４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置
【課題】ＥＧＲ制御装置を備えた４サイクルガスエンジンにおいて、エンジン回転数の整定時における大幅な回転数の低下の発生を回避して、エンジンの始動性を向上する４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置を提供する。
【解決手段】エンジンの排気通路からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気ポートに還流するＥＧＲガス通路と、該ＥＧＲガス通路の通路面積を制御するＥＧＲ弁とを備えた４サイクルガスエンジンにおいて、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出器と、前記回転数検出器からのエンジン回転数の検出値が入力されるＥＧＲ弁制御装置とを備え、該ＥＧＲ弁制御装置は、前記ＥＧＲ弁の開弁期間中であって前記エンジン回転数の低下量が一定値を超えたとき前記ＥＧＲ弁の開弁速度を低下させてエンジン回転数の低下を抑制することを特徴とする。
【解決手段】エンジンの排気通路からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気ポートに還流するＥＧＲガス通路と、該ＥＧＲガス通路の通路面積を制御するＥＧＲ弁とを備えた４サイクルガスエンジンにおいて、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出器と、前記回転数検出器からのエンジン回転数の検出値が入力されるＥＧＲ弁制御装置とを備え、該ＥＧＲ弁制御装置は、前記ＥＧＲ弁の開弁期間中であって前記エンジン回転数の低下量が一定値を超えたとき前記ＥＧＲ弁の開弁速度を低下させてエンジン回転数の低下を抑制することを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気通路からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気ポートに還流するＥＧＲガス通路と、該ＥＧＲガス通路の通路面積を制御するＥＧＲ弁とを備えた４サイクルガスエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスエンジンは、一般に燃料ガスと空気とを予混合して燃焼室に送り込み、着火装置により発生した着火火炎によって着火燃焼せしめるようにして、希薄混合気燃焼を行っているため、エンジンの始動時には予混合された混合気をスロットル弁によって適正流量になるように制御している。
即ち、図１はかかる４サイクルガスエンジンの作動説明図であり、図１によりガスエンジンの要部について説明すると、符号１００で示されるエンジン（ガスエンジン）は４サイクルガスエンジンであり、シリンダ１０２ａ内に往復摺動自在に嵌合されたピストン１０２、該ピストン１０２の往復動を回転に変換するクランク軸１１２、前記ピストン１０２の上面とシリンダ１０２ａの内面との間に区画形成される燃焼室１０１、該燃焼室１０１に接続される吸気ポート１０３、該吸気ポート１０３を開閉する吸気弁１０４、該燃焼室１０１に接続される排気ポート１０５、該排気ポート１０５を開閉する排気弁１０６等によって構成される。
【０００３】
前記吸気ポート１０３の途中にはガスミキサー１１０及びスロットル弁１１５が設置され、燃料ガス管１１１からガス量調整弁１０９を通して供給された燃料ガスと空気とを該ガスミキサー１１０で予混合する。
そして、この予混合気は前記スロットル弁１１５の開度制御によって流量を調整されて、前記吸気弁１０４の開弁によって前記燃焼室１０１に供給される。
符号１０７で示される着火装置は、この例では燃焼室１０１内の予混合気に火花点火を行う点火プラグで構成されている。
そして、かかるガスエンジンは、ＥＧＲ制御装置を備えており、排気ポート１０５からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気ポート１０３に還流するＥＧＲ管７と、該ＥＧＲ管７の通路面積を制御するＥＧＲ弁１とを備え、ＥＧＲ弁１の開度制御によりエンジンの運転制御を行っている。
【０００４】
尚、排気ポートからの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気ポートに還流するＥＧＲ管と、該ＥＧＲ管の通路面積を制御するＥＧＲ弁とを備え、ＥＧＲ弁の開度制御によりエンジンの運転制御を行うＥＧＲ制御装置を備えたエンジンが、特許文献１（特開平８−１００６８９号公報）にて示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１００６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来技術には次のような解決すべき問題点がある。
即ち、前記４サイクルガスエンジンは、燃料ガスと空気とを予混合して燃焼室に送り込み、着火装置により発生した着火火炎によって、着火燃焼せしめるようにして希薄混合気燃焼を行っているため、始動時におけるエンジン回転数の変動が大きくなる傾向にある。
【０００７】
図５は図１に示されるようなＥＧＲ制御装置を備えた４サイクルガスエンジンの、エンジン始動後におけるエンジン回転数の変化を示す。図５に示すように、エンジン始動後に、エンジン回転数が上昇するが、始動時にはエンジンが温まっていないこと等によって、エンジン回転数が目標値に整定しにくい（回転数変動ΔＮ）。
これに伴い、かかる従来技術においては、エンジン始動後のエンジン回転数の整定時に、排ガス浄化手段としてのＥＧＲ（排ガス再循環）ガスが投入されると、エンジン回転数が整定せずに、目標回転数から大幅に回転数の低下ΔＮ１が発生しやすい。
