / closing time of the oil fuel injection valve 10 is fixed and the opening / closing time of the gas fuel injection valve 8 varies.
  • the governor control will be performed.
  • the fuel control unit 32 when the load factor exceeds the switching load factor, the fuel control unit 32 according to the fourth embodiment starts supplying gas fuel and makes the supply amount of oil fuel constant regardless of the load increase. Since the supply amount of gas fuel is increased in accordance with the increase in load, the amount of oil fuel used can be reduced and the effect obtained by the gas fuel can be maximized.

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Abstract

二元燃料ディーゼルエンジンが備えるECUは、ガバナ制御を行い、負荷率が切替負荷率以下の場合に油燃料のみを供給し、負荷率が切替負荷率を超えた場合にガス燃料の供給を開始し、ガス燃料と油燃料を異なる制御量で制御し、かつ負荷の上昇に応じてガス燃料と油燃料の合計供給熱量を上昇させる。ECUが備える燃料制御部は、負荷率が切替負荷率を超えた場合、ガス燃料の供給を開始すると共にガス燃料の供給量を負荷の上昇にかかわらず一定とし、油燃料の供給量を負荷の上昇に応じて上昇させる。

Description

ディーゼルエンジンの制御装置、ディーゼルエンジン、及びディーゼルエンジンの制御方法
 本発明は、ディーゼルエンジンの制御装置、ディーゼルエンジン、及びディーゼルエンジンの制御方法に関するものである。
 天然ガス等のガス燃料を主燃料とし、圧縮着火性の良い油燃料をパイロット燃料とし、高温下の燃焼室で油燃料を自己着火させることで、主燃料であるガス燃料を燃焼させるディーゼルエンジン(以下、「二元燃料ディーゼルエンジン」という。)が知られている。二元燃料ディーゼルエンジンは、ガス燃料を用いるため、燃焼時にCOが少なく、黒煙などの有害物質の排出が少ない。
 例えば、特許文献1には、ガス燃料等の圧縮着火性の悪い低セタン価燃料を主燃料とし、圧縮着火性の良い油燃料をパイロット燃料とした二元燃料ディーゼルエンジンが開示されている。この特許文献1のエンジンは、シリンダヘッドに設けられたガス燃料噴射弁及びパイロット燃料噴射弁を備えており、これらガス燃料噴射弁及びパイロット燃料噴射弁から燃焼室に向けてガス燃料及びパイロット燃料を噴射することで、高温の燃焼室内でパイロット燃料を自己着火させ、これにより主燃料を燃焼させる。
実開昭62-45339号公報
 しかしながら、特許文献1には、油燃料とガス燃料とのディーゼルエンジンへの供給方法が具体的には開示されていない。そして、二元燃料ディーゼルエンジンでは、油燃料とガス燃料とを用いた安定した運転が課題となる。
 本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであって、油燃料の使用量を低減させると共に、油燃料とガス燃料とを用いた安定した運転を可能とする、ディーゼルエンジンの制御装置、ディーゼルエンジン、及びディーゼルエンジンの制御方法を提供することを目的とする。
