JPH0639916B2 - 複式燃料デイ−ゼルエンジンの制御装置 - Google Patents

複式燃料デイ−ゼルエンジンの制御装置

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JPH0639916B2
JPH0639916B2 JP19902685A JP19902685A JPH0639916B2 JP H0639916 B2 JPH0639916 B2 JP H0639916B2 JP 19902685 A JP19902685 A JP 19902685A JP 19902685 A JP19902685 A JP 19902685A JP H0639916 B2 JPH0639916 B2 JP H0639916B2
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治 別府
修平 水原
直義 石田
研二 古賀
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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Mitsui Engineering and Shipbuilding Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B3/00Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition
    • F02B3/06Engines characterised by air compression and subsequent fuel addition with compression ignition

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  • Fuel-Injection Apparatus (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 [産業上の利用分野] 本発明は、ガスおよびオイルを燃料とする複式燃料ディ
ーゼルエンジンの制御装置に係り、特に各燃料の供給能
力等の供給条件が変動する場合に好適なものに関する。
[従来の技術] 従来、一般にディーゼルエンジンといえば、A重油、B
重油、C重油、粗悪油あるいはガス製造過程などで発生
する副生油などの液体燃料(以下、燃料オイル又はオイ
ルと総称する。)を用いるものが多いが、LNG(天然
ガス)、メタンガス、水素ガス、副生ガスあるいはそれ
らの混合ガスなどの可燃性ガスを燃料とするガスディー
ゼルエンジンも知られている。ガスディーゼルエンジン
では、着火温度の高いガス燃料を確実にかつ安定に着火
させるため、通常、少量のオイル燃料をパイロット燃料
として噴射するようにしているが、これら従来のディー
ゼルエンジンは、オイルまたはガスのいずれか一方を主
燃料とするものであった。
[発明が解決しようとする問題点] ところが最近、エネルギーの多角化あるいは有効利用と
いった面から、ガスとオイルの2種類の燃料を併用する
ことができる複式燃料ディーゼルエンジンの実現が要望
されるところとなっている。
かかる複式燃料ディーゼルエンジンにあって、ガスおよ
びオイル燃料の供給量が安定しているような場合には、
それら燃料の供給量に応じて一つの配分モードを決め、
これに基づいた一定モードの運転制御とすれば、運転お
よび制御も簡単なものとなるので、特に問題はない。
しかし、燃料の供給量が変動するような場合には、その
変動に応じてしばしば燃料配分パターンを変更しなけれ
ばならないという問題がある。このような供給量の変動
要因としては、例えば社会的または経済的な条件に影響
される燃料調達や運用計画に起因するものがあり、変動
周期も短期、長期、季節的、大気温度条件あるいは日照
条件などさまざまである。特に、エネルギー有効利用の
観点から副生ガスや余剰ガスを用いるような場合には、
ガス発生源の状態変化に応じて供給能力が大幅に変動す
るという問題がある。
このように供給条件が変動する2種の燃料を用いて安定
な運転を維持しようとする場合、ガスの使用量を供給条
件に応じて一定量に保持し、負荷の変動に応じてオイル
の量を可変調整することが考えられる。しかし、この場
合負荷が減少してオイルの量が零近傍になると前述した
ように着火が不安定となり、安定な運転を維持すること
ができないという問題がある。
そこで、本発明は、ガスを定量としオイルを負荷に応じ
て可変調整する場合における軽負荷時の着火不安定を防
止して、安定な運転を維持することができる複式燃料デ
ィーゼルエンジンの制御装置を提供することを目的とす
る。
〔問題点を解決するための手段〕
本発明は、上記目的を達成するため、ガス噴射量を定量
としオイル噴射量を負荷に応じて可変調整するガス定量
モードに基づいて、与えられる総燃料要求量をガス噴射
量とオイル噴射量に配分し、配分の結果オイル噴射量が
所定値以下になるときにはオイル専焼モードに変換して
配分する燃料配分手段を有することを特徴とする。
〔作用〕
このように構成すれば、ガスが使用されるガス定量モー
ドにおいては着火に必要な所定量以上のオイル噴射量が
確保され、オイル噴射量がその所定量以下になるときは
ガスの使用を停止してオイル専焼モードに変更されるこ
とから、全負荷域にわたって安定な運転が維持されるこ
とになる。
〔実施例〕
以下、本発明を実施例に基づいて説明する。
第1図に本発明を機械的なリンク機構を用いて実現して
なる第1実施例の構成図を示す。
第1図に示すように、本実施例は燃料ガスと燃料オイル
とをシリンダ1頂部に挿入して取り付けられている燃料
噴射弁2から燃焼室3に噴射する構成のディーゼルエン
ジンに適用したものである。燃料噴射弁2は第2図に示
した断面図のように、自力弁式のガス噴射弁とオイル噴
射弁とを一体化して形成した複式のものとなっている。
第2図において、燃料オイルは、燃料オイル供給口20
1から流入され、燃料オイル用ニードル202の軸心部
に穿設された油路203を通り、先端の弁体204の外
周部に形成された油室205に導かれている。弁体204