このため、エンジンの始動性が低下し、始動時の回転数の変動、始動時燃費の悪化等の不具合を引き起こす。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ＥＧＲ制御装置を備えた４サイクルガスエンジンにおいて、エンジン回転数の整定時における大幅な回転数の低下の発生を回避して、エンジンの始動性を向上する４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御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】
【０００９】
本発明はかかる目的を達成するもので、エンジンの排気通路からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気ポートに還流するＥＧＲガス通路と、該ＥＧＲガス通路の通路面積を制御するＥＧＲ弁とを備えた４サイクルガスエンジンにおいて、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出器と、前記回転数検出器からのエンジン回転数の検出値が入力されるＥＧＲ弁制御装置とを備え、該ＥＧＲ弁制御装置は、前記ＥＧＲ弁の開弁期間中であって前記エンジン回転数の低下量が一定値を超えたとき前記ＥＧＲ弁の開弁速度を低下させてエンジン回転数の低下を抑制することを特徴とする（請求項１）。
また、かかる発明において、好ましくは、前記ＥＧＲ弁制御装置は、前記ＥＧＲ弁の開弁期間中であって前記エンジン回転数の低下量が前記一定値以内にあるときは、前記ＥＧＲ弁の開弁速度を一定速度以上に保持してエンジン回転数を一定速度に維持する（請求項２）。
【００１０】
また、本発明は、前記ガスエンジンの暖機状態を検出するエンジン暖機状態検出部を備え、該エンジン暖機状態検出部で暖機中を検出したとき、前記ＥＧＲ弁の開弁速度を低下させてエンジン回転数の低下を抑制することを特徴とする（請求項３）。また、好ましくは、前記暖機状態検出部が前記ＥＧＲガスのガス温度検出部であるとよい（請求項４）。
【発明の効果】
【００１１】
回転数検出器からのエンジン回転数の検出値が入力されるＥＧＲ弁制御装置を備え、該ＥＧＲ弁制御装置は、ＥＧＲ弁の開弁期間中であって、エンジン回転数の低下量が一定値を超えたときＥＧＲ弁の開弁速度を低下させてエンジン回転数の低下を抑制するともに、
また、ＥＧＲ弁制御装置は、前記ＥＧＲ弁の開弁期間中であってエンジン回転数の低下量が前記一定値以内にあるときは、ＥＧＲ弁の開弁速度を一定速度以上に保持してエンジン回転数を一定速度に維持するので（請求項１，２）、
エンジン回転数の減速回転数設定部に、時間とＥＧＲ弁開度の関係を複数通り設定しておき（図３のように）、エンジン回転数の低下量を検出してエンジン回転数の低下量が大きいときは、ＥＧＲ弁開度をゆっくり開き（図３のＣ線のように）、エンジン回転数の低下量が小さいときはＥＧＲ弁の開放速度を速めて（図３のＡ線のように）開く。
【００１２】
従って、かかる発明によれば、エンジン回転数の低下量が大きいときは、ＥＧＲ弁開度をゆっくり開くことによって、ＥＧＲ弁を通って吸気ポートに還流するＥＧＲガスの流量の増加が緩慢になって、新気のガス量が相対的に多くなることにより、エンジンの回転数の上昇が早くなる。
一方、エンジン回転数の低下量が小さいときは、ＥＧＲ弁の開弁速度を速めることによって、ＥＧＲ弁を通って吸気ポートに還流するＥＧＲガスの流量の増加し、相対的に新気のガス量が少なくなることにより、エンジンの回転数の上昇が緩慢になる。
【００１３】
これにより、エンジン回転数の検出値によってＥＧＲ弁の開度を適正に保持するので、ＥＧＲ弁の開度によってＮＯｘ低減を行うとともに、エンジン回転数の大幅な低下を回避して、エンジン始動後のエンジン回転数の調整時にエンジン回転数が整定し、エンジンの始動性が向上し、始動時の回転数の変動、始動時燃費の悪化等の不具合を確実に回避できる。
【００１４】
また、本発明は、ＥＧＲガスの温度を検出してＥＧＲ弁制御装置に入力するＥＧＲ温度センサを設け、ＥＧＲ弁制御装置は、ＥＧＲガスの温度が予め設定された一定値よりも低いとき、ＥＧＲ弁の開弁速度を低下させるので（請求項３）、
エンジンが温まってなくＥＧＲガスの温度が予め設定された一定値よりも低いときに、前記のようにエンジン回転数によってＥＧＲ弁の開弁速度を低下させる制御を行うことより、エンジン回転数の大幅な低下を回避する一方、エンジンが温まってＥＧＲガスの温度が予め設定温度以上の場合は、通常のＥＧＲ弁の開閉によって、正常なＮＯｘ低減を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１６】
図１は、本発明の第１実施形態に係る４サイクルガスエンジンの全体構成図である。
図１において、符号１００で示されるエンジン（ガスエンジン）は４サイクルガスエンジンであり、シリンダ１０２ａ内に往復摺動自在に嵌合されたピストン１０２、該ピストン１０２の往復動を回転に変換するクランク軸１１２、前記ピストン１０２の上面とシリンダ１０２ａの内面との間に区画形成される燃焼室１０１、該燃焼室１０１に接続される吸気ポート１０３、該吸気ポート１０３を開閉する吸気弁１０４、該燃焼室１０１に接続される排気ポート１０５、該排気ポート１０５を開閉する排気弁１０６等によって構成される。
【００１７】
前記吸気ポート１０３の途中にはガスミキサー１１０及びスロットル弁１１５が設置され、燃料ガス管１１１からガス量調整弁１０９を通して供給された燃料ガスと空気とを該ガスミキサー１１０で予混合する。
