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公開番号2025018645
公報種別公開特許公報(A)
公開日2025-02-06
出願番号2023122536
出願日2023-07-27
発明の名称エンジン装置
出願人ヤンマーホールディングス株式会社
代理人個人,個人
主分類F02D 23/00 20060101AFI20250130BHJP(燃焼機関;熱ガスまたは燃焼生成物を利用する機関設備)
要約【課題】高価な燃料組成計測手段を備えることなく、任意の燃料組成の燃料ガスに対応して、窒素酸化物の排出量が規制値を満足するように運転することができるエンジン装置を提供する。
【解決手段】
燃料組成が変化する燃料ガスをエンジン2に投入して駆動するエンジン装置1は、燃料ガスと空気との混合気のエンジン2への給気圧力及びエンジン2からの排気ガスの排気温度に基づいて、排気ガスに含まれる窒素酸化物を抑制するように給気圧力及びエンジン2の点火パラメータを制御する制御ユニット7を備える。制御ユニット7は、給気圧力及び排気温度、並びにエンジン2のエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、排気ガスに含まれる窒素酸化物を抑制するように給気圧力及び点火パラメータを制御する。
【選択図】図1

特許請求の範囲【請求項１】
燃料組成が変化する燃料ガスで駆動するエンジン装置であって、
前記燃料ガスと空気との混合気のエンジンへの給気圧力及び前記エンジンからの排気ガスの排気温度に基づいて、前記排気ガスに含まれる窒素酸化物を抑制するように前記給気圧力及び前記エンジンの点火パラメータを制御する制御ユニットを備えることを特徴とするエンジン装置。
続きを表示（約 1,300 文字）【請求項２】
前記制御ユニットは、前記給気圧力及び前記排気温度、並びにエンジン回転数及びエンジン負荷に基づいて、前記排気ガスに含まれる窒素酸化物を抑制するように前記給気圧力及び前記点火パラメータを制御することを特徴とする請求項１に記載のエンジン装置。
【請求項３】
前記排気ガスを再循環して前記エンジンの給気側に流通させる再循環流路と、
前記再循環流路を介する前記排気ガスの再循環流量を調整する再循環流量調整装置と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン装置。
【請求項４】
前記制御ユニットは、前記エンジン回転数及び前記エンジン負荷に応じた運転条件に基づいて、前記窒素酸化物が一定となる前記給気圧力及び前記排気温度の相関関係情報を予め記憶し、前記相関関係情報に基づいて前記給気圧力及び前記点火パラメータを制御することを特徴とする請求項２に記載のエンジン装置。
【請求項５】
前記エンジンは、４ストロークエンジンであり、
マイクロパイロット方式又は火花点火方式で前記エンジンに点火する点火装置と、
前記燃料ガスである気体燃料を噴射方式又はミキサー方式で前記エンジンの給気側に供給する気体燃料供給装置と、
燃料流量調整弁、スロットルバルブ、バイパスバルブ及びウェイストゲートバルブの内、少なくとも１つからなり、前記給気圧力を調整する給気圧力調整装置と、を備えることを特徴とする請求項１に記載のエンジン装置。
【請求項６】
前記制御ユニットは、前記燃料流量調整弁の開度、前記スロットルバルブの開度、前記バイパスバルブの開度及び前記ウェイストゲートバルブの開度の内、少なくとも１つを制御することによって、前記給気圧力を調整することを特徴とする請求項５に記載のエンジン装置。
【請求項７】
前記制御ユニットは、前記火花点火方式の点火プラグ又は前記マイクロパイロット方式のインジェクタに対して、通電タイミング又は通電時間を制御することによって、前記点火パラメータを制御することを特徴とする請求項５に記載のエンジン装置。
【請求項８】
前記燃料ガスとして、バイオガスを前記エンジンに投入することを特徴とする請求項１に記載のエンジン装置。
【請求項９】
前記燃料ガスとして、炭化水素系を主成分としていて、不活性ガス、又は／及び前記主成分とは異なる炭化水素系燃料、又は／及び非炭化水素系燃料を含む燃料を前記エンジンに投入することを特徴とする請求項１に記載のエンジン装置。
【請求項１０】
前記制御ユニットは、前記給気圧力及び前記排気温度の相関関係情報に基づいて、前記燃料ガスの燃料組成の変化が前記エンジンでの燃焼速度を遅延させる場合、前記点火パラメータである点火時期の進角、前記点火パラメータである点火エネルギーの増加及び前記給気圧力の減圧の内、少なくとも１つを実行することを特徴とする請求項１に記載のエンジン装置。
（【請求項１１】以降は省略されています）
発明の詳細な説明【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料組成が変化する燃料ガスをエンジンに投入して駆動するエンジン装置に関する。
続きを表示（約 2,200 文字）【背景技術】
【０００２】