は、燃料オイル用ニードル202と一体にされ、コイル
スプリング206によって弁座部207に押接されてい
る。油室205内に供給される燃料オイルの圧力が所定
値以上に達すると、ニードル202を介して弁体204
がコイルスプリング206に打ち勝って押し上げられ、
燃料オイルはアトマイザ208に形成された燃料オイル
噴射口209から、燃焼室3内に噴出されるようになっ
ている。
一方、燃料ガスは、燃料ガス供給口210から流入さ
れ、筒状の燃料ガス用ニードル211a,bの外周面と
外筒212とにより形成されたガス通路213に導かれ
るようになっている。ニードル211a,bは、弁本体
214の外側に摺動自在に嵌装されており、ニードル2
11aの下端はコイルスプリング215によって弁座部
216に押接されている。ガス噴射弁駆動用のコントロ
ールオイルは、コントロールオイル供給口217から流
入され、弁本体214とニードル211bとにより形成
されたコントロールオイル油室218に導びかれてい
る。ニードル211bは、コントロールオイル油室21
8に供給されるコントロールオイルの圧力が所定値以上
に達すると、コイルスプリング215に打ち勝って押し
上げられるようになっている。これと同時に、ニードル
211aは燃料ガスの圧力によって押し上げられ、ガス
通路213内の燃料ガスは、アトマイザ208に形成さ
れた燃料ガス噴射口228から燃焼室3内に噴射される
ようになっている。また、ニードル211a,bと弁本
体214の摺動面は、シールオイル供給口229から流
入されるシールオイルによって気密が保持されるように
なっている。
このように形成される燃料噴射弁2には、燃料オイル噴
射量制御手段としての燃料噴射ポンプ4により昇圧され
た燃料オイルと、燃料ガス噴射量制御手段としてのコン
トロールオイル噴射ポンプ5により昇圧されたコントロ
ールオイルが供給されるようになっている。これら噴射
ポンプ4,5は、例えば第3図に示すような2連式のも
のとすることができる。図において噴射ポンプ4のポン
プ本体401は周知の構造となっており、プランジャー
402はコントロールラック棒6を出し入れすることに
よってその回転角度位置が調整され、燃料オイルの噴射
量を制御するようになっている。噴射ポンプ5も同様で
ある。プランジャー402を駆動するポンプ駆動部40
3は共用となっており、プランジャー駆動部材404
は、ローラ405を介して、図示されていないクランクシ
ャフトに関連して回転されるカムにより、上下に往復動
されるようになっている。したがって、噴射ポンプ4,
5の吐出口406,407からは、コントロールラック
棒6,7の位置に応じた量の燃料オイルとコントロール
オイルが、それぞれ所定の圧力に圧縮され、デイーゼル
エンジンのピストン位置に対応して定められた噴射タイ
ミングに合わせて、燃料噴射弁2に吐出されるようにな
っている。
なお、燃料噴射弁2は上記構成のものに限られるもので
はなく、ガス噴射弁とオイル噴射弁をそれぞれ独立に設
けてもよく、また燃料オイルまたは燃料ガス噴射量制御
手段としての噴射ポンプ4,5にあっても、ガス噴射弁
またはオイル噴射弁の構成に対応させて噴射タイミング
と噴射量を制御可能なものであればよい。
次に、本発明の特徴部分にかかる制御装置本体の構成に
ついて詳しく説明する。
本実施例制御装置においては、燃料供給条件の変動に対
応させるため、燃料オイルと燃料ガスの燃料配分モード
を、第1表に示すように、3つの基本モード、すなわち
オイル専焼モードIとガス定量モードIIとオイル定量モ
ードIIIとに区分している。オイル専焼モードIは、燃
料オイルだけで運転するモードであり、例えば燃料ガス
が得られない場合や、起動時に対応させたものである。
ガス定量モードIIは、ガス噴射量QGを一定量αGとし、
回転数または負荷に応じてオイル噴射 量Q0を可変制御する運転モードであり、例えば燃料ガス
供給量が制御され、燃料オイルが十分に得られるような
場合に対応させたものである。オイル定量モードIII
は、ガス定量モードIIと逆の場合であり、オイル噴射量
Q0を一定量α0とし、ガス噴射量QGを可変制御する運転
モードである。なお、ガス専焼モードは前述したように
着火用として一定量の燃料オイル(パイロット燃料)が
必要であるから、実質的にオイル定量モードIIIの一態
様になる。
ここで、第1図にもどり本実施例の構成を基本動作とと
もに説明する。速度制御手段としてのガバナ101に
は、スピードコントローラ102から目標回転数Noが
入力されるとともに、ディーゼルエンジンのクランク軸
に係合された回転数検出器の出力軸103を介して検出
回転数Nが入力されている。ガバナ101は負荷変動な
どにより変動する検出回転数Nと目標回転数Noとの偏
差ΔNに応じて、ガバナ出力軸104の回転角度位置を
増減制御し、偏差ΔNが零のときは、そのときの角度位
置を保持するようになっている。また、ガバナ出力軸1
04は図示矢印の回転方向を燃料増方向として設定され
ている。したがって、このガバナ出力軸104の角度位
置は総燃料要求量Qに相当し、アーム105、スプリン
グロッド106、アーム107を介して燃料調整軸108
の回転角度を制御するようになっている。また燃料調整
軸108は、手動の操作ハンドル100によっても回転
角度位置が調整できるようになっている。
この燃料調整軸108は、ストップ機構109を介して
バランスロッド120の中央部に回転自由に設けられた
支点120aに係合されており、支点120aは燃料調
整軸108の回転に応じて図示矢印118方向、すなわ
ちバランスロッド120の軸に直行する水平方向に変位
制御されるようになっている。
スリップ機構109は、第4図に示すように、燃料調整
軸178の端部に固定されたアーム110と、この燃料調
整軸108と同軸に位置させて回転自由に設けられた軸
112に固定されたアーム113と、このアーム113
に当接させてアーム110の先端部に取り付けれた案内
板111と、この案内板111の先端部に穿設された貫
通孔に挿通させてアーム113に固定されたバネ受体1
14と、このバネ受体114を介してアーム113を案
内板111に押接するバネ115とから形成されてい
