JP2000511990A - 二重燃料ディーゼルガスエンジン注入システムの注入の制御方法および関連する注入システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 制御方法は、エンジン2の要求するパワーにしたがってエンジン2のシリンダー4のいくつかのものにガスを選択的に供給し、各シリンダー4に供給されるディーゼル燃料およびガスの量を選択し、予め定められた回転方式にしたがってガスを供給される異なったシリンダー4を連続するエンジンサイクルにおいて選択するステップを含んでいる。

Description

【発明の詳細な説明】 二重燃料ディーゼルガスエンジン注入システムの注入の制御方法および関連する 注入システム ［発明の技術的背景］ １．技術分野 本発明は、二重燃料ディーゼルガスエンジン注入システムの注入の制御方法お よび関連する注入システムに関する。 ２．関連技術の説明 知られているように、二重燃料ディーゼルガスエンジンは２つの異なった燃料 、即ちディーゼル燃料とガス（典型的にメタン）を使用するが、ある動作状況で は、高レベルの汚染と低いエンジン効率という欠点を有する。エンジンが非常に 空気注入を小さくされたとき、事実上、そこに与えられる空気とガスの混合物は 少なくなり、時には、供給されるガス量は空気とガスの混合物（点火レベルより も低い混合物）を点火するのに十分ではなく、それによって空気とガスの混合物 の燃焼欠陥が生じ、エンジンの熱力学的効率を劣化し、排出時に不燃ガスを発生 し、放出される汚染物質の量を増加する。 反対に、空気とガスの混合物を点火するのに十分な量のガスを供給すると、消 費量が顕著に増加し、漸進的なパワー出力とは反対に量子化され、即ちエンジン の線形の進行とは反対に衝撃的である。 ［発明の要約］ 本発明の目的は、前述の欠点を簡単で廉価な方法で除去するように設計された 注入制御方法および注入システムを提供することである。 本発明によれば、複数のシリンダを具備する二重燃料ディーゼルガスエンジン の注入システムの注入を制御する方法が提供され、その方法はガスを前記シリン ダへ供給するステップを有し、必要とされるパワーにしたがって、各エンジンサ イクルで、前記エンジンの前記シリンダのうちの幾つかへガスが選択的に供給さ れることを特徴とする。 本発明によれば、複数のシリンダを具備する二重燃料ディーゼルガスエンジン 用の注入システムもまた提供され、これは必要とされるパワーにしたがって、各 エンジンサイクルで、前記エンジンの前記シリンダのうちの幾つかへガスを選択 的に供給する選択的なガス供給手段を具備していることを特徴とする。 ［図面の簡単な説明］ 本発明の好ましい限定されていない実施形態を添付図面を参照して例示により 説明する。 図１は本発明にしたがった二重燃料ディーゼルガスエンジン注入システムの簡 単な図を示している。 図２は本発明にしたがった方法のフローチャートを示している。 ［好ましい実施例の詳細な説明］ 図１の符号１は、ブロック３、シリンダ４、駆動シャフト５、カムシャフト６ （最後の２つは鎖線で示されている）を具備する二重燃料ディーゼルガスエンジ ン２の注入システムを示している。 注入システム１はディーゼル燃料供給回路10と、空気供給回路11と、ガス（典 型的にメタン）供給回路12とを具備している。 既知のタイプの概略的に示されているディーゼル燃料供給回路10は、タンク15 と、低圧力供給ライン17によりタンク15に接続されている注入ポンプ16と、ディ ーゼル燃料をシリンダ４へ注入し、それぞれ高圧力供給ライン19によって注入ポ ンプ16に接続されている複数の注入器18とを具備している。注入ポンプ16は例え ば加速ペダル等の制御部材20により制御ロッド21と伝達素子22を経て既知の方法 で制御される。特に制御ロッド21は、注入ポンプ16の一部を形成し注入ポンプ16 により供給されるディーゼル燃料の量を調節するための（破線で示されている） ラック23に作用する。 既知のタイプの概略的に示されている空気供給回路11は、外部から空気を吸引 する主導管25と、主導管25から延在しそれぞれのシリンダ４へ接続され主導管25 からシリンダ４の内燃チャンバへ空気を供給する複数の２次導管26とを具備して いる。 