従来、エンジン装置には、バイオガス等の燃料ガスを、エンジンのシリンダ内の燃焼室に投入して駆動するものがあり、燃料ガスは空気との混合気として供給される。このようなエンジン装置では、燃料ガスを燃焼することで窒素酸化物（ＮＯｘ）を含む排気ガスを排出する。一方、カーボンニュートラルを背景とした燃料の多様化と燃料組成の変化に対応する必要がある。エンジン装置は、エンジンに投入される燃料ガスの燃料組成の変化に拘わらず、エミッション規制を満足するように窒素酸化物の排出量を抑制すると共に、安定的に運転を維持することが要求される。
【０００３】
例えば、特許文献１によれば、組成が変化する燃料が供給される内燃機関の制御装置は、吸気系統に介装された燃料組成計測手段と、内燃機関の負荷を計測する負荷計測手段と、内燃機関の回転数を計測する回転数計測手段と、空燃比を演算する空燃比演算手段と、燃料組成計測手段、負荷計測手段、回転数計測手段、空燃比演算手段の出力に応答して内燃機関の点火時期を制御する点火時期制御手段及び空燃比を制御する空燃比制御手段、とを有する。これにより、燃料組成が変化する際のノッキング、ＮＯｘの発生を抑制することを目的としている。
【０００４】
また、特許文献２によれば、エンジンは、燃料ガスの流量を調整する燃料流量調整弁と、燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスを燃焼させる燃焼室からの排ガスを通流する排気路にて排ガスの酸素濃度を測定する酸素センサと、酸素センサの測定結果に基づいて燃料流量調整弁の開度を調整することにより空燃比を制御する空燃比制御手段を備える。また、エンジンは、発熱量が判明している燃料ガスを供給してストイキ状態でエンジンを運転した場合における燃料流量調整弁の開度と燃料ガスの発熱量との関係である第１対応関係を記憶する記憶部を備える。そして、エンジンは、燃料ガスの発熱量を推定する発熱量推定工程において、発熱量推定対象の燃料ガスを供給してエンジンを運転する状態で、酸素センサの出力に基づいて、空燃比制御手段にて燃料流量調整弁の開度を調整することにより燃焼室における燃焼状態をストイキ状態とし、当該ストイキ状態における燃料流量調整弁の開度と、記憶部に記憶された第１対応関係とに基づいて、発熱量推定対象の燃料ガスの発熱量を推定する発熱量推定手段を備える。
【０００５】
また、特許文献３によれば、エンジン回転数とエンジン回転数指令値との偏差に基づいてスロットル弁の開度を制御するエンジン回転数制御部と、負荷、およびエンジン回転数指令値から混合気流量指令値を決定し、混合気温度、混合気粘度、混合気圧力、エンジン回転数、充填効率、および行程容積から粘度補正実混合気流量を算出し、混合気流量指令値と粘度補正実混合気流量との偏差に基づいて燃料ガス制御弁の開度を制御する混合気流量制御部と、混合気流量指令値から排気温度指令値を決定し、排気温度指令値と排気温度との偏差に基づいて点火プラグが放電する時期を制御する放電時期制御部とを備える。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
特開２００３－１４８１８７号公報
特許第６２８０７１１号
特開２０１１－１２７５４４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１のような従来技術のエンジンは一般的に高価な燃料組成計測手段を備える必要があるが、通常、エンジンはより安価に構成することが求められる。また、特許文献２のような従来技術のエンジンは、燃料ガスの発熱量を推定して運転条件を制御するところ、混合ガスの構成の組み合わせや分量は多岐に亘り、また、同じ発熱量の燃料ガスでも燃料組成が異なることで燃焼の変化が異なることがある。そのため、様々な組み合わせや分量の混合ガスに対応して発熱量を推定して運転条件を制御することは困難である。
【０００８】
特許文献３では、燃料ガス組成が変化した場合、燃料ガス制御弁開度を変更し、混合気流量を指令値になるように制御することによって、空燃比と発熱量の変化を同時に補正している。更に、燃料ガス組成変化による燃焼速度の変化を、目標排気温度になるように点火時期を変更することで、補正し、同じＮＯｘ排出量を実現している。しかし、この制御では、目標値の混合気流量と排気温度の組み合わせを考慮しておらず、熱効率や排出される全炭化水素量を適正化できていなかった。
【０００９】
本発明は、高価な燃料組成計測手段を備えることなく、任意の燃料組成の燃料ガスに対応して、窒素酸化物の排出量が規制値を満足するように運転することができるエンジン装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するために、本発明のエンジン装置は、燃料組成が変化する燃料ガスをエンジンに投入して駆動するエンジン装置であって、燃料ガスと空気との混合気のエンジンへの給気圧力及び前記エンジンからの排気ガスの排気温度に基づいて、前記排気ガスに含まれる窒素酸化物を抑制するように前記給気圧力及び前記エンジンの点火パラメータを制御する制御ユニットを備えることを特徴とする。
【発明の効果】
（【００１１】以降は省略されています）

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