る。また、アーム113には、アーム113と案内板1
11とが所定寸法以上離れたことを検出するため、リミ
ットスィッチなどが適用されてなるスリップ検出器11
6が設けられている。したがって、燃料調整軸108が
図示矢印117の燃料増方向に回転されると、案内板1
11によってアーム113が同一方向に回転され、支点
120aを図において左方に変位させる。逆に燃料調整
軸108が燃料減方向に回転されるとアーム113は案
内板111の動きに合わせて逆回転され、支点120a
を図において右方に変位させる。この燃料減動作のと
き、何らかの理由によってバランスロッド120の動き
が拘束されると、レバー113は案内板111の動きに
追従できず、案内板111はバネ115を圧縮してレバ
ー113から離れ、燃料調整軸108とバランスロッド
120の関連動作がスリップすることになる。このよう
な状態になると、総燃料要求量Q以上の燃料がディーゼ
ルエンジンに供給されたままとなるので、過速度などの
異常を引き起すことになる。そこで上記スリップをスリ
ップ検出器116によって検出し、この検出信号に基づ
いて後述するような安定運転を維持できる制御に切換え
るようにしている。
さて、燃料配分手段はバランスロッド120と、このバ
ランスロッド120の両端にそれぞれ関節継手121,
122を介して連結されたオイル量調整ロッド123と
ガス量調整ロッド124とポジショナ125,126を
含んで形成されている。それらのロッド123と124
は平行にかつ長手軸方向に摺動自由に設けられ、一旦は
それぞれポジショナ125,126の駆動レバー12
7,128にピンを介して連結されている。そして、ロ
ッド123,124の軸方向位置は、このポジショナ1
25,126によって定量設定他α0またはαGに対応し
た位置に拘束したり、あるいは摺動自由にすることが可
能となっている。したがって、支点120aに加えられ
た変位量はロッド123または124の拘束条件に応じ
て、それらロッド123または124の軸方向の変位量
に配分され、後述するように燃料量の配分制御がなされ
るようになっている。
一方、これらのロッド123,124の他端は、スプリ
ングロッド129,130と、回転自由に軸支されてい
るレバー131,132と、レバー133,134を介
して、それぞれ燃料オイル量調整軸135と燃料ガス量
調整軸136に連結されており、さらにこれら調整軸1
35,136に固定されたアーム137,138を介し
て、燃料噴射ポンプ4のコントロールラック棒6と、コ
ントロールオイル噴射ポンプ5のコントロールラック棒
7に連結されている。したがって、コントロールラック
棒6,7はロッド123,124の軸方向変位量に比例
して出し入れ制御されるようになっている。これによっ
て、燃料オイル噴射ポンプ4からオイル量調整ロッド1
23の軸方向位置に応じた量の燃料オイルが、コントロ
ールオイル噴射ポンプ5からガス量調整ロッド124の
軸方向位置に応じた量のコントロールオイルが、それぞ
れ燃料噴射弁2に供給され、燃料噴射弁2からはそれら
ロッド123,124の軸方向位置に応じた量の燃料オ
イルと燃料ガスが燃焼室3に噴射されることになる。
定量設定手段は燃焼オイルまたは燃料ガスの定量設定値
α0またはαGを設定する定量設定器151と、その操作ダ
イヤル152を含んで形成されている。
定量設定器151は、可変圧力調整弁であり、圧力調整
体をダイアル152に連動されたカムによって出し入れ
することにより、ダイアルの定量設定値に応じて2次圧
を0〜100%(対1次圧)の範囲で連続的に設定する
ことができるようになっている。この定量設定器151
により設定された圧力の空気はポジショナ125,12
6のパイロット圧としてパイロットシリンダに供給され
ている。
ポジショナ125,126は、第5図に示すように、パ
イロットシリンダ501と主シリンダ502からなり、
パイロットシリンダ501のシリンダ室503には上記
パパイロット圧が、主シリンダ502のシリンダ室50
4には弁部505を介して作動空気圧が供給されるよう
になっている。弁押棒506はパイロットピストン50
7がパイロット圧に応じた量だけ図示右方に移動される
と、弁部505が開かれて、作動空気圧がシリンダ室5
04に供給され、主ピストン508が押し出される。そ
して、弁体509が弁押棒506の先端から離れるまで
押し出されると、シリンダ室504の作動空気が弁押棒5
06の軸心部に形成された通路510を介して排気ポー
ト511に排出され、主ピストン508はパイロットピ
ストン507の移動量だけ押し出される。そして、駆動
レバー127,128を介して燃料配分ロッド123,
124は定量設定器151により設定された定量値
α0,αGだけ第1図において左方に変位されて保持され
るようになっている。なお、パイロット圧が零のとき、
すなわち主ピストン508が最も引き込まれた位置に
て、各定量設定値が0%(α0またはαG=0%)となる
ように、またパイロット圧が100%のとき、各定量設
定値が100%(α0またはαG=100%)となるよう
に設定されている。
モード設定手段は、燃料配分モードI,II,IIIを設定
するモード設定器150と、このモード設定器150か
ら出力されるモード指令に応じて動作され、前記ポジシ
ョナ125または126に作用させる作動空気圧または
パイロット圧等を切換え制御する切換弁153,15
4,155,156,157,158,159,160
と、シャトル弁161を含んで形成されている。
モード設定器150は切換スイッチ式のものであり、レ
バーを各モードI,II,IIIに対応する位置に回転する
ことによって、オイル専焼モードI、ガス定量モードI
I、オイル定量モードIIIを択一的に設定可能となってい
る。また、モード設定器150は切換駆動機170によ
ってオイル専焼モードIに自動的に切換えられるように
なっている。そしてこの切換駆動機170には遅延タイ
マ171と切換スイッチ172を介して、スリップ検出器
116のスリップ検出信号と、緊急停止指令が入力され
ており、これらの信号又は指令が入力されたとき、モー
ド設定器150をオイル専焼モードIに切換えるように