 上記課題を解決するために、本発明のディーゼルエンジンの制御装置、ディーゼルエンジン、及びディーゼルエンジンの制御方法は以下の手段を採用する。
 本発明の第一態様に係るディーゼルエンジンの制御装置は、ガス燃料と油燃料が供給されて運転されるディーゼルエンジンの制御装置であって、ガバナ制御を行うガバナ制御手段と、ディーゼルエンジンの負荷が所定値以下の場合に前記油燃料のみを供給し、前記負荷が前記所定値を超えた場合に前記ガス燃料の供給を開始し、前記ガス燃料と前記油燃料とを異なる制御量で制御し、かつ前記負荷の上昇に応じて前記ガス燃料と前記油燃料との合計供給熱量を上昇させる燃料制御手段と、を備える。
 本構成によれば、ディーゼルエンジンの制御装置は、ガス燃料と油燃料のディーゼルエンジンへの供給量を制御する。ガス燃料と油燃料の供給は、ガバナ制御手段によるガバナ制御で行われる。
 燃料制御手段は、ディーゼルエンジンの負荷が所定値以下の場合に油燃料のみを供給する。負荷が所定値以下の場合とは、低負荷時の場合である。油燃料はガス燃料よりも圧縮着火性が良いので、低負荷時に油燃料のみが供給されることにより、ディーゼルエンジンは低負荷時でも安定した運転が可能となる。
 そして、燃料制御手段は、負荷が所定値を超えた場合にガス燃料の供給を開始し、ガス燃料と油燃料を異なる制御量で制御し、かつ負荷の上昇に応じてガス燃料と油燃料の合計供給熱量を上昇させる。これにより、本構成は、ディーゼルエンジンの油燃料の使用量を低減させることができる。また、本構成は、ガス燃料と油燃料を異なる制御量で制御するので、目的に応じて異なるガス燃料と油燃料の制御を行うことができる。
 以上のことから、本構成は、油燃料の使用量を低減させると共に、油燃料とガス燃料とを用いた安定した運転が可能となる。
 上記第一態様では、前記燃料制御手段が、前記負荷が前記所定値を超えた場合、前記ガス燃料の供給を開始すると共に前記ガス燃料の供給量を前記負荷の上昇にかかわらず一定とし、前記油燃料の供給量を前記負荷の上昇に応じて上昇させることが好ましい。
 本構成によれば、ガス燃料の供給量を負荷の上昇にかかわらず一定とし、油燃料の供給量を負荷の上昇に応じて上昇させるので、油燃料でガバナ制御が行われることとなる。そして、本構成は、ガス燃料の供給量を一定とするので、ガス燃料の残量が少ない場合でも、ガス燃料を用いたディーゼルエンジンの運転が可能となる。
 上記第一態様では、前記燃料制御手段が、前記負荷が前記所定値を超えた場合、時間変化を伴って前記ガス燃料の供給量を上昇させて前記一定の供給量とすることが好ましい。
 負荷が所定値を超えた場合に、ガス燃料を急峻に増加させて供給するとディーゼルエンジンの回転数が急激に上昇する可能性がある。このような場合、ガバナ制御により、上昇した回転数を減少させるために燃料供給量を減少させるが、その結果、回転数が下がり過ぎるといった、所謂チャタリングが発生する可能性がある。
 本構成によれば、一定の供給量となるまで時間変化を伴いガス燃料の供給量を上昇させることによって、ディーゼルエンジンの回転数が急激に上昇することを抑制するので、チャタリングの発生を防ぐことができる。
 上記第一態様では、前記燃料制御手段が、前記負荷が前記所定値を超えた場合、前記ガス燃料と前記油燃料との比が予め定められた値となるように前記ガス燃料と前記油燃料とを供給することが好ましい。
 本構成によれば、ガス燃料と油燃料の混焼比率を任意に設定するので、ディーゼルエンジンをより適した状態で運転することができる。
 上記第一態様では、前記燃料制御手段が、前記負荷が前記所定値を超えた場合、前記ガス燃料の供給を開始すると共に前記油燃料の供給量を前記負荷の上昇にかかわらず一定とし、前記ガス燃料の供給量を前記負荷の上昇に応じて上昇させることが好ましい。
