JP7764359B2 - gas engine - Google Patents
gas engineInfo
- Publication number
- JP7764359B2 JP7764359B2 JP2022211528A JP2022211528A JP7764359B2 JP 7764359 B2 JP7764359 B2 JP 7764359B2 JP 2022211528 A JP2022211528 A JP 2022211528A JP 2022211528 A JP2022211528 A JP 2022211528A JP 7764359 B2 JP7764359 B2 JP 7764359B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- fuel
- value
- air
- gas
- valve opening
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
- Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
- Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels
Landscapes
- Electrical Control Of Air Or Fuel Supplied To Internal-Combustion Engine (AREA)
- Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
Description
本発明は、気体燃料で作動するガスエンジンに関する。 The present invention relates to a gas engine that runs on gaseous fuel.
エンジンの排気ガスに関する規制が厳しくなる中、排気ガスに含まれるCO、HC、NOxを酸化還元反応により浄化する三元触媒を備えたガスエンジンがある。 As regulations regarding engine exhaust gas become stricter, there are gas engines equipped with three-way catalysts that purify the CO, HC, and NOx contained in exhaust gas through oxidation-reduction reactions.
例えば特許文献1には、三元触媒と、排気経路に設けられた酸素センサと、を備えたガスエンジンが開示されている。特許文献1に記載されたガスエンジンは、第一バルブと、第二バルブと、制御部と、を備えている。第一バルブについては、第二バルブよりも応答性が低く燃料流量調整幅が大きい。第二バルブについては、第一バルブよりも応答性が高く燃料流量調整幅が小さい。制御部は、ガスエンジンの運転状況が一定だとみなされる期間内における実際の運転時に、ガスエンジンの排気経路に設けられた酸素センサから得られる出力の平均値が、当該条件で制御部に設定されている酸素センサの出力目標値から外れている場合に、出力平均値が出力目標値となるように第一バルブの開度を調整する。これにより、特許文献1に記載された発明は、燃料ガスの組成変化に対応して空燃比制御を行うことができるガスエンジンを提供することを目的としている。 For example, Patent Document 1 discloses a gas engine equipped with a three-way catalyst and an oxygen sensor installed in the exhaust path. The gas engine described in Patent Document 1 is equipped with a first valve, a second valve, and a control unit. The first valve has lower responsiveness and a larger fuel flow rate adjustment range than the second valve. The second valve has higher responsiveness and a smaller fuel flow rate adjustment range than the first valve. If, during actual operation within a period in which the gas engine's operating conditions are considered constant, the average output obtained from the oxygen sensor installed in the gas engine's exhaust path deviates from the oxygen sensor's output target value set in the control unit under those conditions, the control unit adjusts the opening of the first valve so that the output average value becomes the output target value. The invention described in Patent Document 1 thus aims to provide a gas engine that can perform air-fuel ratio control in response to changes in the fuel gas composition.
ここで、三元触媒を備えたガスエンジンであって定格出力が56kW以上のオフロード用のガスエンジンについては、欧州第5次排ガス規制(EU StageVの56kW以上の排ガス規制)に関して更なる改善の余地がある。すなわち、欧州第5次排ガス規制の過渡試験モード(NRTC:Non-Road Transient Cycle)では、20分間のコールド運転と、20分間の運転停止と、20分間のホット運転と、がこの順に行われる。このような欧州第5次排ガス規制の過渡試験モードにおいて、ホット運転の始動直後から、気体燃料の供給量に関するフィードバック制御が開始されるまでの所定時間(例えば数十秒間)に実行されるオープンループ制御で排出されるNOxの量について改善の余地がある。 Here, for off-road gas engines equipped with a three-way catalyst and with a rated output of 56 kW or more, there is room for further improvement in compliance with the European Tier 5 exhaust gas regulations (EU Stage V exhaust gas regulations for vehicles 56 kW or more). Specifically, the transient test mode (NRTC: Non-Road Transient Cycle) of the European Tier 5 exhaust gas regulations involves 20 minutes of cold operation, a 20-minute shutdown, and 20 minutes of hot operation, in that order. In this transient test mode of the European Tier 5 exhaust gas regulations, there is room for improvement in the amount of NOx emitted during open-loop control, which is performed during the predetermined period (e.g., several tens of seconds) from immediately after the start of hot operation until feedback control of the gaseous fuel supply amount begins.