なっている。なお、遅延タイマ171にはガス定量モー
ドIIとオイル定量モードIIIのモード指令が入力されて
おり、オイル専焼モードIからそれらのモードII,III
に切換えられた際に、スリップ検出信号の出力を一定時
間遅延させるようにしている。これによって切換え過渡
時の制御不安定動作を防止するようにしている。
また、ガス定量モードIIまたはオイル定量モードIIIが
選択された場合、それらのモード指令によって、圧力検
出器162と163を介して切換弁153と154が切
換えられると同時に、ガス定量モードIIの場合は切換弁
155,157,166が切換えられるようになってい
る。なお、圧力検出器162,163はそれぞれ燃料ガ
ス圧力が所定圧(例えば250kg/cm2g)以上である
こと、およびシールオイル圧が所定圧(例えば280kg
/cm2g)以上であることを検出するものである。即
ち、燃料ガス圧力が十分高いこと、および燃料噴射弁2
の正常動作に必要なシールオイル圧力が十分であること
を、燃料ガスを使用するモードII,IIIの運転条件の1
つとしているのである。
また、モードII,IIIのモード指令は燃料ガス圧縮機と
シールオイルポンプの運転指令として、それらの起動制
御装置165に入力されており、起動制御装置165は
運転指令が入力されたとき、まずシールオイルポンプを
起動させ、シールオイル圧が前記の所定圧に達したとき
燃料ガス圧縮機を起動させるようになっている。なお、
ガス噴射弁の構造によってシールオイルが不要の場合
は、シールオイルポンプにかかる自動運転制御は不要で
あり、逆に燃料ガスを使用するモード以外であってもシ
ールオイルを必要とするガス噴射弁の場合は、エンジン
始動時にシールオイルポンプを自動またはマニュアルに
より起動させることになる。
ところで、燃料ガスを使用するモード、すなわちガス定
量モードIIとオイル定量モードIIIにあっては、着火安
定性を確保するため必要最小限のオイル量下限値βをパ
イロット燃料として噴射しなければならない。この量β
はディーゼルエンジンによって異なるが、例えば5%程
度とされている。本実施例では、燃料オイルの噴射量Q0
をβ以上にするため、オイル量調整ロッド123に係止
ロッド139を取り付け、この係止ロッド139の動き
をシリンダストッパ140により一方向のみ規制して、
オイル量調整ロッド123がβ未満の位置に変位されな
いようにしている。なお、シリンダストッパ140には
切換弁166,167を介して作動空気圧が供給されて
おり、シリンダピストンが最も押し出された位置がオイ
ル量下限値β%に調されている。
また、オイル定量モードIIIにおいて、すなわち負荷ま
たは回転数に応じてガス噴射量を可変制御するモードに
おいて、燃料ガス使用量の最大値と最小値が制御される
場合がある。最大値が制限される例としては、燃料ガス
としてLNGタンカーのLNGタンクから自然に蒸発す
るLNGガスなどの余剰ガスや、他の装置から発生され
る副生ガスを有効利用する場合などが挙げられ、このよ
うな場合、その最大値は種々の条件によって変動する要
素を有しているから、最大値は可変設定できるようにし
なければならない。一方、最小値が制限されるのは、主
としてガス噴射弁の構造や作動特性に起因するものであ
り、噴射量を精度よく制御できるガス噴射量の下限量の
下限界に応じて定められる。そこで、第1図実施例で
は、これらのことに対応させて、ガス噴射量QGの上限値
HGを設定するガス量上限設定器141と、下限値LGを設
定するガス量下限設定器142とが設けられている。
ガス量上限設定器141は、図示していない設定器から
入力されるガス量上限値HGに応じて駆動されるパルスモ
ータ143と、このパルスモータ143により位置が制
御されるストッパ144を有して形成されている。そし
て、ストッパ144をガス量調整ロッド124に取り付け
られた係止ロッド145に対向させた位置に設置し、係
止ロッド145がストッパ144に当接することによっ
て、ガス量調整ロッド124の動きを、上記HG以上に規
制するようになっている。また、ガス量上限設定器14
1には、係止ロッド145がストッパ144に当接した
ことを検知するため、リミットスイッチなどを適用して
なるガス量上限検知器146が設けられており、この検
知器146の動作(オン)信号によって切換弁159,160
を切換えて、燃料オイルを定量設定値α0に拘束してい
たポジショナ125を自由状態にするようにしている。
つまり総燃料要求量Qの増大に対応させて燃料オイルの
噴射量Q0を可変制御できるようにし、実質的に上限値HG
を定量設定値αGとするガス定量モードIIに変更するよ
うになっている。なお、燃料要求量Qが減少してガス上
限検知器146がオフになると、再びオイル定量モード
IIIに戻されるようになっている。
ガス量下限設定器142は、シリンダストッパが適用さ
れ、このシリンダのピストンの先端に当接可能に係止ロ
ッド147がガス量調整ロッド124に取り付けられ、
ピストンが切換弁155,156を介して供給される作
動空気圧により押し出された位置が、下限値LGに設定さ
れており、これによってガス量調整ロッド124の動き
を下限値LG以上に規制するようになっている。
なお、緊急停止指令は、ディーゼルエンジンまたは関連
装置に異常(過速度、排気温または排気圧異常上昇、燃
料ガス供給系異常等)が発生したとき、ディーゼルエン
ジンを停止させるべく発せられるものである。この指令
が入力されると、切換弁173,174が切換えられ
て、シリンダ175,176に作動空気圧が供給され
る。これによって燃料オイル量調整軸135と燃料ガス
量調整軸136を介してコントロールラック棒6,7が
零位置まで引き出され、燃料オイルと燃料ガスの噴射量
を零にして、ディーゼルエンジンを停止させるようにな
っている。また、これと同時に、切換スイッチ172、
遅延タイマ171を介して切換駆動機170が作動さ
れ、モード設定器150をオイル専焼モードI位置に換え
るとともに、切換弁167を切換えてシリンダストッパ
140を零位置に戻すようになっている。
上述した構成を有する第1実施例の動作について、特に
モード設定手段、定量設定手段、燃料噴射量決定手段、