そして、この予混合気は前記スロットル弁１１５の開度制御によって流量を調整されて、前記吸気弁１０４の開弁によって前記燃焼室１０１に供給される。
符号１０７で示される着火装置は、この例では燃焼室１０１内の予混合気に火花点火を行う点火プラグで構成されている。
そして、かかるガスエンジンは、ＥＧＲ制御装置を備えており、排気ポート１０５からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気ポート１０３に還流するＥＧＲ管７と、該ＥＧＲ管７の通路面積を制御するＥＧＲ弁１とを備え、ＥＧＲ弁１の開度制御によりエンジンの運転制御を行っている。
【００１８】
４は排気ポート１０５からの排気ガスと水とを熱交換する排ガス熱交換器である。６は前記排ガス熱交換器４にて発生した湯または蒸気により、湯を発生する給湯器である。８は前記排ガス熱交換器４と通過した後の排気ガスが通過する排気通路である。
【００１９】
以上の構成は、公知の給湯器を備えたガスエンジンと同様である。本発明はかかる４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置に関するものである。
【００２０】
エンジン１００の回転数を検出する回転数検出器２、及びＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲ温度センサ３（エンジン暖機状態検出部）を備え、前記回転数検出器２からのエンジンの回転数の検出値、及びＥＧＲ温度センサ３からのＥＧＲガスの温度の検出値は、ＥＧＲ弁制御装置５に入力される。
エンジンの暖機状態を検出するエンジン暖機状態検出部としてＥＧＲ温度センサ３を説明したが、排ガスの温度を検出する排ガス温度センサ、または、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ、または、エンジンオイルの温度を検出するエンジンオイル温度センサを設置しても良いことは勿論である。
【００２１】
次に、図２を参照して前記ＥＧＲ弁制御装置５の作用を説明する。図２は前記本発明にかかる４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置の制御ブロック図である。
回転数検出器２からのエンジン１００の回転数の検出値は、ＥＧＲ制御装置５のＥＧＲ弁減速回転数設定部５１に入力される。
ＥＧＲ弁減速回転数設定部５１においては、前記ＥＧＲ弁１の開弁期間中であって、前記回転数検出器２からのエンジン回転数の検出値が入力される。
該ＥＧＲ弁減速回転数設定部５１には、図３に示すように、時間とＥＧＲ弁開度の関係を複数通り設定しておく。ｔ０時点でＥＧＲ弁１の開弁が開始し（Ｅ０＝０）、ｔ１時点でＥＧＲ投入後最も回転数が低下し、そのときのＥＧＲ弁１の開度がＥ１である。そしてＥＧＲ弁１はその後Ａ線、Ｂ線、Ｃ線の複数のＥＧＲ弁開放速度のいずれかに沿って最終的に開度Ｅ２に達する。
【００２２】
次に、このＥＧＲ弁１の開度制御について説明する。
図５の前記エンジン回転数の低下量（ΔＮ１）が、予め設定された一定値（ΔＥ）を超えるとき（ΔＮ１＞ΔＥ）は、図３のＣ線のように、ＥＧＲ弁開度をゆっくり開く。
また、エンジン回転数の低下量が前記一定値未満（ΔＮ１＜ΔＥ）のときは、図３のＡ線のように、ＥＧＲ弁の開放速度を速める。
また、エンジン回転数の低下量が略前記一定値（ΔＮ１＝ΔＥ）のときは、図３のＢ線のように、ＥＧＲ弁の開放速度は現状の基準開放速度を維持する。
【００２３】
なお、エンジン回転数の低下量（ΔＮ１）は、ＥＧＲ弁の開弁開始時ｔ０時点における回転数と、ＥＧＲ弁を一定開放速度で開弁して最もエンジン回転数が低下したｔ１時点の回転数との差をいう。
また、閾値である一定値（ΔＥ）は、エンジン１００の始動安定性を考慮して適宜設定される。
前記ＥＧＲ弁減速回転数設定部５１の出力は、ＥＧＲ弁減速設定部５２に入力される。
【００２４】
次に、ＥＧＲ温度センサ３からのＥＧＲガスの温度の検出値は、ＥＧＲ弁減速温度設定部５３に入力される。
該ＥＧＲ弁減速温度設定部５３においては、エンジン１００が温まってなくＥＧＲガスの温度が予め設定された一定値よりも低いときには、前記のようなエンジン回転数によってＥＧＲ弁の開弁速度を低下させる制御を行うことによりエンジン回転数の大幅な低下を回避する。また、エンジンが温まってＥＧＲガスの温度が予め設定された一定温度以上の場合は、前記エンジン回転数によってＥＧＲ弁の開弁速度を低下させる制御を行うのを廃止して、通常のＥＧＲ弁の開閉による制御を行う。
かかるＥＧＲ弁減速温度設定部５３の出力は、ＥＧＲ弁減速設定部５２に入力される。
【００２５】
従って、ＥＧＲ弁減速設定部５２は、前記ＥＧＲ弁１の開弁期間中であって、ＥＧＲ弁減速温度設定部５３からＥＧＲガスの温度が予め設定された一定値よりも低いときに、前記のような、エンジン回転数の低下量（ΔＮ１）が、予め設定された一定値（ΔＥ）を超えるときは、Ｃ線のようにＥＧＲ弁開度をゆっくり開き、エンジン回転数の低下量（ΔＮ１）が前記一定値（ΔＥ）未満のときは、図３のＡ線のように、ＥＧＲ弁の開放速度を速め、エンジン回転数の低下量（ΔＮ１）が前記一定値（ΔＥ）と略同等のときには、図３のＢ線のように、ＥＧＲ弁の開放速度はそれまでの開放速度を維持する制御を行う。
そして、ＥＧＲガスの温度が予め設定された一定値よりも高いとき、つまりエンジンが温まってＥＧＲガスの温度が予め設定温度以上になった場合は、通常のＥＧＲ弁の開閉によって、すなわち、エンジン回転数の低下量に応じたＥＧＲ弁開度制御をすることなく、一定のＥＧＲ弁開度速度によって制御されて、ＮＯｘ低減を行うことができる。
かかる、演算結果により前記ＥＧＲ弁１は開閉される。