 本構成によれば、油燃料の供給量を負荷の上昇にかかわらず一定とし、ガス燃料の供給量を負荷の上昇に応じて上昇させるので、ガス燃料でガバナ制御が行われることとなる。そして、本構成は、油燃料の供給量を一定とするので油燃料の使用量を減少させ、ガス燃料により得られる効果を最大限に発揮できる。
 本発明の第二態様に係るディーゼルエンジンは、燃焼室にガス燃料を噴射するガス燃料噴射弁と、前記燃焼室に油燃料を噴射する油燃料噴射弁と、上記記載の制御装置と、を備える。
 本発明の第三態様に係るディーゼルエンジンの制御方法は、ガス燃料と油燃料が供給されて運転されるディーゼルエンジンの制御方法であって、ディーゼルエンジンの負荷が所定値以下の場合に前記油燃料のみを供給する第1工程と、前記負荷が前記所定値を超えた場合に前記ガス燃料の供給を開始する第2工程と、前記ガス燃料と前記油燃料とを異なる制御量で制御し、かつ前記負荷の上昇に応じて前記ガス燃料と前記油燃料との合計供給熱量を上昇させる第3工程と、を含む。
 本発明によれば、油燃料の使用量を低減させると共に、油燃料とガス燃料とを用いた安定した運転を可能とする、という優れた効果を有する。
本発明の第1実施形態に係る二元燃料ディーゼルエンジンの構成図である。 本発明の第1実施形態に係るECUの電気的構成を示すブロック図である。 本発明の第1実施形態に係る油燃料とガス燃料との燃料制御指令の和と負荷率との関係を示すグラフである。 本発明の第1実施形態に係る負荷率と油燃料制御指令との関係、負荷率とガス燃料制御指令との関係を示すグラフである。 本発明の第2実施形態に係る負荷率と油燃料制御指令との関係、負荷率とガス燃料制御指令との関係を示すグラフである。 本発明の第3実施形態に係る負荷率と油燃料制御指令との関係、負荷率とガス燃料制御指令との関係を示すグラフである。 本発明の第4実施形態に係る負荷率と油燃料制御指令との関係、負荷率とガス燃料制御指令との関係を示すグラフである。
 以下に、本発明に係るディーゼルエンジンの制御装置、ディーゼルエンジン、及びディーゼルエンジンの制御方法の一実施形態について、図面を参照して説明する。
〔第1実施形態〕
 以下、本発明の第1実施形態について説明する。
 本第1実施形態に係るディーゼルエンジンは、主燃料としてガス燃料を用い、パイロット燃料として油燃料を用いて運転される二元燃料ディーゼルエンジンであり、例えば船舶の主機として用いられる。
 図1は、本第1実施形態に係る二元燃料ディーゼルエンジン1の構成図である。
 二元燃料ディーゼルエンジン1は、円筒状のシリンダ2と、該シリンダ2の上端側に結合されたシリンダヘッド3と、シリンダ2の内部に進退自在に収容されたピストン4と、を備えている。そして、これらシリンダ2の周壁2aと、シリンダヘッド3と、ピストン4の頂面4aとで燃焼室cが形成されている。
 なお、図中の符号5は、ピストンリングを示している。
 シリンダ2の下方側の周壁2aには掃気ポート6が開口している。この掃気ポート6は、下死点近傍に位置するピストン4の頂面4a(図中に二点鎖線で表示)よりも上方の位置に形成されており、ピストン4が下死点近傍に位置する時に、掃気ポート6から燃焼室cに空気が供給されるようになっている。また、シリンダヘッド3の頂部には排気ポートが開口すると共に、該排気ポートを開閉する排気バルブ7が設けられている。この排気バルブ7は、ピストン4が上昇行程にある掃気行程時において、ピストン4が上死点の手前約100°の位置に到達するまで開放される。そして、掃気ポート6から燃焼室cに供給される空気によって、燃焼室cに残留する前行程の排ガスが掃気されるようになっている。
 シリンダヘッド3には、燃焼室cにガス燃料を噴射するガス燃料噴射弁8が設けられると共に、同じく燃焼室cに圧縮着火性の良い油燃料を噴射する油燃料噴射弁10が設けられている。このガス燃料噴射弁8及び油燃料噴射弁10は、シリンダ中心oを回転中心として円周方向に180°離れた位置にそれぞれ1つずつ設けられている。