燃料配分手段および燃料噴射制御手段の関連動作につい
て説明する。
まず、燃料の供給条件等に基づいて燃料配分モードを選
択決定し、モード設定器150を操作してオイル専焼モ
ードI、ガス定量モードIIまたはオイル定量モードIII
のいずれかに切換えるのであるが、本実施例にあって
も、一般の大型のディーゼルエンジンを起動する場合と
同様、起動時は例えば圧縮空気をシリンダ内に送って、
ある程度回転を上げてから燃料オイルを噴射して暖運転
を行い、しかるのち定常の自動運転に移行するようにさ
れる。したがって、起動時(または燃料ガスを使用でき
ない場合)はオイル専焼モードIが選択される。
オイル専焼モードIに切換えられると、切換弁153を
介して供給される作動空気圧によって切換弁155,1
57が切換えられ、第6図(A)に示すように、ポジショ
ナ125は自由状態にされ、ポジショナ126は零位置
に拘束される。これによって、ガス量調整ロッド124
はQG=0位置に拘束されるので、ガバナ101から出力
される総燃料要求量Qに応じて燃料調整軸108が回転
され、さらにスリップ機構109を介して、支点120
aが変位されると、バランスロッド120は関節継手1
22を支点として傾転されることになる。したがって、
オイル量調整ロッド123の動きはガバナ101の動き
に比例したものとなり、燃料オイル噴射ポンプ4から吐
出される燃料オイル噴射量Q0は、総燃料要求量Qに一致
して制御される。次に、定量設定器151にて燃料ガス
の定量設定値αGを設定した後、ガス定量モードIIに切
換えると、起動制御装置165にガス圧縮機とシールオ
イルポンプの自動運転指令が出されると同時に、切換弁
156,158が切換えられる。これによって、第6図
(B)に示すように、ポジショナ125は自由状態にされ
るが、シリンダストッパ140によってオイル量調整ロ
ッド123の動きはβ%位置を下限として規制される。
そして、燃料ガス圧力とシールオイル圧力が十分高くな
って、それらの圧力検出器163,164が動作(オン)
すると、切換弁153,154が切換わり、これによっ
て切換弁155,157は第1図図示の状態に切換えら
れ、ポジショナ126は定量設定器151により設定され
たパイロット圧に応じた位置に、すなわち定量設定値α
Gに相当する位置にガス量調整ロッド124を変位させ
て拘束する。したがって、オイル量調整ロッド123と
ガス量調整ロッド124は、第6図(B)に示すように、
バランスロッド120の位置にして、零位置(a)から基
準位置(b)に変位され、オイル噴射Q0はβ%異常に、ガ
ス噴射量QGαGに制御される。そして、通常、ガス定量
モードIIに切換えられるとき、ガバナ101から与えら
れる総燃料要求量QはQ≧(αG+β)となっているこ
とから、バランスロッド120は関節継手122を支点と
してQに応じて傾転される。したがって、オイル量調整
ロッド123の軸方向位置は(Q−αG)に比例制御さ
れ、これによって、第7図(A)に示すように、コントロ
ールオイル噴射ポンプ5からは、ガス噴射量αGに対応
する量のコントロールオイルが燃料噴射弁2に吐出さ
れ、αGの燃料ガスが燃焼室3に噴射されるとともに、
燃料オイル噴射ポンプ4から(Q−αG)の燃料オイル
が燃料噴射弁2を介して燃焼室3に噴射される。なお、
Q<(αG+β)のときはスリップ機構109が作動
し、前述したようにオイル専焼モードIに切換えられ
る。
次に、定量設定器151にて燃料オイルの定量設定値α
(ただし、α0≧β)を設定した後、オイル定量モー
ドIIIに切換えると、起動制御装置165にガス圧縮機
とシールオイルポンプの運転指令が出力されると同時
に、切換弁156,158は図示の状態に切換えられる。
これによって、第6図(C)に示すように、ポジショナ1
26は自由状態にされる。このとき、ガス量下限設定器
142によってによってガス噴射量QGの下限値LGが設定さ
れていると、ガス量調整ロッド124の動きは、第6図
(C)に示すように、LGに相当する位置を下限として規制
される。
つづいて、ガス定量モードIIの場合と同様に圧力検出器
163,164が作動すると、切換弁153,154が
切換わり、切換弁156,158が第1図図示の状態に切
換えられ、ポジショナ125は定量設定器151により
設定されたパイロット圧に応じた位置、すなわち定量設
定値α0に相当する位置にオイル量調整ロッド123を
変位させて拘束する。したがって、オイル量調整ロッド
123とガス量調整ロッド124は、第6図(C)に示す
ように、バランスロッド120の位置にして零位置(a)
から基準位置(C)に変位される。そして通常、オイル定
量モードIIIに切換えられるときには、ガバナ101か
ら与えられる総燃料要求量QがQ≧α0となっているか
ら、バランスロッド120は関節継手121を支点とし
てQに応じて傾転される。したがって、ガス量調整ロッ
ド124の軸方向位置は(Q−α0)に比例して制御さ
れる。なお、Q<α0のときはスリップ機構109が作動
し、前述したようにオイル専焼モードIに切換えられ
る。
また、ガス量上限設定器141によってガス噴射量QG
上限値HGが設定されている場合、総燃料要求量Qが増大
してQG=(Q−α0)≧HGに達すると、ガス量上限検知
器146が作動してポジショナ125が自由状態にさ
れ、QG≧HGの範囲においては実質的にαG=HGとするガ
ス定量モードIIに切換えられる。そして総燃料要求量Q
がさらに増大するとバランスロッド120は、第6図
(D)の示すように関節継手122を支点として傾転さ
れ、これによってオイル量調整ロッド123の軸方向位
置はQ0=(Q−HG)に比例して制御される。この状態か
ら総燃料要求量Qが減少すると、バランスロッド120
は両方の調整ロッド123,124を燃料減の方向に移
動させるが、ガス最上限検知器146がオフされるので
ポジショナ125がオイル量調整ロッド123をQ0=α
0にするように引き戻す。したがって、Q0=α0に達する
までガス量調整ロッド124は上限値HG位置に保持され
る。そして、そらに総燃料要求量Qが(HG+α0)以下
に減少すれば、当初のオイル定量モードIIIに復帰して