【００２６】
次に、ＥＧＲ弁１の開度制御の第２実施形態について説明する。
エンジン回転数の低下量（ΔＮ１）だけでなく、エンジン回転数の低下率（ΔＮ１／Δｔ）も加味した選定をする。
図４に示すように、まず、ステップＳ１０で、エンジン回転数の低下量が一定値（ΔＥ）を超えるか否かを判定して、超えていれば、次にエンジン回転数の低下率（ΔＮ１／Δｔ）の大きさに応じて図３のＡ線、Ｂ線、Ｃ線による制御をし、超えていなければ、すなわち、一定値（ΔＥ）以下であれば、ステップＳ１１に進んで、第１実施形態のようにＥＧＲ弁開度速度をＡ線に沿って開放速度を速める。
【００２７】
ステップＳ１２でエンジン回転数の低下率（ΔＮ１／Δｔ）が一定の基準値（Ｙ）を超える場合には、ステップＳ１３のように図３のＣ線のように、ＥＧＲ弁の開度をゆっくり開く。
ステップＳ１６で、エンジン回転数の低下率（ΔＮ１／Δｔ）が一定の基準値（Ｙ）未満の場合には、ステップＳ１７に進んで図３のＡ線のように、ＥＧＲ弁開度を速める。
また、ステップＳ１４で、エンジン回転数の低下率（ΔＮ１／Δｔ）が略一定の基準値（Ｙ）と等しい場合には、ステップＳ１５に進んで図３のＢ線のように、ＥＧＲ弁の開放速度はそれまでの基準開放速度を維持する制御を行う。
【００２８】
以上第１実施形態によれば、エンジン回転数の低下量が大きいときは、ＥＧＲ弁開度をゆっくり開くことによって、ＥＧＲ弁１を通って吸気ポート１０３に還流するＥＧＲガスの流量の増加が緩慢になって新気のガス量が相対的に多くなることにより、エンジンの回転数の上昇が早くなる。
一方、エンジン回転数の低下量が小さいときは、ＥＧＲ弁開弁速度を速めることによって、ＥＧＲ弁を通って吸気ポートに還流するＥＧＲガスの流量の増加が増加し、新気のガス量が相対的に少なくなることにより、エンジンの回転数の上昇が緩慢になる。
【００２９】
また、第２実施形態によれば、エンジン回転数の低下量が大きくても、低下率が小さければ、エンジン回転数の変動への影響が少なく、直線ＡのようにＥＧＲ弁１の開弁速度を速めて、ＥＧＲ弁を通って吸気ポートに還流するＥＧＲガスを増加してＮＯｘ低減効果を優先する。
一方、エンジン回転数の低下量が大きく、低下率も大きい場合には、エンジン回転変動の影響をＮＯｘ低減効果より優先して、直線ＣのようにＥＧＲ弁１の開弁速度をゆっくり開くことによって、ＥＧＲ弁を通って吸気ポートに還流するＥＧＲガスの増加を緩慢にしてエンジンの回転数の上昇を早めてエンジン回転数を安定化させる。
このように、第２実施形態によれば、エンジン回転数の低下率を制御要素に加えることによって、エンジン回転数の変動低減と、ＥＧＲガス流量の増加によるＮＯｘ低減効果とをより効果的に達成できる。
【００３０】
これにより、エンジン回転数の検出値によってＥＧＲ弁１の開度を適正に保持するので、ＥＧＲ弁１の開度によってＮＯｘ低減を行うとともに、エンジン回転数の大幅な低下を回避して、エンジン始動後のエンジン回転数の調整時にエンジン回転数が整定し、エンジンの始動性が向上し、始動時の回転数の変動、始動時燃費の悪化等の不具合を確実に回避できる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明によれば、ＥＧＲ制御装置を備えた４サイクルガスエンジンにおいて、エンジン回転数の整定時における大幅な回転数の低下の発生を回避して、エンジンの始動性を向上する４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る４サイクルガスエンジンの全体構成図である。
【図２】前記実施形態に係る４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置の制御ブロック図である。
【図３】前記実施形態に係るＥＧＲ開度線図である。
【図４】ＥＧＲ弁の開度制御の第２実施形態を示す制御フローチャートである。
【図５】従来技術における変化線図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ ＥＧＲ弁
２ 回転数検出器
３ ＥＧＲ温度センサ（エンジン暖機状態検出部）
４ 排ガス熱交換器
５ ＥＧＲ弁制御装置
７ ＥＧＲ管
１００ エンジン
１０１ 燃焼室
１０２ ピストン
１０３ 吸気ポート
１０４ 吸気弁
１０５ 排気ポート
１０６ 排気弁
１０７ 着火装置
１０９ ガス量調整弁
１１０ ガスミキサー
１１１ 燃料ガス管
１１２ クランク軸
１１５ スロットル弁
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンの排気通路からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気ポートに還流するＥＧＲガス通路と、該ＥＧＲガス通路の通路面積を制御するＥＧＲ弁とを備えた４サイクルガスエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスエンジンは、一般に燃料ガスと空気とを予混合して燃焼室に送り込み、着火装置により発生した着火火炎によって着火燃焼せしめるようにして、希薄混合気燃焼を行っているため、エンジンの始動時には予混合された混合気をスロットル弁によって適正流量になるように制御している。
即ち、図１はかかる４サイクルガスエンジンの作動説明図であり、図１によりガスエンジンの要部について説明すると、符号１００で示されるエンジン（ガスエンジン）は４サイクルガスエンジンであり、シリンダ１０２ａ内に往復摺動自在に嵌合されたピストン１０２、該ピストン１０２の往復動を回転に変換するクランク軸１１２、前記ピストン１０２の上面とシリンダ１０２ａの内面との間に区画形成される燃焼室１０１、該燃焼室１０１に接続される吸気ポート１０３、該吸気ポート１０３を開閉する吸気弁１０４、該燃焼室１０１に接続される排気ポート１０５、該排気ポート１０５を開閉する排気弁１０６等によって構成される。