ガス供給回路12は高圧力（ほぼ２００バール）のガスタンク30と、高圧力供給 ライン32によりタンク30に接続され、タンク30内のガスの圧力を２〜８バールへ 減少させる圧力調節装置31と、複数の固定装置35により低圧力供給ライン34へ接 続されている複数の電子注入器33とを具備している。 示されている実施形態では、電子注入器33は２次導管26上で対をなして整列さ れ、それによってそれぞれの２次導管26中へガスを注入し、高圧力供給ライン32 には、注入システム１で故障が生じた場合に、電子注入器33へのガス供給を中断 するソレノイド安全バルブ36が固定されている。 注入システム１はまた本発明の方法にしたがってエンジン２の動作を制御する 制御装置40を具備している。 制御装置40は詳細には説明しないがラック23から制御部材20を選択的に外す既 知の選択的な結合解除装置41と、ラック23の位置を調節する調節装置42を具備し ている。特に、ラック23を調節する調節装置42はラックが制御メンバ20から取外 されたときにラック23の位置を調節するステップモータを具備し、それによって 注入ポンプ16は異なった量のディーゼル燃料を供給する。説明した例では、調節 装置42はラックを種々の動作位置間で連続的に移動し、この動作装置で注入ポン プ16は、それぞれの供給エンジン２に最小と最大の間の範囲の量のディーゼル燃 料をアイドリング速度（即ちいわゆる“最小のパイロット光”を供給）と、最大 （最大のパイロット光）までの高い速度で供給する。 ラック調節装置42はまた駆動シャフト５の回転速度（エンジン速度）にしたが ってラック23の位置の調節を行う。よく知られているように、注入ポンプ16の一 部を形成するポンプ素子（図示せず）内のディーゼル燃料の漏洩が少ないため、 注入ポンプ16の供給量はエンジン２の速度の増加と共に増加する。結果として、 エンジン２の速度にかかわりなくラック23が、想定された動作位置に固定されて いるならば、注入ポンプ16の供給量は増加する。しかしながらこの欠点は、注入 ポンプ16の一定の供給をエンジン２の速度変化と共に維持するように装置42がラ ック23の位置をこのように調節することによって減少される。 制御装置40はまた、駆動シャフト５上に位置し、駆動シャフト５の回転速度（ エンジン速度）に関係するＲＰＭ速度信号を発生する速度センサ43と、カムシャ フト６上に位置し、カムシャフト６の角度位置（エンジンストローク）に関係す る第１の位置信号Φを発生する第１の位置センサ44と、制御メンバ20に接続さ れ、制御メンバ20の位置に関する第２の位置信号θを発生する第２の位置センサ 45と、エンジン２の排気装置（図示せず）中に位置し排気ガスしたがって（エン ジン）の温度に関係する温度信号Ｔを発生する温度センサ46と、動作データを含 んでいる電子マップが記憶されているメモリ47と、信号θ、Φ、ＲＰＭ、Ｔを受 信し、メモリ47に接続され、ガス電子注入器33と選択的な結合解除装置41と、調 節装置42と、ソレノイド安全バルブ36とに対する複数の制御信号を発生する電子 中央制御装置48とを具備している。 制御装置40はまた、さらに電子中央制御装置48にそれぞれの出力信号を与え、 それによって装置48が注入システム１の動作を監視することを可能にするセンサ （図示せず）を具備している。特に、冷却水の温度に関する温度信号を発生する エンジンラジエータ上の温度センサと、主導管25において空気圧力に関係する圧 力信号を発生する主導管25の空気吸入口上に配置された空気圧力センサと、供給 ライン34のガス圧力に関係する圧力信号を発生するガス供給回路12の低圧力供給 ライン34上のガス圧力センサの設備が設けられてもよい。 本発明にしたがって、電子中央制御装置48はモジュール化された方法、即ちエ ンジン２の必要なパワーにしたがって各エンジンサイクルにおいてガスをエンジ ン２のシリンダ４の全てまたはそのうちの幾つかだけに選択的に供給することに よって、各エンジンサイクルで各シリンダ４へ供給されるディーゼル燃料とガス 量を選択することによって、予め定められた回転方式にしたがってガスが供給さ れる異なったシリンダ４を連続したエンジンサイクルで選択し、それによってエ ンジン２の周期的な不規則性を最適化し、最適な安定した動作と、エンジン２の 最適な雑音レベルを与えることによって、各シリンダ４内のディーゼル燃料とガ スの注入を制御する。 