燃料配分制御がなされる。なお、総燃料要求量Qが(LG
+α0)以下に減少したときは、スリップ機構109が
作動してオイル専焼モードIに切換えられる。
このようにオイル定量モードIIIにおいては、第7図(B)
に示すように、LG≦QG≦HGの範囲のときはオイル噴射量
Q0=α0,ガス噴射量QG=Q−α0に制御されることにな
り、QG<LGのときはオイル専焼モードIに切換え、QG
HGのときは実質的にガス定量モードにして、ガス噴射量
QGを上限値HGに保持するとともに、オイル噴射量Q0
(Q−HG)に応じて制御する。
以上説明したように、本第1実施例によれば、次に述べ
るような効果が得られる。
1)即ち、燃料配分モードをオイル専焼モードI、ガス
定量モードII、オイル定量モードIIIのつの簡潔なモー
ドに区分していることから、燃料供給条件の変動に対応
させたモードを容易に決定することができる。また、モ
ード設定手段によりそれらのモードを択一的に設定する
とともに、定量設定手段により定量モードの定量設定値
を任意の値に設定可能としていることから、モード設定
操作を極めて簡単なものとすることができる。そして、
設定されたモードと定量設定値に基づいて、燃料配分手
段により総燃料要求量を自動的に2つの燃料に配分して
いることから、2種の燃料の供給条件に対応させて速や
かに燃料配分モードを変更することができるとともに、
変更された燃料配分モードに応じて複式燃料ディーゼル
エンジンの運転を安定に維持することができる。
2)ガス定量モードII又はオイル定量モードIIIのよう
に燃料ガスを使用するモードに切換える操作がなされた
とき、モード設定手段から出力されるモード指令によっ
て、シールオイルポンプを自動運転させ、シールオイル
圧が所定圧力以上になったらガス圧縮機を自動運転させ
るようにしていることから、ガス使用モードに必要な補
機が自動的に起動させることになり、運転操作が簡単化
されるとともに、オイル専焼モードIのときはそれら補
機が自動的に停止されるので、省エネルギーなどの効果
がある。しかも、シールオイル圧と燃料ガス圧が所定圧
以上であることを、ガス使用モードの切換条件としてい
ることから、燃料ガス噴射弁の動作および燃料ガス噴射
量制御の信頼性が確保されるという効果がある。なお、
燃料ガス噴射弁の構造によっては、ガス使用モード以外
の場合でもシールオイルを必要とするものがある。この
場合はディーゼルエンジンの起動指令によってシールオ
イルを自動運転するようにすればよい。
3)定量設定値αGのガス定量モードIIIにて、可変調整
されているオイル噴射量Q0を、予め設定されているオイ
ル量下限値β以上に保持するため、オイル量調ロッドの
動きをストッパにより規制するとともに、総燃料要求量
Qが(αG+β)以下に減少した場合は、スリップ機構
によってガバナ出力軸とオイル量調整ロッドおよびガス
量調整ロッド間の信号伝達をスリップさせると同時に、
このスリップをスリップ検出器により検出してオイル専
焼モードIに切換えている。したがって、燃料ガスの着
火安定性が確保されるとともに、連続して(αG+β)
以下の総燃料要求量Qに追従させて安定な運転制御を維
持できるという効果がある。
4)定量設定値α0のオイル定量モードIIIにて、可変調
整されている燃料ガスの噴射量QGを、燃料ガス噴射弁の
制御特性によって定まる下限値LG以上に保持するため、
ガス量調整ロッドの動きを下限設定器により規制すると
ともに、総燃料要求量Qが(α0+LG)以下に減少した
とき、スリップ機構によってガバナ出力軸とオイル量調
整ロッドおよびガス量調整ロッド間の信号伝達をスリッ
プさせると同時に、このスリップをスリップ検出器によ
り検出し、小噴射量領域の噴射量制御特性に優れたオイ
ル専焼モードIに切換えるようにしている。したがっ
て、あるガス量下限値LG以下の小噴射量領域における
噴射量制御特性の直線性の悪い燃料ガス噴射弁を用いて
も、ガス噴射量QGがそのLG以下になったとき、自動的に
オイル専焼モードIに切換えられるので、総燃料要求量
Qが(α0+LG)以下の小噴射量領域に減少しても、その
変化に追従させて安定な運転制御を維持することができ
るという効果がある。
5)オイル定量モードIIIにて、可変調整されている燃
料ガス噴射量QGを可変設定されているガス量上限値HG
下に保持するため、ガス量調整ロッドの動きを上限設定
器によって規制するとともに、QG=HGに達したことをガ
ス上限検知器により検知したとき、オイル量調整ロッド
を自由状態にしている。そして、再びQG<HGに減少した
ときにはオイル量調整ロッドを定量設定値α0位置に拘
束するようにしている。即ち、ガス量上限値HGを基準と
してガス噴射量QGがQG<HGのときはモード設定されたオ
イル定量モードIIIに保持し、QG≧HGのときはガス噴射
量QGをHGに固定したガス定量モードに自動的に切換える
ようにしている。したがって、燃料ガスの最大噴量が所
定の又は可変設定される上限値に制限されている場合で
あっても、全負荷領域にわたって安定な運転制御を維持
することができるという効果がある。特に、余剰ガスや
副生ガスなどのように発生量が変動する燃料ガスを有効
に利用する場合において効果がある。
6)制御装置の主要部を機械的なリンク機構を用いて実
現していることから、船舶などの機関室のような高温の
雰囲気中にも設置することができる。また、主要部の作
業状態が一見してわかることから、故障などの発見が容
易であり、かつ修理、調整などの保守を簡単に行なうこ
とができるという効果がある。
次に、第8図に示した本発明の第2実施例について説明
する。本第2実施例は、第1実施例のリンク機構に代え
て、コンピュータを適用して実現したものであり、基本
とする燃料配分モードは、第1実施例と同一である。
第8図に示すように、制御装置本体800は、入力回路
801,802,CPU803,メモリ804,出力回
路805,806を含んでなるコンピュータからなって
いる。入力回路801には、スピードコントローラ81
0から目標回転数Noが、回転数検出器812から検出
回転数Nが、定量設定器813からオイル噴射量Q0また
はガス噴射量QGの定量設定値α0またはαGが、オイル量