【０００３】
前記吸気ポート１０３の途中にはガスミキサー１１０及びスロットル弁１１５が設置され、燃料ガス管１１１からガス量調整弁１０９を通して供給された燃料ガスと空気とを該ガスミキサー１１０で予混合する。
そして、この予混合気は前記スロットル弁１１５の開度制御によって流量を調整されて、前記吸気弁１０４の開弁によって前記燃焼室１０１に供給される。
符号１０７で示される着火装置は、この例では燃焼室１０１内の予混合気に火花点火を行う点火プラグで構成されている。
そして、かかるガスエンジンは、ＥＧＲ制御装置を備えており、排気ポート１０５からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気ポート１０３に還流するＥＧＲ管７と、該ＥＧＲ管７の通路面積を制御するＥＧＲ弁１とを備え、ＥＧＲ弁１の開度制御によりエンジンの運転制御を行っている。
【０００４】
尚、排気ポートからの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気ポートに還流するＥＧＲ管と、該ＥＧＲ管の通路面積を制御するＥＧＲ弁とを備え、ＥＧＲ弁の開度制御によりエンジンの運転制御を行うＥＧＲ制御装置を備えたエンジンが、特許文献１（特開平８−１００６８９号公報）にて示されている。
【０００５】
【特許文献１】特開平８−１００６８９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記従来技術には次のような解決すべき問題点がある。
即ち、前記４サイクルガスエンジンは、燃料ガスと空気とを予混合して燃焼室に送り込み、着火装置により発生した着火火炎によって、着火燃焼せしめるようにして希薄混合気燃焼を行っているため、始動時におけるエンジン回転数の変動が大きくなる傾向にある。
【０００７】
図５は図１に示されるようなＥＧＲ制御装置を備えた４サイクルガスエンジンの、エンジン始動後におけるエンジン回転数の変化を示す。図５に示すように、エンジン始動後に、エンジン回転数が上昇するが、始動時にはエンジンが温まっていないこと等によって、エンジン回転数が目標値に整定しにくい（回転数変動ΔＮ）。
これに伴い、かかる従来技術においては、エンジン始動後のエンジン回転数の整定時に、排ガス浄化手段としてのＥＧＲ（排ガス再循環）ガスが投入されると、エンジン回転数が整定せずに、目標回転数から大幅に回転数の低下ΔＮ１が発生しやすい。
このため、エンジンの始動性が低下し、始動時の回転数の変動、始動時燃費の悪化等の不具合を引き起こす。
【０００８】
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ＥＧＲ制御装置を備えた４サイクルガスエンジンにおいて、エンジン回転数の整定時における大幅な回転数の低下の発生を回避して、エンジンの始動性を向上する４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御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】
【０００９】
本発明はかかる目的を達成するもので、エンジンの排気通路からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気ポートに還流するＥＧＲガス通路と、該ＥＧＲガス通路の通路面積を制御するＥＧＲ弁とを備えた４サイクルガスエンジンにおいて、前記エンジンの回転数を検出する回転数検出器と、前記回転数検出器からのエンジン回転数の検出値が入力されるＥＧＲ弁制御装置とを備え、該ＥＧＲ弁制御装置は、前記ＥＧＲ弁の開弁期間中であって前記エンジン回転数の低下量が一定値を超えたとき前記ＥＧＲ弁の開弁速度を低下させてエンジン回転数の低下を抑制することを特徴とする（請求項１）。
また、かかる発明において、好ましくは、前記ＥＧＲ弁制御装置は、前記ＥＧＲ弁の開弁期間中であって前記エンジン回転数の低下量が前記一定値以内にあるときは、前記ＥＧＲ弁の開弁速度を一定速度以上に保持してエンジン回転数を一定速度に維持する（請求項２）。
【００１０】
また、本発明は、前記ガスエンジンの暖機状態を検出するエンジン暖機状態検出部を備え、該エンジン暖機状態検出部で暖機中を検出したとき、前記ＥＧＲ弁の開弁速度を低下させてエンジン回転数の低下を抑制することを特徴とする（請求項３）。また、好ましくは、前記暖機状態検出部が前記ＥＧＲガスのガス温度検出部であるとよい（請求項４）。
【発明の効果】
【００１１】
回転数検出器からのエンジン回転数の検出値が入力されるＥＧＲ弁制御装置を備え、該ＥＧＲ弁制御装置は、ＥＧＲ弁の開弁期間中であって、エンジン回転数の低下量が一定値を超えたときＥＧＲ弁の開弁速度を低下させてエンジン回転数の低下を抑制するともに、
また、ＥＧＲ弁制御装置は、前記ＥＧＲ弁の開弁期間中であってエンジン回転数の低下量が前記一定値以内にあるときは、ＥＧＲ弁の開弁速度を一定速度以上に保持してエンジン回転数を一定速度に維持するので（請求項１，２）、
エンジン回転数の減速回転数設定部に、時間とＥＧＲ弁開度の関係を複数通り設定しておき（図３のように）、エンジン回転数の低下量を検出してエンジン回転数の低下量が大きいときは、ＥＧＲ弁開度をゆっくり開き（図３のＣ線のように）、エンジン回転数の低下量が小さいときはＥＧＲ弁の開放速度を速めて（図３のＡ線のように）開く。
【００１２】