さらに詳しく説明すると、各エンジンサイクルで、速度信号ＲＰＭと位置信号 θ、Φに基づいて、電子中央制御装置48は付勢される電子注入器33の数と、各シ リンダに注入されるディーゼル燃料の量を決定し、この電子注入器33はエンジン ２の必要な総パワーを得るように動作され、同時に各注入器18により注入される ガス量がそれぞれの空気とガスの混合物（点火レベルを越える混合物）を点火す るのに十分であることを確実にする。ガスをシリンダ４のいくつかへ供給するこ とによって、エンジン２により供給されるパワーは、全てのシリンダが、燃料消 費量の増加とエンジン効率の減少がない点火レベルを越える空気とガスの混合物 を与えられる場合に供給されるパワーよりも低い。 特に、図１の例のように、６個のシリンダ４と、１個のシリンダ４に対して２ 個のＯＮ／ＯＦＦガスの電子注入器33を有するエンジン２を使用して、エンジン ２には各エンジンサイクルで、ガス電子注入器33にガスが供給されない最小レベ ルから、全ての１２のガス電子注入器33に供給される最大レベルの範囲にわたる １３のレベルの量のガスが注入される。 一方、注入器18によりシリンダ４へ注入されるディーゼル燃料の量は前述した ようにパイロット光レベルを調節するために連続的に調節されるだけである。説 明した例では、各シリンダ４へ注入されたディーゼル燃料の量は２つの異なった レベル、即ち最小および最大レベルの間の範囲であり、それぞれアイドリング速 度（最小のパイロット光）と、より高速度の最大速度（最大のパイロット光）で のエンジン２の供給に対応する。説明したように、ガスに対するモジュール化と ディーゼル燃料の連続性の二重調節は、それ故、各エンジンサイクルでエンジン ２の最大数のパワー出力レベルを実現するために行われる。 エンジン２のパワー出力はさらに連続的なエンジンサイクルで使用される電子 注入器33の数を適切に選択することによって変調されることができる。特に、電 子中央制御装置48は一連の連続的なエンジンサイクルで予め定められた方法を基 礎として各シリンダ４の供給を制御することができる。 それぞれ幾つかのシリンダ４のみに供給される複数の連続的なエンジンサイク ル数にわたって、エンジン２はそれ故非常に空気の供給が絞られるときでさえも 平均して必要なパワーを与える。 図２で示されているように、前述のモジュール化された方法を実行するために 、電子中央制御装置48が最初に信号θ、Φ、ＲＰＭ、Ｔを捕捉する（ブロック50 ）。 信号θとＲＰＭに基づいて、電子中央制御装置48は、メモリ47に記憶され、各 エンジンサイクルにおいて付勢される電子注入器33の数と各エンジンサイクルに おいて各シリンダ４中に注入されるディーゼル燃料の量に関する情報を含んでい るある動作データを選択する（ブロック51）（パイロット光レベル）。 信号θ、Φ、ＲＰＭに基づいて、電子中央制御装置48は最も適切なモジュール 化方法を決定（ブロック52）し、即ち各エンジンサイクルでどの電子注入器33が 付勢されるかを選択する。 電子中央制御装置48はその後、第１の制御信号を発生し（ブロック53）、それ によって付勢される各電子注入器33を開き、選択的な結合解除装置41の第２の制 御信号を発生して、ラック23から制御メンバ20を取外し、各注入器18によりそれ ぞれのシリンダ４へ注入されるディーゼル燃料の選択された量に基づいて、ラッ ク23の位置を調節して装置42を調節するための第３の制御信号を発生し、第３の 制御信号と速度信号ＲＰＭに基づいて、装置42を調節するための第４の制御信号 を発生し、それによってエンジン２の速度の変化と共に注入ポンプ16によりディ ーゼル燃料を一定に供給する。 最後に、過剰に高い排気ガス温度がエンジンの排気バルブと過給エンジン上の ターボ過給機のタービンに重大な損傷を与えるので、電子中央制御装置48は温度 信号Ｔに基づいてエンジン２の排気ガス温度を決定する。