下限設定器814からオイル量下限値βが、オイル量上
限設定器815からオイル量上限値H0が、ガス量下限設
定器からガス量下限値LGが、ガス量上限設定器817か
らガス量上限値HGが、燃料噴射弁2に供給される燃料ガ
スの圧力を検出する圧力検出器819から検出圧力P
Gが、同じくシールオイルの圧力を検出する圧力検出器
818から検出圧力Psが、それぞれ入力されており、
それらの信号は、入力回路801にてデジタル信号に変
換されたのち、CPU803を介してメモリ804に格
納されるようになっている。また、CPU803には、
入力回路802を介して、モード設定器818からオイ
ル専焼モードI、ガス定量モードII、オイル定量モード
IIIのモード指令信号の一つが入力されている。
CPU803は、これら入力されたデータに基づいて、
第9図〜第12図に示すフローチャートにしたがって、
総燃料噴射量Q、オイル噴射量Q0、ガス噴射量QGなどを
求め、出力回路805を介してそれぞれ燃料オイル噴射ポ
ンプ4とコントロールオイル噴射ポンプ5のコントロー
ルラック棒6,7に連結されたポジショナ821,822
に、噴射量Q0,QGをアナログ信号として出力するように
なっている。また、CPU803は、出力回路806を
介して、ガス圧縮機とシールオイルポンプの起動制御装
置に運転指令を出力するようになっている。
なお、CPU803には機関関係の異常検出手段830
から、即ち、掃気圧力検出器831、排気管内圧力・温
度検出器832、ガスもれ検知器833、機関保護装置
834から、入力回路801又は802を介してそれぞれ
信号が入力されており、CPU803はこれらの入力信
号に基づき、必要に応じて燃料噴射停止を含む機関の緊
急停止指令を出力するようになっている。
このように構成される第2実施例の制御機能と動作につ
いて、第9図〜第12図に示したフローチャートを参照
しながら説明する。
これらのフローチャートは一連のものであり、本発明の
特徴に係る主要部のみが示されており、所定の制御周期
ごとに実行されるようになっている。ステップ900に
て起動条件が満足され図示していない起動手段等によっ
てディーゼルエンジンが起動されると、まず、ステップ
902にて必要なデータが取り込まれ、つづくステップ
904〜910にて負荷および回転数に応じた総燃料要
求量Qが演算される。この演算は目標回転数Nに相関
させて定められている関数f1によって基本燃料要求量Q0
を求めたのち(ステップ904)、検出回転数NとN0
の偏差ΔNを求め(ステップ906)、さらにΔNに相
関させて定められている関数f2によって補正燃料量ΔQ
を求め(ステップ908)、このΔQによりQ0を補正し
て総燃料要求量Qを求める(ステップ910)。
次にステップ912に進んで、負荷量が燃料ガスを使用
する運転(以下、ガス運転と称する)が可能であるか否
かを、Qの値が着火安定性を確保できるオイル量下限値
βとガス噴射弁等の制御特性から制限されるガス量下限
値LG(0を含む)の和以上であるか否かにより判断す
る。この判断が否定の場合はガス運転不可能であるか
ら、ステップ914に進んでオイル専焼モードIとし、
オイル噴射量Q0をQ、燃料ガス噴射量QGを0に決定し、
ステップ916に進んでそれらの決定値Q0,QGをポジシ
ョナ821,822に出力してリターンする。
このポジショナ821,822は、例えばピストンシリ
ンダなどのような直線運動をするアクチュエータが適用
可能であり、それぞれQ0,QGに応じてコントロールラッ
ク棒6,7の位置を出し入れ制御するように、フィード
バック機能を具えた位置制御手段からなっている。した
がって、第1実施例と同様に、燃料オイル噴射ポンプ4
とコントロールオイル噴射ポンプ5によって、上記Q0,Q
G(ただし、この場合は0)に制御された燃料オイルと
燃料ガスが燃料噴射弁2から燃焼室3内に噴射されるこ
とになる。
一方、ステップ912におけるガス運転可否の判断が肯
定であれば、ステップ920に移行して、モード設定器
820により設定入力されたモード指令を取り込み、モ
ード指令がI,II,IIIのいずれであるかを判断し、モ
ードIであればステップ914に進んで、前述した処理
手順によりオイル専焼モードI運転とする。
ステップ920の判断がIIまたはIIIの場合は、第10
図に示したステップ924〜930において、ガス運転
に必要な補機の自動運転およびそれらの起動完了を確認
する。すなわち、シールオイルポンプの起動制御装置に
自動運転指令を出力したのち(ステップ924)、シー
ルオイル圧Psが所定圧Ps(例えば、280kg/cm2
gに設定されメモリ804に格納されている。)以上に
なるのを待つ(ステップ925,926)。そしてPs
≧Ps0になったら、ガス圧縮機の起動制御装置に自動運
転指令を出力したのち(ステップ928)、燃料ガス圧PG
が所定圧PG0(例えば、250kgcm2gに設定されメモリ8
04に格納されている。)以上になるのを待つ(ステッ
プ929,930)。そして、PG≧PG0に達したらステ
ップ932に進んで、第11図のステップ934に、オ
イル定量モードIIIであれば、第12図のステップ950に
移行する。
ガス定量モードIIの場合は、第11図に示すように、ス
テップ934にて総燃料要求量Qが燃料ガスの定量設定
値αGとオイル量下限値βの和以上であるか否かによ
り、ガス定量モードIIの運転が可能か否かを判断する。
この判断が肯定判断であればステップ936に移行し、
ガス定量モードIIに基づいてガス噴射量QGを定量設定値
αGに定め、オイル噴射量Q0をQ−αGとして求める。そ
してステップ938に進んで、オイル噴射量Q0がその上
限値H0以下か否か判断し、肯定判断であれば燃料オイル
の噴射量Q0を可変調整できることから、ステップ940に
進んで、ステップ936で計算したQ0,QGに配分決定
し、ステップ948にてそれらの決定値Q0,QGをポジシ
ョナ821,822に出力してリターンする。
一方、ステップ938の判断が否定判断であればステッ
プ942に移行し、ここにおいてオイル噴射量Q0をその
上限値H0に保持するオイル定量モードIIIに変更し、こ
れに基づいてガス噴射量QGをQ−H0に決定した後、ステ