従って、かかる発明によれば、エンジン回転数の低下量が大きいときは、ＥＧＲ弁開度をゆっくり開くことによって、ＥＧＲ弁を通って吸気ポートに還流するＥＧＲガスの流量の増加が緩慢になって、新気のガス量が相対的に多くなることにより、エンジンの回転数の上昇が早くなる。
一方、エンジン回転数の低下量が小さいときは、ＥＧＲ弁の開弁速度を速めることによって、ＥＧＲ弁を通って吸気ポートに還流するＥＧＲガスの流量の増加し、相対的に新気のガス量が少なくなることにより、エンジンの回転数の上昇が緩慢になる。
【００１３】
これにより、エンジン回転数の検出値によってＥＧＲ弁の開度を適正に保持するので、ＥＧＲ弁の開度によってＮＯｘ低減を行うとともに、エンジン回転数の大幅な低下を回避して、エンジン始動後のエンジン回転数の調整時にエンジン回転数が整定し、エンジンの始動性が向上し、始動時の回転数の変動、始動時燃費の悪化等の不具合を確実に回避できる。
【００１４】
また、本発明は、ＥＧＲガスの温度を検出してＥＧＲ弁制御装置に入力するＥＧＲ温度センサを設け、ＥＧＲ弁制御装置は、ＥＧＲガスの温度が予め設定された一定値よりも低いとき、ＥＧＲ弁の開弁速度を低下させるので（請求項３）、
エンジンが温まってなくＥＧＲガスの温度が予め設定された一定値よりも低いときに、前記のようにエンジン回転数によってＥＧＲ弁の開弁速度を低下させる制御を行うことより、エンジン回転数の大幅な低下を回避する一方、エンジンが温まってＥＧＲガスの温度が予め設定温度以上の場合は、通常のＥＧＲ弁の開閉によって、正常なＮＯｘ低減を行うことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００１６】
図１は、本発明の第１実施形態に係る４サイクルガスエンジンの全体構成図である。
図１において、符号１００で示されるエンジン（ガスエンジン）は４サイクルガスエンジンであり、シリンダ１０２ａ内に往復摺動自在に嵌合されたピストン１０２、該ピストン１０２の往復動を回転に変換するクランク軸１１２、前記ピストン１０２の上面とシリンダ１０２ａの内面との間に区画形成される燃焼室１０１、該燃焼室１０１に接続される吸気ポート１０３、該吸気ポート１０３を開閉する吸気弁１０４、該燃焼室１０１に接続される排気ポート１０５、該排気ポート１０５を開閉する排気弁１０６等によって構成される。
【００１７】
前記吸気ポート１０３の途中にはガスミキサー１１０及びスロットル弁１１５が設置され、燃料ガス管１１１からガス量調整弁１０９を通して供給された燃料ガスと空気とを該ガスミキサー１１０で予混合する。
そして、この予混合気は前記スロットル弁１１５の開度制御によって流量を調整されて、前記吸気弁１０４の開弁によって前記燃焼室１０１に供給される。
符号１０７で示される着火装置は、この例では燃焼室１０１内の予混合気に火花点火を行う点火プラグで構成されている。
そして、かかるガスエンジンは、ＥＧＲ制御装置を備えており、排気ポート１０５からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気ポート１０３に還流するＥＧＲ管７と、該ＥＧＲ管７の通路面積を制御するＥＧＲ弁１とを備え、ＥＧＲ弁１の開度制御によりエンジンの運転制御を行っている。
【００１８】
４は排気ポート１０５からの排気ガスと水とを熱交換する排ガス熱交換器である。６は前記排ガス熱交換器４にて発生した湯または蒸気により、湯を発生する給湯器である。８は前記排ガス熱交換器４と通過した後の排気ガスが通過する排気通路である。
【００１９】
以上の構成は、公知の給湯器を備えたガスエンジンと同様である。本発明はかかる４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置に関するものである。
【００２０】
エンジン１００の回転数を検出する回転数検出器２、及びＥＧＲガスの温度を検出するＥＧＲ温度センサ３（エンジン暖機状態検出部）を備え、前記回転数検出器２からのエンジンの回転数の検出値、及びＥＧＲ温度センサ３からのＥＧＲガスの温度の検出値は、ＥＧＲ弁制御装置５に入力される。
エンジンの暖機状態を検出するエンジン暖機状態検出部としてＥＧＲ温度センサ３を説明したが、排ガスの温度を検出する排ガス温度センサ、または、エンジン冷却水の温度を検出する冷却水温度センサ、または、エンジンオイルの温度を検出するエンジンオイル温度センサを設置しても良いことは勿論である。
【００２１】
次に、図２を参照して前記ＥＧＲ弁制御装置５の作用を説明する。図２は前記本発明にかかる４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置の制御ブロック図である。
回転数検出器２からのエンジン１００の回転数の検出値は、ＥＧＲ制御装置５のＥＧＲ弁減速回転数設定部５１に入力される。
ＥＧＲ弁減速回転数設定部５１においては、前記ＥＧＲ弁１の開弁期間中であって、前記回転数検出器２からのエンジン回転数の検出値が入力される。
該ＥＧＲ弁減速回転数設定部５１には、図３に示すように、時間とＥＧＲ弁開度の関係を複数通り設定しておく。ｔ０時点でＥＧＲ弁１の開弁が開始し（Ｅ０＝０）、ｔ１時点でＥＧＲ投入後最も回転数が低下し、そのときのＥＧＲ弁１の開度がＥ１である。そしてＥＧＲ弁１はその後Ａ線、Ｂ線、Ｃ線の複数のＥＧＲ弁開放速度のいずれかに沿って最終的に開度Ｅ２に達する。
【００２２】
次に、このＥＧＲ弁１の開度制御について説明する。
図５の前記エンジン回転数の低下量（ΔＮ１）が、予め設定された一定値（ΔＥ）を超えるとき（ΔＮ１＞ΔＥ）は、図３のＣ線のように、ＥＧＲ弁開度をゆっくり開く。
また、エンジン回転数の低下量が前記一定値未満（ΔＮ１＜ΔＥ）のときは、図３のＡ線のように、ＥＧＲ弁の開放速度を速める。