特に中心制御装置48は 温度信号Ｔを予め定められたしきい値Ｔ₀と比較し（ブロック54）、温度信号Ｔ がしきい値Ｔ₀よりも低いならば（ブロック54のノー出力）、ブロック54はブロ ック50に戻り、ブロック50について説明した動作が反復され、反対に、温度信号 Ｔがしきい値Ｔ₀よりも高いならば（ブロック54のイエス出力）、中心制御装置4 8は第5の制御信号を発生し、付勢される電子注入器33のうちのいくつかをディス エーブルし、エンジン２に供給されるガスの量および温度を低下させる（ブロッ ク55）。ブロック55はその後ブロック50に戻り、ブロック50について説明した動 作が反復される。 本発明による制御方法の利点は前述の説明から明白であろう。特に、前述のモ ジュール化あれたガス注入制御方法は、空気とガスの混合物が点火レベルより低 いシリンダ４なしでエンジン２の必要なパワー出力を得ることを可能にし、した がって既知の二重燃料エンジンと比較して汚染レベルを減少させ、エンジン２の 効率を増加させる。 さらに、どのシリンダ４が供給されるかを回転的に制御することにより、エン ジン２の最適な動作が行われる。 最後に、前述の注入制御方法は実行が容易であり、制御装置40の製造が廉価で あり、中心制御装置48による注入方法の実行において注入システムの構造上の変 更を必要としない。 本発明の技術的範囲を逸脱せずに、前述しここで示した制御方法と注入システ ム１に対する変更が行われてもよいことは明白である。 例えば、各シリンダ４に関する電子注入器33の数は説明した数以外の数でもよ い。特に、各シリンダ４には、シリンダ４へ異なった量のガスを注入することが できる１つの電子注入器33が設けられてもよく、各電子注入器により注入される ガス量は各注入器33の注入時間を変化することにより連続して変更してもよい。 さらに、制御メンバ20は必ずしも注入ポンプ16のラック23に接続される必要が ないので、前述の制御装置40は制御メンバ20をラック23から取外す選択的な結合 解除装置41を必ずしも具備する必要はなく、ラック23の位置は調節装置42を介し て電子中央制御装置48によって直接調節されてもよい。 最後に、ディーゼル燃料注入ポンプ16が予め定められた圧力でディーゼル燃料 を注入器18へ供給する電子的に注入されるディーゼルエンジン２の場合、中心制 御装置48は、注入器18の注入時間について作用することによって各エンジンサイ クルで注入器18へ供給されるディーゼル燃料の量を直接制御してもよく、この場 合、調節装置42もなくてもよい。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １．複数のシリンダーを備え、そのシリンダーにガスを供給する二重燃料ディー ゼルガスエンジンの燃料注入システムの注入を制御する方法において、 各エンジンサイクルにおいて、要求されるパワーにしたがって前記エンジンの 前記シリンダーのいくつかのものにガスが選択的に供給されることを特徴とする 注入制御方法。 ２．前記シリンダーのそれぞれに供給されるディーゼル燃料およびガスの量を選 択するステップを有していることを特徴とする請求項１記載の方法。 ３．連続するエンジンサイクルにおいて、予め定められた回転方式にしたがって ガスを供給される異なったシリンダーを選択するステップを含んでいることを特 徴とする請求項１記載の方法。 ４．注入システムは、各シリンダーと共同する複数のガス電子注入器および複数 のディーゼル燃料注入器と、供給するディーゼル燃料の量を調節するためのラッ クを具備するディーゼル燃料注入ポンプと、前記ラックを制御する制御部材とを 具備し、前記方法は、 前記エンジンの速度に関係する速度信号（ＲＰＭ）を発生し、 前記エンジンのストロークに関係する第１の位置信号（Φ）を発生し、 前記制御部材の位置に関係する第２の位置信号（θ）を発生し、 各エンジンサイクルにおいて、前記速度信号（ＲＰＭ）および前記位置信号（ Φ，θ）に基づいて、付勢されるべき電子注入器の数、前記各シリンダーに注入 されるディーゼル燃料の量、および付勢されるべき電子注入器を選択することを 特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項記載の方法。 ５．