JP2016166564A - Natural gas engine and operation method thereof - Google Patents
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Abstract
【課題】天然ガスの組成変化に起因する失火の発生を抑制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。
【解決手段】排気通路25に設置されたラムダセンサ28の検出値が、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インジェクタ17からの天然ガス8の供給量を制御する天然ガスエンジンにおいて、ECU27は、気筒12で発生する振動値を検出する振動センサ33の出力値Vが、エンジン回転数R及びスロットルの開度Dに基づいて予め設定された失火判定値F以下になった場合は、その出力値Vが失火判定値F超になるまで目標λ値を減少させる制御を行う。
【選択図】図1A natural gas engine capable of suppressing the occurrence of misfire due to a change in the composition of natural gas and a method of operating the same are provided.
SOLUTION: Natural gas from an injector 17 is set so that a detection value of a lambda sensor 28 installed in an exhaust passage 25 matches a target λ value set in advance based on the engine speed and engine load of the natural gas engine. In the natural gas engine that controls the supply amount of 8, the ECU 27 presets the output value V of the vibration sensor 33 that detects the vibration value generated in the cylinder 12 based on the engine speed R and the throttle opening D. When the misfire determination value F is less than or equal to, the control is performed to decrease the target λ value until the output value V exceeds the misfire determination value F.
[Selection] Figure 1
Description
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起因する失火の発生を抑制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。 The present invention relates to a natural gas engine and an operation method thereof, and more particularly to a natural gas engine and an operation method thereof that can suppress the occurrence of misfire caused by a change in composition of natural gas.
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)。 Conventionally, a natural gas engine using compressed natural gas (CNG) as a fuel has been proposed as an internal combustion engine mounted on a vehicle or the like. Generally, this natural gas engine uses a spark ignition system in which an air-fuel mixture of CNG decompressed gas and intake air is ignited by a spark of a spark plug and burned (see, for example, Patent Document 1).
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。 It is known that the composition of natural gas, which is a raw material for CNG, varies depending on the place and time of production. Therefore, in Japan, the composition of natural gas is adjusted by refining or the like so that CNG can be used in general households. On the other hand, since the use of CNG is almost limited to vehicles overseas, CNG made of natural gas that is normally produced is used as fuel for natural gas engines.
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、混合気が火花点火されても燃焼せずに失火してしまい、天然ガスエンジンの運転に影響を及ぼすおそれがある。 However, if this CNG contains a large amount of non-combustible substances such as nitrogen and carbon dioxide, the mixture will be burnt without being burned even if it is spark-ignited, which may affect the operation of the natural gas engine. There is.
本発明の目的は、天然ガスの組成変化に起因する失火の発生を抑制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。 The objective of this invention is providing the natural gas engine which can suppress generation | occurrence | production of misfire resulting from the composition change of natural gas, and its operating method.
上記の目的を達成する本発明の天然ガスエンジンは、空気流量を調節するスロットル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点火プラグの火花で点火して燃焼させる気筒と、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決定される目標λ値と一致するように前記インジェクタからの天然ガスの供給量を制御する天然ガスエンジンにおいて、前記気筒に生じる振動値を検出する振動センサを設置し、前記制御手段は、前記振動センサの出力値が、前記エンジン回転数及び前記スロットルの開度に基づいて予め設定された失火判定値以下になった場合は、前記出力値が前記失火判定値超になるまで前記目標λ値を減少させる制御を行うことを特徴とするものである。 The natural gas engine of the present invention that achieves the above object is characterized in that an injector for supplying natural gas to an intake passage provided with a throttle for adjusting an air flow rate, and an air-fuel mixture of the air and the natural gas are provided in an ignition plug. A cylinder that is ignited by sparks and burned; a lambda sensor installed in an exhaust passage; and a control means, wherein the control means detects the detected value of the lambda sensor and the engine speed and engine load of the natural gas engine. In a natural gas engine that controls the supply amount of natural gas from the injector so as to coincide with a target λ value determined based on the above, a vibration sensor that detects a vibration value generated in the cylinder is installed, and the control means includes When the output value of the vibration sensor is equal to or lower than a misfire determination value set in advance based on the engine speed and the opening of the throttle. Is characterized in performing control of the output value decreases the target λ value until the misfire judgment value greater.
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決定される目標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、前記気筒に生じる振動値が、前記エンジン回転数及び前記空気の流量に基づいて予め設定された失火判定値以下になった場合は、前記振動値が前記失火判定値超になるまで前記目標λ値を減少させることを特徴とするものである。 Further, the operating method of the natural gas engine of the present invention for achieving the above object is to ignite and burn a mixture of natural gas and air sucked into a cylinder with a spark, and to change the combustion gas of the mixture. In the natural gas engine operation method for controlling the supply amount of the natural gas so that the λ value matches the target λ value determined based on the engine speed and the engine load, the vibration value generated in the cylinder includes the vibration value described above. The target λ value is decreased until the vibration value exceeds the misfire determination value when the misfire determination value is less than a preset misfire determination value based on the engine speed and the air flow rate. It is.
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、気筒内で失火が発生したときには、目標λ値を適切なレベルまで減少させることで、混合気をリッチ化して火花点火しやすくなるようにしたので、天然ガスエンジンにおける失火を抑制することができる。 According to the natural gas engine and the method of operating the same of the present invention, when a misfire occurs in the cylinder due to a change in the composition of the natural gas, the target λ value is reduced to an appropriate level to enrich the air-fuel mixture. Since it is made easier to ignite sparks, misfires in natural gas engines can be suppressed.