また、エンジン回転数の低下量が略前記一定値（ΔＮ１＝ΔＥ）のときは、図３のＢ線のように、ＥＧＲ弁の開放速度は現状の基準開放速度を維持する。
【００２３】
なお、エンジン回転数の低下量（ΔＮ１）は、ＥＧＲ弁の開弁開始時ｔ０時点における回転数と、ＥＧＲ弁を一定開放速度で開弁して最もエンジン回転数が低下したｔ１時点の回転数との差をいう。
また、閾値である一定値（ΔＥ）は、エンジン１００の始動安定性を考慮して適宜設定される。
前記ＥＧＲ弁減速回転数設定部５１の出力は、ＥＧＲ弁減速設定部５２に入力される。
【００２４】
次に、ＥＧＲ温度センサ３からのＥＧＲガスの温度の検出値は、ＥＧＲ弁減速温度設定部５３に入力される。
該ＥＧＲ弁減速温度設定部５３においては、エンジン１００が温まってなくＥＧＲガスの温度が予め設定された一定値よりも低いときには、前記のようなエンジン回転数によってＥＧＲ弁の開弁速度を低下させる制御を行うことによりエンジン回転数の大幅な低下を回避する。また、エンジンが温まってＥＧＲガスの温度が予め設定された一定温度以上の場合は、前記エンジン回転数によってＥＧＲ弁の開弁速度を低下させる制御を行うのを廃止して、通常のＥＧＲ弁の開閉による制御を行う。
かかるＥＧＲ弁減速温度設定部５３の出力は、ＥＧＲ弁減速設定部５２に入力される。
【００２５】
従って、ＥＧＲ弁減速設定部５２は、前記ＥＧＲ弁１の開弁期間中であって、ＥＧＲ弁減速温度設定部５３からＥＧＲガスの温度が予め設定された一定値よりも低いときに、前記のような、エンジン回転数の低下量（ΔＮ１）が、予め設定された一定値（ΔＥ）を超えるときは、Ｃ線のようにＥＧＲ弁開度をゆっくり開き、エンジン回転数の低下量（ΔＮ１）が前記一定値（ΔＥ）未満のときは、図３のＡ線のように、ＥＧＲ弁の開放速度を速め、エンジン回転数の低下量（ΔＮ１）が前記一定値（ΔＥ）と略同等のときには、図３のＢ線のように、ＥＧＲ弁の開放速度はそれまでの開放速度を維持する制御を行う。
そして、ＥＧＲガスの温度が予め設定された一定値よりも高いとき、つまりエンジンが温まってＥＧＲガスの温度が予め設定温度以上になった場合は、通常のＥＧＲ弁の開閉によって、すなわち、エンジン回転数の低下量に応じたＥＧＲ弁開度制御をすることなく、一定のＥＧＲ弁開度速度によって制御されて、ＮＯｘ低減を行うことができる。
かかる、演算結果により前記ＥＧＲ弁１は開閉される。
【００２６】
次に、ＥＧＲ弁１の開度制御の第２実施形態について説明する。
エンジン回転数の低下量（ΔＮ１）だけでなく、エンジン回転数の低下率（ΔＮ１／Δｔ）も加味した選定をする。
図４に示すように、まず、ステップＳ１０で、エンジン回転数の低下量が一定値（ΔＥ）を超えるか否かを判定して、超えていれば、次にエンジン回転数の低下率（ΔＮ１／Δｔ）の大きさに応じて図３のＡ線、Ｂ線、Ｃ線による制御をし、超えていなければ、すなわち、一定値（ΔＥ）以下であれば、ステップＳ１１に進んで、第１実施形態のようにＥＧＲ弁開度速度をＡ線に沿って開放速度を速める。
【００２７】
ステップＳ１２でエンジン回転数の低下率（ΔＮ１／Δｔ）が一定の基準値（Ｙ）を超える場合には、ステップＳ１３のように図３のＣ線のように、ＥＧＲ弁の開度をゆっくり開く。
ステップＳ１６で、エンジン回転数の低下率（ΔＮ１／Δｔ）が一定の基準値（Ｙ）未満の場合には、ステップＳ１７に進んで図３のＡ線のように、ＥＧＲ弁開度を速める。
また、ステップＳ１４で、エンジン回転数の低下率（ΔＮ１／Δｔ）が略一定の基準値（Ｙ）と等しい場合には、ステップＳ１５に進んで図３のＢ線のように、ＥＧＲ弁の開放速度はそれまでの基準開放速度を維持する制御を行う。
【００２８】
以上第１実施形態によれば、エンジン回転数の低下量が大きいときは、ＥＧＲ弁開度をゆっくり開くことによって、ＥＧＲ弁１を通って吸気ポート１０３に還流するＥＧＲガスの流量の増加が緩慢になって新気のガス量が相対的に多くなることにより、エンジンの回転数の上昇が早くなる。
一方、エンジン回転数の低下量が小さいときは、ＥＧＲ弁開弁速度を速めることによって、ＥＧＲ弁を通って吸気ポートに還流するＥＧＲガスの流量の増加が増加し、新気のガス量が相対的に少なくなることにより、エンジンの回転数の上昇が緩慢になる。
【００２９】
また、第２実施形態によれば、エンジン回転数の低下量が大きくても、低下率が小さければ、エンジン回転数の変動への影響が少なく、直線ＡのようにＥＧＲ弁１の開弁速度を速めて、ＥＧＲ弁を通って吸気ポートに還流するＥＧＲガスを増加してＮＯｘ低減効果を優先する。
一方、エンジン回転数の低下量が大きく、低下率も大きい場合には、エンジン回転変動の影響をＮＯｘ低減効果より優先して、直線ＣのようにＥＧＲ弁１の開弁速度をゆっくり開くことによって、ＥＧＲ弁を通って吸気ポートに還流するＥＧＲガスの増加を緩慢にしてエンジンの回転数の上昇を早めてエンジン回転数を安定化させる。
このように、第２実施形態によれば、エンジン回転数の低下率を制御要素に加えることによって、エンジン回転数の変動低減と、ＥＧＲガス流量の増加によるＮＯｘ低減効果とをより効果的に達成できる。
【００３０】
これにより、エンジン回転数の検出値によってＥＧＲ弁１の開度を適正に保持するので、ＥＧＲ弁１の開度によってＮＯｘ低減を行うとともに、エンジン回転数の大幅な低下を回避して、エンジン始動後のエンジン回転数の調整時にエンジン回転数が整定し、エンジンの始動性が向上し、始動時の回転数の変動、始動時燃費の悪化等の不具合を確実に回避できる。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明によれば、ＥＧＲ制御装置を備えた４サイクルガスエンジンにおいて、エンジン回転数の整定時における大幅な回転数の低下の発生を回避して、エンジンの始動性を向上する４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】本発明の第１実施形態に係る４サイクルガスエンジンの全体構成図である。