 なお、本第1実施形態では、ガス燃料噴射弁8及び油燃料噴射弁10には、それぞれ4つの噴孔が設けられているが、ガス燃料噴射弁8及び油燃料噴射弁10の設置数は限定されず、例えば、1つであっても構わない。しかしながら、シリンダヘッド3の頂部に排気バルブ7が設けられる本第1実施形態にあっては、複数個のガス燃料噴射弁8及び油燃料噴射弁10が、それぞれ円周方向に等間隔で配置されるのが好ましい。
 さらに、ガス燃料噴射弁8及び油燃料噴射弁10は、ケーブル14を介してエンジンコントロールユニット(以下、「ECU」という。)12に接続されている。
 ECU12は、ケーブル16を介してクランク軸17の回転角を検出するクランク角センサ15に接続されている。そして、クランク角センサ15からクランク軸17の回転角にかかる信号を受信することで、ピストン4の位相を検知する。また、ガス燃料噴射弁8及び油燃料噴射弁10は、ECU12から送信される信号に基づいて、所定のタイミングで燃焼室cにガス燃料及び油燃料を噴射する。
 図2は、第1実施形態に係るECU12の電気的構成を示すブロック図である。
 ECU12は、ガバニング制御部30及び燃料制御部32を備える。
 ガバニング制御部30は、二元燃料ディーゼルエンジン1の設定回転数と実回転数とが入力され、設定回転数と実回転数との差分に基づいて実回転数が設定回転数となるようにガバニング制御を行う。なお、ガバニング制御部30は、設定負荷と実負荷との差分に基づいて、ガバニング制御を行ってもよい。なお、本第1実施形態に係る負荷は、二元燃料ディーゼルエンジン1に対する最大負荷を100%とし、0から100の間で変化する負荷率(ロードインジケータ値)で特定される。
 燃料制御部32は、ガバニング制御部30から出力された指令に基づいて、燃料制御指令を出力する。
 本第1実施形態に係る燃料制御部32は、油燃料制御部34及びガス燃料制御部36を備える。
 油燃料制御部34は、ガバニング制御部30から出力された指令に基づいて、所定の関数によって油燃料制御指令を算出し、油燃料噴射弁10へ出力する。
 ガス燃料制御部36は、ガバニング制御部30から出力された指令に基づいて、所定の関数によってガス燃料制御指令を算出し、ガス燃料噴射弁8へ出力する。
 図3は、負荷率と燃料制御指令との関係を示すグラフである。
 図3に示される燃料制御指令は、油燃料制御指令とガス燃料制御指令との和である。すなわち、負荷率の上昇に応じてガス燃料と油燃料の合計供給熱量が上昇する。一例として、燃料制御指令は負荷率に比例して上昇する。
 燃料制御部32は、二元燃料ディーゼルエンジン1の負荷が所定値以下の場合に油燃料のみを供給し、負荷が所定値を超えた場合にガス燃料の供給を開始する。そして、燃料制御部32は、ガス燃料と油燃料を異なる制御量で制御し、かつ図3に示されるように負荷の上昇に応じてガス燃料と油燃料の合計供給熱量を上昇させる。これにより、ECU12は、二元燃料ディーゼルエンジン1の油燃料の使用量を低減させることができる。また、ECU12は、ガス燃料と油燃料を異なる制御量で制御するので、目的に応じて異なるガス燃料と油燃料の制御を行うことができる。
 なお、上記所定値を以下の説明において、切替負荷率という。本第1実施形態では、切替負荷率を一例として20%とするが、これに限られず任意に設定される。切替負荷率以下は、低負荷運転とされる負荷率である。
 本第1実施形態に係る燃料制御部32は、負荷が切替負荷率を超えた場合、ガス燃料の供給を開始すると共にガス燃料の供給量を負荷の上昇にかかわらず一定とし、油燃料の供給量を負荷の上昇に応じて上昇させる。
 図4は、本第1実施形態に係る負荷率と油燃料制御指令との関係、負荷率とガス燃料制御指令との関係を示すグラフである。