注入システムは、前記ラックから前記制御部材を取外す選択的結合解除手段 と、前記ラックの位置を調節するための調節手段とを具備し、 付勢されるべき各電子注入器に対する第１の制御信号を発生し、 前記選択的結合解除手段に対する第２の御信号を発生し、 前記選択されたディーゼル燃料の量に基づいて、前記ラックの位置を調節する 前記ラック調節手段に対する第３の制御信号を発生し、 前記第３の制御信号および前記速度信号（ＲＰＭ）に基づいて、前記ラックの 位置を調節する前記ラック調節手段に対する第４の制御信号を発生し、それによ って前記注入ポンプにより供給されたディーゼル燃料の量が前記エンジンの速度 の変化に対応して一定に維持されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか １項記載の方法。 ６．前記エンジンの温度信号（Ｔ）を発生し、 この温度信号（Ｔ）を予め定められたしきい値（Ｔ₀）と比較し、 前記温度信号（Ｔ）が前記予め定められたしきい値（Ｔ₀）を越えた場合に前 記エンジンに供給されるガスの量を減少させるための第５の制御信号を発生する ステップを含んでいることを特徴とする請求項５記載の方法。 ７．前記エンジンに供給されるガスの量を減少させるための第５の制御信号を発 生する前記ステップは、付勢されるべき前記電子注入器のいくつかをディスエー ブルにするステップを含んでいることを特徴とする請求項６記載の方法。 ８．複数のシリンダーを備えている二重燃料ディーゼルガスエンジンのための注 入システムにおいて、 各エンジンサイクルにおいて、要求されるパワーにしたがって前記エンジンの 前記シリンダーのいくつかのものにガスを選択的に供給するための選択的ガス供 給手段を具備していることを特徴とする注入システム。 ９．前記各シリンダーに供給されるディーゼル燃料およびガスの量を選択する第 １の選択手段を具備していることを特徴とする請求項８記載のシステム。 １０．予め定められた回転方式にしたがってガスが供給されるべき異なったシリ ンダーを連続するエンジンサイクルにおいて選択するための第２の選択手段を具 備していることを特徴とする請求項８または９記載のシステム。 １１．注入システムは、各シリンダーと共同する複数のガス電子注入器および複 数のディーゼル燃料注入器と、供給するディーゼル燃料の量を調節するためのラ ックを具備するディーゼル燃料注入ポンプと、前記ラックを制御する制御部材と を具備している請求項８乃至１０のいずれか１項記載のシステムにおいて、 前記システムはさらに、前記エンジンの速度に関係する速度信号（ＲＰＭ）を 発生する速度感知手段と、 前記エンジンのストロークに関係する第１の位置信号（Φ）を発生する第１の 位置感知手段と、 前記制御部材の位置に関係する第２の位置信号（θ）を発生する第２の位置感 知手段と、 各エンジンサイクルにおいて、前記速度信号（ＲＰＭ）および前記位置信号（ Φ，θ）に基づいて、付勢されるべき電子注入器の数、前記各シリンダーに注入 されるディーゼル燃料の量、および付勢されるべき電子注入器を選択する第３の 選択手段とを具備していることを特徴とするシステム。 １２．前記ラックから前記制御部材を取外す選択的結合解除手段と、 前記ラックの位置を調節するための調節手段と、 付勢されるべき各電子注入器に対する第１の制御信号を発生する第１の信号発 生手段と、 前記選択的結合解除手段に対する第２の制御信号を発生する第２の信号発生手 段と、 前記選択されたディーゼル燃料の量に基づいて、前記ラックの位置を調節する 前記ラック調節手段に対する第３の制御信号を発生する第３の信号発生手段と、 前記第３の制御信号および前記速度信号（ＲＰＭ）を受信して、前記ラックの 位置を調節する前記ラック調節手段に対する第４の制御信号を発生し、それによ って前記注入ポンプにより供給されたディーゼル燃料の量が前記エンジンの速度 の変化に対して一定に維持されるようにする第４の信号発生手段とを具備してい ることを特徴とする請求項１１項記載のシステム。 １３．前記エンジンの温度信号（Ｔ）を発生する温度感知手段と、 この温度信号（Ｔ）を予め定められたしきい値（Ｔ₀）と比較する比較手段と 、 前記温度信号（Ｔ）が前記予め定められたしきい値（Ｔ₀）を越えた場合に前 記エンジンに供給されるガスの量を減少させるための第５の制御信号を発生する 第５の信号発生手段とを具備していることを特徴とする請求項１２記載のシステ ム。