【図２】前記実施形態に係る４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置の制御ブロック図である。
【図３】前記実施形態に係るＥＧＲ開度線図である。
【図４】ＥＧＲ弁の開度制御の第２実施形態を示す制御フローチャートである。
【図５】従来技術における変化線図である。
【符号の説明】
【００３３】
１ ＥＧＲ弁
２ 回転数検出器
３ ＥＧＲ温度センサ（エンジン暖機状態検出部）
４ 排ガス熱交換器
５ ＥＧＲ弁制御装置
７ ＥＧＲ管
１００ エンジン
１０１ 燃焼室
１０２ ピストン
１０３ 吸気ポート
１０４ 吸気弁
１０５ 排気ポート
１０６ 排気弁
１０７ 着火装置
１０９ ガス量調整弁
１１０ ガスミキサー
１１１ 燃料ガス管
１１２ クランク軸
１１５ スロットル弁
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの排気通路からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気ポートに還流するＥＧＲガス通路と、該ＥＧＲガス通路の通路面積を制御するＥＧＲ弁とを備えた４サイクルガスエンジンにおいて、
前記エンジンの回転数を検出する回転数検出器と、前記回転数検出器からのエンジン回転数の検出値が入力されるＥＧＲ弁制御装置とを備え、該ＥＧＲ弁制御装置は、前記ＥＧＲ弁の開弁期間中であって前記エンジン回転数の低下量が一定値を超えたとき前記ＥＧＲ弁の開弁速度を低下させてエンジン回転数の低下を抑制することを特徴とする４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ弁制御装置は、前記ＥＧＲ弁の開弁期間中であって前記エンジン回転数の低下量が前記一定値以内にあるときは、前記ＥＧＲ弁の開弁速度を一定速度以上に保持してエンジン回転数を一定速度に維持することを特徴とする請求項１記載の４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置。
【請求項３】
前記ガスエンジンの暖機状態を検出するエンジン暖機状態検出部を備え、該エンジン暖機状態検出部で暖機中を検出したとき、前記ＥＧＲ弁の開弁速度を低下させてエンジン回転数の低下を抑制することを特徴とする請求項１記載の４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置。
【請求項４】
前記暖機状態検出部が前記ＥＧＲガスのガス温度検出部であることを特徴とする請求項３記載の４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置。
【請求項１】
エンジンの排気通路からの排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気ポートに還流するＥＧＲガス通路と、該ＥＧＲガス通路の通路面積を制御するＥＧＲ弁とを備えた４サイクルガスエンジンにおいて、
前記エンジンの回転数を検出する回転数検出器と、前記回転数検出器からのエンジン回転数の検出値が入力されるＥＧＲ弁制御装置とを備え、該ＥＧＲ弁制御装置は、前記ＥＧＲ弁の開弁期間中であって前記エンジン回転数の低下量が一定値を超えたとき前記ＥＧＲ弁の開弁速度を低下させてエンジン回転数の低下を抑制することを特徴とする４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置。
【請求項２】
前記ＥＧＲ弁制御装置は、前記ＥＧＲ弁の開弁期間中であって前記エンジン回転数の低下量が前記一定値以内にあるときは、前記ＥＧＲ弁の開弁速度を一定速度以上に保持してエンジン回転数を一定速度に維持することを特徴とする請求項１記載の４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置。
【請求項３】
前記ガスエンジンの暖機状態を検出するエンジン暖機状態検出部を備え、該エンジン暖機状態検出部で暖機中を検出したとき、前記ＥＧＲ弁の開弁速度を低下させてエンジン回転数の低下を抑制することを特徴とする請求項１記載の４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置。
【請求項４】
前記暖機状態検出部が前記ＥＧＲガスのガス温度検出部であることを特徴とする請求項３記載の４サイクルガスエンジンのＥＧＲ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【公開番号】特開２００９−２７０４５４（Ｐ２００９−２７０４５４Ａ）
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−１２００７５（Ｐ２００８−１２００７５）
【出願日】平成２０年５月２日（２００８．５．２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１１月１９日（２００９．１１．１９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年５月２日（２００８．５．２）
【出願人】（０００００６２０８）三菱重工業株式会社 (10,378)
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【Ｆターム（参考）】
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