 図4に示されるように、負荷率が切替負荷率(20%)以下の場合、油燃料制御指令のみが出力され、油燃料制御指令は、負荷率の上昇と共に上昇する。油燃料はガス燃料よりも圧縮着火性が良いので、低負荷時に油燃料のみが供給されることにより、二元燃料ディーゼルエンジン1は低負荷時でも安定した運転が可能となる。
 そして、負荷率が切替負荷率を超えるとガス燃料制御指令が出力されて一定値となり、二元燃料ディーゼルエンジン1へのガス燃料の供給が開始される。このように、二元燃料ディーゼルエンジン1は、負荷率が切替負荷率を超えると、それまで油燃料による専焼状態であった運転状態が、油燃料とガス燃料との混焼状態に切り替えられる。
 一方、油燃料制御指令は、負荷率が切替負荷率を超えるとその上昇率が切替負荷率未満に比べて小さくなる。換言すると、油燃料制御指令は、図3に示される燃料制御指令からガス燃料制御指令を減算した値となる。この油燃料制御指令の減少によって、図3に示されるように燃料制御指令と負荷率との関係が保たれる。
 すなわち、本第1実施形態では、負荷率が切替負荷率を超えると、ガス燃料噴射弁8の開閉時間が固定にされ、油燃料噴射弁10の開閉時間が変動することとなるので、油燃料でガバナ制御が行われることとなる。
 以上説明したように、本第1実施形態に係る二元燃料ディーゼルエンジン1が備えるECU12は、ガバナ制御を行い、負荷率が切替負荷率以下の場合に油燃料のみを供給し、負荷率が切替負荷率を超えた場合にガス燃料の供給を開始し、ガス燃料と油燃料を異なる制御量で制御し、かつ負荷の上昇に応じてガス燃料と油燃料の合計供給熱量を上昇させる。従って、本第1実施形態に係るECU12は、油燃料の使用量を低減させると共に、油燃料とガス燃料とを用いた安定した運転が可能となる。
 そして、本第1実施形態に係るECU12が備える燃料制御部32は、負荷率が切替負荷率を超えた場合、ガス燃料の供給を開始すると共にガス燃料の供給量を負荷の上昇にかかわらず一定とし、油燃料の供給量を負荷の上昇に応じて上昇させる。従って、本第1実施形態に係る燃料制御部32は、ガス燃料の残量が少ない場合でも、ガス燃料を用いたディーゼルエンジンの運転が可能となる。
〔第2実施形態〕
 以下、本発明の第2実施形態について説明する。
 本第2実施形態に係る二元燃料ディーゼルエンジン1及びECU12の構成は、図1,2に示す第1実施形態に係る二元燃料ディーゼルエンジン1及びECU12の構成と同様であるので説明を省略する。
 なお、本第2実施形態に係るECU12は、上記第1実施形態と同様に、二元燃料ディーゼルエンジン1の負荷率が切替負荷率以下の場合に油燃料のみを供給し、負荷率が切替負荷率を超えた場合にガス燃料の供給を開始する。
 しかしながら、負荷率が切替負荷率を超えた場合にガス燃料を急峻に増加させて供給すると、二元燃料ディーゼルエンジン1の回転数が急激に上昇する可能性がある。このような場合、ガバナ制御により、上昇した回転数を減少させるために燃料供給量を減少させるが、その結果、回転数が下がり過ぎるといった、所謂チャタリングが発生する可能性がある。
 そこで、本第2実施形態に係る燃料制御部32は、二元燃料ディーゼルエンジン1の負荷率が切替負荷率を超えた場合、時間変化を伴ってガス燃料の供給量を上昇させて一定の供給量とする。
 図5は、第2実施形態に係る負荷率と油燃料制御指令との関係、負荷率とガス燃料制御指令との関係を示すグラフである。
 図5に示されるように、負荷率が切替負荷率(20%)となるとガス燃料制御指令が上昇し、二元燃料ディーゼルエンジン1へのガス燃料の供給が開始される。これにより、二元燃料ディーゼルエンジン1は、油燃料とガス燃料との混焼状態とされる。この場合、ガス燃料は、時間変化を伴って供給量が変化するように、予め定められた上昇率で、一定値まで上昇する。
 一方、油燃料制御指令は、負荷率が切替負荷率を超えると、図3に示される燃料制御指令からガス燃料制御指令を減算した値となるので、その上昇率は、負荷率が切替負荷率未満に比べて小さくなる。