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。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. FIG. 1 shows a natural gas engine according to an embodiment of the present invention.
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。
In this natural gas engine, the air A drawn into the intake passage 2 from the
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。
The
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。
After the air-
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。
The
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。
In the operation of this natural gas engine, the excess air ratio (λ value) of the
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。
The engine speed is measured by a
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。
FIG. 2 shows an example of map data for determining the target λ value. In this map data, the target λ value is increased as the engine speed and the engine load increase, and the air-
この天然ガスエンジンには、シリンダーブロック16には振動センサ33が取り付けられている。この振動センサ33は、気筒12内で混合気9が火花点火されて燃焼する際の燃焼圧力により発生した振動を、電圧信号としてECU27に出力する機能を有している。この振動センサ33には、ガソリンエンジンのノッキングの検出に用いられるノックセンサが望ましく用いられる。
In the natural gas engine, a
なお、振動センサ33の台数は、特に限定するものではなく、例えば図1の構成例では1〜4台の振動センサ33を、シリンダーブロック11に取り付けることができる。
The number of
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。
Such a natural gas engine operating method will be described below as a function of the
ECU27は、目標λ値を決定するマップデータ(図2を参照)に従って天然ガスエンジンを運転する(S10)一方で、振動センサ33の出力値Vを入力する(S20)とともに、回転センサ30の検出値R及びスロットル6の開度Dを入力する(S30)。次に、それらの検出値R及び開度Dと予め設定されたマップデータとから、気筒12内での失火の有無を判定する失火判定値Fを決定する(S40)。
The ECU 27 operates the natural gas engine according to the map data (see FIG. 2) for determining the target λ value (S10), while inputting the output value V of the vibration sensor 33 (S20) and detecting the
図4に、失火判定値Fを決定するマップデータの例を示す。このマップデータは、振動センサ33の出力値の平均値を比較対象としており、予め実験又は計算により設定される。この例では、失火判定値はエンジン回転数に対して一定となるように設定される一方で、スロットル6の開度に対しては正の相関関係となるように設定されている。
FIG. 4 shows an example of map data for determining the misfire determination value F. This map data uses an average value of the output values of the
そして、ECU27は、振動センサ33の出力値Vを失火判定値Fと比較し(S50)、出力値Vが失火判定値F超である場合には、気筒12内で失火は発生していないと判断して(S60)、ステップ10に戻る。
Then, the
その一方で、出力値Vが失火判定値F以下になった場合は、気筒12内で失火が発生したと判断して(S70)、その出力値Vが失火判定値F超になるまで、図2に示すマップデータにおいて運転条件が相当する目標λ値を所定の減分cだけ繰り返し減少させる(S80〜S10)。なお、このステップ80における目標λ値の減分cの大きさは、天然ガスエンジンの仕様及び天然ガス8の組成などに応じて適宜設定される。
On the other hand, if the output value V is equal to or less than the misfire determination value F, it is determined that a misfire has occurred in the cylinder 12 (S70), and until the output value V exceeds the misfire determination value F, In the map data shown in FIG. 2, the target λ value corresponding to the operating condition is repeatedly reduced by a predetermined decrement c (S80 to S10). The magnitude of the target c decrement c in
このように、天然ガス8の組成変化により、気筒12内で失火が発生したときには、運転に係る目標λ値を適切なレベルまで減少させることで、混合気9をリッチ化して火花点火しやすくするので、天然ガス8の組成変化に起因する失火を抑制することができるのである。
As described above, when misfire occurs in the
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
33 振動センサ
2
28 Lambda
Claims (3)
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決定される目標λ値と一致するように前記インジェクタからの天然ガスの供給量を制御する天然ガスエンジンにおいて、
前記気筒に生じる振動値を検出する振動センサを設置し、
前記制御手段は、前記振動センサの出力値が、前記エンジン回転数及び前記スロットルの開度に基づいて予め設定された失火判定値以下になった場合は、前記出力値が前記失火判定値超になるまで前記目標λ値を減少させる制御を行うことを特徴とする天然ガスエンジン。 Installed in the exhaust passage, an injector for supplying natural gas to an intake passage provided with a throttle for adjusting the air flow rate, a cylinder for igniting and burning a mixture of the air and the natural gas with a spark of a spark plug Lambda sensor and control means,
The control means controls the supply amount of natural gas from the injector so that the detected value of the lambda sensor matches a target λ value determined based on the engine speed and engine load of the natural gas engine. In natural gas engines,
Install a vibration sensor to detect the vibration value generated in the cylinder,
The control means, when the output value of the vibration sensor is equal to or less than a misfire determination value set in advance based on the engine speed and the throttle opening, the output value exceeds the misfire determination value. A natural gas engine that performs control to decrease the target λ value until
前記気筒に生じる振動値が、前記エンジン回転数及び前記空気の流量に基づいて予め設定された失火判定値以下になった場合は、前記振動値が前記失火判定値超になるまで前記目標λ値を減少させることを特徴とする天然ガスエンジンの運転方法。 The mixture of natural gas and air sucked into the cylinder is ignited by sparks and burned, and the λ value of the combustion gas of the mixture is determined based on the engine speed and the engine load. In the operation method of the natural gas engine for controlling the supply amount of the natural gas so as to coincide with
When the vibration value generated in the cylinder is equal to or less than a misfire determination value set in advance based on the engine speed and the air flow rate, the target λ value is maintained until the vibration value exceeds the misfire determination value. Natural gas engine operating method characterized by reducing
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