ップ948に進んでそれらの決定値を出力する。
また、ステップ934における判断が否定判断のときは
ステップ944に移行し、オイル噴射量Q0をその下限値
βに保持するオイル定量モードIIIにモード変更し、こ
のモードに従ってガス噴射量QGをQ−βに決定した後、
ステップ948に進んでそれらの決定値を出力する。
このようにして、ガス定量モードIIが選択された場合で
あっても、負荷および燃料使用量などの条件に応じて、
第13図(A),(B)に示すように、自動的にモードI,I
I,IIIが選択され、全負荷範囲にわたって安定な運転制
御が維持される。なお、同図(A)はβのみが設定されて
いる例を、同図(B)はβ,H0,LG,HGが全て設定されてい
る例を示す。
オイル定量モードIIIの場合は、第12図に示すステッ
プ950に移行し、ここで前記ステップ910で求めた
総燃料要求量Qの値が、燃料オイルの定量設定値α0
燃料ガスの下限値LGの和以上か否かにより、現状にてオ
イル定量モードIIによるガス運転が可能か否かを判断す
る。この判断が肯定ならばステップ952に移行して、
指令モードIIIに従ってオイル噴射量Q0を定量設定値α0
に定め、ガス噴射量QGをQ−α0として求める。つづい
てステップ954に進み、求めた QG=(Q−α0)がガス量の上限値HG未満か否かによ
り、指定モードのオイル定量モードIIIによる運転が可
能か否かを判断する。この判断が肯定のときはステップ
956に進んで、ステップ952で求めたQ0,QGに配分決定
し、ステップ960にてそれらの決定値をポジショナ8
21,822に出力する。一方、ステップ954の判断
が否定のときは、それ以上ガス噴射量QGを増大できない
ことから、ステップ958に進んでQGをその上限値HG
保持するガス定量モードIIにモード変更し、このモード
に従ってオイル噴射量Q0をQ−HGに決定した後、ステッ
プ960にてそれらの決定値をポジショナ821,82
2に出力してリターンする。
また、ステップ950の判断が否定のときはステップ9
62に移行し、ガス噴射量QGをその下限値LGに保持する
ガス定量モードIIに変更し、このモードに従ってオイル
噴射量Q0をQ−LGに決定した後、ステップ960に進ん
でそれらの決定値を出力する。
このように、オイル定量モードIIIが選択設定された場
合であっても、負荷および燃料使用量などの条件に応じ
て、第13図(C),(D)に示したように、自動的にモード
I,II,IIIが選択され、全負荷範囲にわたって安定な
運転・制御が維持される。第13図(C)はβのみが設定
されている例を、同図(D)はβ,Ho,Lg,Hgの全
てが設定されている例を示している。
なお、ガス運転に拘らずオイル専焼モードIにおいても
燃料噴射弁2のシールオイルが必要な場合には、第10
図に示したステップ924−926は第9図のステップ9
00よりも前のステップに組み込まれることになる。
以上説明したように、本第2実施例によれば、前記第1
実施例の1),2),3),4),5)と同一の効果が
得られる他、定量設定値、上下限値などの設定およびそ
の操作が極めて簡単に行えることから、燃料の供給条件
変動に対応させて自由度の高い燃料配分パターンを設
定、制御することができるという効果がある。また、第
1実施例に比較して、モード設定手段、定量設定手段、
燃料配分手段を簡単な構成のものとすることができる。
[発明の効果] 以上説明したように、本発明によれば、ガス噴射量を定
量としオイル噴射料を負荷に応じて可変調整するガス定
量モードに基づいて、与えられる総燃料要求量をガス噴
射量とオイル噴射量に配分し、配分の結果オイル噴射量
が所定値以下になるときはオイル専焼モードに変更して
配分するようにしていることから、ガス定量モード運転
における負荷時の着火不安定を防止して、安定な運転を
維持することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の第1実施例の全体構成図、第2図は第
1実施例の燃料噴射弁の断面図、第3図は第1実施例の
燃料オイル噴射ポンプとコントロールオイル噴射ポンプ
の一例の断面図、第4図は第1実施例のスリップ機構の
拡大斜視図、第5図は第1実施例のポジショナーの詳細
断面図、第6図は(A)〜(D)は第1実施例の燃料配分手段
の動作説明図、第7図(A),(B)は第1実施例の動作を説
明する線図、第8図は本発明の第2実施例の全体ブロッ
ク構成図、第9図〜第12図は第2実施例の主要制御手
順を示すフローチャート、第13図(A)〜(D)は第2実施
例の動作を説明する線図である。 2……燃料噴射弁、4……燃料オイル噴射弁、5……コ
ントロールオイル噴射弁、101……ガバナ、108…
…燃料調整棒、109……スリップ機構、116……ス
リップ検出器、120……バランスロッド、121,1
22……関節継手、123……オイル量調整ロッド、1
24……ガス量調整ロッド、125,126……ポジショ
ナ、139……係止ロッド、140……シリンダストッ
パ、141……ガス量上限設定器、142……ガス量下
限設定器、146……ガス量上限検知器、150……モ
ード設定器、151……定量設定器、162,163…
…圧力検出器、170……切換駆動機、800……制御
装置本体、818……シールオイル圧力検出器、819
……燃料ガス圧力検出器、813……定量設定器、81
4……オイル量下限設定器、815……オイル量上限設
定器、816……ガス量下限設定器、817……ガス量
下限設定器、820……モード設定器、821,822…
…ポジショナ。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】ガス噴射量を定量としオイル噴射量を負荷
    に応じて可変調整するガス定量モードに基づいて、与え
    られる総燃料要求量をガス噴射量とオイル噴射量に配分
    し、配分の結果オイル噴射量が所定値以下になるときに
    はオイル専焼モードに変更して配分する燃料配分手段を
    有することを特徴とする複式燃料ディーゼルエンジンの
    制御装置。
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