 このように、本第2実施形態に係る燃料制御部32は、一定の供給量となるまで時間変化を伴いガス燃料の供給量を上昇させることによって、二元燃料ディーゼルエンジン1の回転数が急激に上昇することを抑制するので、チャタリングの発生を防ぐことができる。
〔第3実施形態〕
 以下、本発明の第3実施形態について説明する。
 本第3実施形態に係る二元燃料ディーゼルエンジン1及びECU12の構成は、図1,2に示す第1実施形態に係る二元燃料ディーゼルエンジン1及びECU12の構成と同様であるので説明を省略する。
 本第3実施形態に係るECU12は、二元燃料ディーゼルエンジン1の負荷率が切替負荷率以下の場合に油燃料のみを供給し、負荷率が切替負荷率を超えた場合にガス燃料の供給を開始する。
 そして、本第3実施形態に係る燃料制御部32は、負荷率が切替負荷率を超えた場合、ガス燃料と油燃料の比が予め定められた値(以下、「設定混焼比率」という。)となるようにガス燃料と油燃料を供給する。設定混焼比率は、任意に設定可能とされており、負荷率によって変化させることができる。
 負荷率によっては、例えばガス燃料又は油燃料の比率を高くした方が、二元燃料ディーゼルエンジン1のより安定した運転や効率の良い運転が可能となる場合がある。このため、本第3実施形態に係る燃料制御部32は、より適した状態で二元燃料ディーゼルエンジン1を運転するために設定混焼比率を任意に設定可能とする。
 図6は、本第3実施形態に係る負荷率と油燃料制御指令との関係、負荷率とガス燃料制御指令との関係を示すグラフである。
 図6に示されるように、負荷率が切替負荷率(20%)となるとガス燃料制御指令が上昇し、二元燃料ディーゼルエンジン1へのガス燃料の供給が開始され、油燃料とガス燃料との混焼状態とされる。この場合、ガス燃料は、負荷率の上昇と共に上昇する。
 一方、油燃料制御指令は、負荷率が切替負荷率となるとガス燃料の供給量に応じて上昇率が小さくなるものの、負荷率の上昇と共に上昇する。
 ガス燃料制御指令と油燃料制御指令は、ガス燃料と油燃料の比が設定混焼比率となるように制御される。
 すなわち、本第3実施形態では、負荷率が切替負荷率を超えると、ガス燃料噴射弁8及び油燃料噴射弁10の開閉時間が変動することとなるので、ガス燃料及び油燃料でガバナ制御が行われることとなる。
 このように、本第3実施形態に係る燃料制御部32は、負荷率が切替負荷率を超えた場合、ガス燃料と油燃料の比が設定混焼比率となるようにガス燃料と油燃料を供給するので、二元燃料ディーゼルエンジン1をより適した状態で運転することができる。
〔第4実施形態〕
 以下、本発明の第4実施形態について説明する。
 本第4実施形態に係る二元燃料ディーゼルエンジン1及びECU12の構成は、図1,2に示す第1実施形態に係る二元燃料ディーゼルエンジン1及びECU12の構成と同様であるので説明を省略する。
 本第4実施形態に係るECU12は、二元燃料ディーゼルエンジン1の負荷率が切替負荷率以下の場合に油燃料のみを供給し、負荷率が切替負荷率を超えた場合にガス燃料の供給を開始する。
 そして、本第4実施形態に係る燃料制御部32は、負荷率が切替負荷率を超えた場合、ガス燃料の供給を開始すると共に油燃料の供給量を負荷の上昇にかかわらず一定とし、ガス燃料の供給量を負荷の上昇に応じて上昇させる。
 図7は、本第4実施形態に係る負荷率と油燃料制御指令との関係、負荷率とガス燃料制御指令との関係を示すグラフである。
 図7に示されるように、油燃料制御指令は、負荷率が切替負荷率(20%)となるまで負荷率の上昇に伴い上昇するが、負荷率が切替負荷率となると一定となる。
 一方、ガス燃料制御指令は、負荷率が切替負荷率となると上昇し、二元燃料ディーゼルエンジン1へのガス燃料の供給が開始される。これにより、二元燃料ディーゼルエンジン1は、油燃料とガス燃料との混焼状態とされる。そして、ガス燃料制御指令は、負荷率の上昇に応じて上昇する。これにより、図3に示されるように燃料制御指令と負荷率との関係が保たれる。
 すなわち、本第4実施形態では、負荷率が切替負荷率を超えると、油燃料噴射弁10の開閉時間が固定され、ガス燃料噴射弁8の開閉時間が変動することとなるので、ガス燃料でガバナ制御が行われることとなる。
 このように、本第4実施形態に係る燃料制御部32は、負荷率が切替負荷率を超えた場合、ガス燃料の供給を開始すると共に油燃料の供給量を負荷の上昇にかかわらず一定とし、ガス燃料の供給量を負荷の上昇に応じて上昇させるので、油燃料の使用量を減少させ、ガス燃料により得られる効果を最大限に発揮できる。
 以上、本発明を、上記各実施形態を用いて説明したが、本発明の技術的範囲は上記実施形態に記載の範囲には限定されない。発明の要旨を逸脱しない範囲で上記各実施形態に多様な変更又は改良を加えることができ、該変更又は改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれる。
 1   二元燃料ディーゼルエンジン
 12  ECU
 30  ガバニング制御部
 32  燃料制御部
 

Claims (7)

  1.  ガス燃料と油燃料が供給されて運転されるディーゼルエンジンの制御装置であって、
     ガバナ制御を行うガバナ制御手段と、
     ディーゼルエンジンの負荷が所定値以下の場合に前記油燃料のみを供給し、前記負荷が前記所定値を超えた場合に前記ガス燃料の供給を開始し、前記ガス燃料と前記油燃料とを異なる制御量で制御し、かつ前記負荷の上昇に応じて前記ガス燃料と前記油燃料との合計供給熱量を上昇させる燃料制御手段と、
    を備えるディーゼルエンジンの制御装置。
  2.  前記燃料制御手段は、前記負荷が前記所定値を超えた場合、前記ガス燃料の供給を開始すると共に前記ガス燃料の供給量を前記負荷の上昇にかかわらず一定とし、前記油燃料の供給量を前記負荷の上昇に応じて上昇させる請求項1記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  3.  前記燃料制御手段は、前記負荷が前記所定値を超えた場合、時間変化を伴って前記ガス燃料の供給量を上昇させて前記一定の供給量とする請求項2記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  4.  前記燃料制御手段は、前記負荷が前記所定値を超えた場合、前記ガス燃料と前記油燃料との比が予め定められた値となるように前記ガス燃料と前記油燃料とを供給する請求項1記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  5.  前記燃料制御手段は、前記負荷が前記所定値を超えた場合、前記ガス燃料の供給を開始すると共に前記油燃料の供給量を前記負荷の上昇にかかわらず一定とし、前記ガス燃料の供給量を前記負荷の上昇に応じて上昇させる請求項1記載のディーゼルエンジンの制御装置。
  6.  燃焼室にガス燃料を噴射するガス燃料噴射弁と、
     前記燃焼室に油燃料を噴射する油燃料噴射弁と、
     請求項1から請求項5の何れか1項記載の制御装置と、
    を備えるディーゼルエンジン。
  7.  ガス燃料と油燃料が供給されて運転されるディーゼルエンジンの制御方法であって、
     ディーゼルエンジンの負荷が所定値以下の場合に前記油燃料のみを供給する第1工程と、
     前記負荷が前記所定値を超えた場合に前記ガス燃料の供給を開始する第2工程と、
     前記ガス燃料と前記油燃料とを異なる制御量で制御し、かつ前記負荷の上昇に応じて前記ガス燃料と前記油燃料との合計供給熱量を上昇させる第3工程と、
    を含むディーゼルエンジンの制御方法。
     
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