すなわち、欧州第5次排ガス規制の過渡試験モードでは、コールド運転におけるNOxの排出量の10%と、ホット運転におけるNOxの排出量の90%と、の合計値が、過渡試験モード全体のNOxの排出量になる。そのため、ホット運転におけるNOxの排出量の重みが、コールド運転におけるNOxの排出量の重みよりも重い。また、本発明者の得た知見によれば、ホット運転の始動直後のNOxの排出量が、過渡試験モード全体のNOxの排出量の大半を占める。そのため、欧州第5次排ガス規制の過渡試験モードにおいて、ホット運転の始動直後からフィードバック制御が開始されるまでの所定時間に実行されるオープンループ制御で排出されるNOxの量について改善の余地がある。 In other words, in the transient test mode of the EU Tier 5 exhaust gas regulations, the total NOx emissions in the transient test mode is the sum of 10% of the NOx emissions in cold operation and 90% of the NOx emissions in hot operation. Therefore, the weight of NOx emissions in hot operation is heavier than the weight of NOx emissions in cold operation. Furthermore, according to the inventor's findings, the NOx emissions immediately after the start of hot operation account for the majority of the NOx emissions in the entire transient test mode. Therefore, in the transient test mode of the EU Tier 5 exhaust gas regulations, there is room for improvement in the amount of NOx emitted by open-loop control, which is executed during the predetermined time from immediately after the start of hot operation until feedback control begins.
また、インジェクタにより気体燃料を例えば吸気ポートに噴射するガスエンジンと比較すると、気体燃料と空気とを予め混合させて混合気を生成するガスエンジンは、粒子状物質(PM:Particulate Matter)の発生を抑えることができる一方で、混合気の空燃比の制御が困難になる場合がある。 Furthermore, compared to gas engines that use an injector to inject gaseous fuel into, for example, an intake port, gas engines that pre-mix gaseous fuel with air to create an air-fuel mixture can reduce the generation of particulate matter (PM), but can make it difficult to control the air-fuel ratio of the mixture.
本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、気体燃料と空気とを予め混合させた混合気を火花点火燃焼させて作動するガスエンジンの欧州第5次排ガス規制に関する過渡試験モードにおいて、NOxの排出量を抑えることができるガスエンジンを提供することを目的とする。 The present invention was made in consideration of the above circumstances, and aims to provide a gas engine that can reduce NOx emissions in a transient test mode related to the European Tier 5 exhaust gas regulations for gas engines that operate by spark-igniting and burning a pre-mixed mixture of gaseous fuel and air.
本発明の第1態様は、気体燃料と空気とを予め混合させた混合気を気筒で火花点火燃焼させて作動するガスエンジンであって、弁開度に応じて前記気体燃料の圧力を調整することにより前記気体燃料の供給量を制御する燃料ガス供給弁と、前記燃料ガス供給弁を通過した前記気体燃料と吸入される前記空気とを互いに混合させて前記混合気を生成するガスミキサと、吸気系に設けられ開閉することにより前記混合気の量を制御するスロットルバルブと、排気系に設けられ前記気筒から排出された排気ガスを浄化する三元触媒と、前記気筒と前記三元触媒との間の前記排気系に設けられ前記排気ガスの酸素濃度を測定する酸素センサと、エンジン回転数と吸気圧との関係に基づいて前記弁開度の制御を実行するとともに前記酸素センサにより測定された前記酸素濃度に基づいて前記混合気の空燃比が目標の前記空燃比になる前記弁開度の操作値を演算し燃料学習値として記憶して前記弁開度のフィードバック制御を実行する制御部と、を備え、前記制御部は、欧州第5次排ガス規制に関する過渡試験モードのコールド運転および運転停止が完了しホット運転が始動した直後のオープンループ制御において、記憶された前記燃料学習値に補正値を加算した値に基づいて前記弁開度の制御を実行することを特徴とするガスエンジンである。 A first aspect of the present invention is a gas engine that operates by spark-igniting and burning a premixed mixture of gaseous fuel and air in a cylinder, and includes a fuel gas supply valve that controls the amount of gaseous fuel supplied by adjusting the pressure of the gaseous fuel according to the valve opening, a gas mixer that mixes the gaseous fuel that has passed through the fuel gas supply valve with the intake air to generate the mixture, a throttle valve that is provided in the intake system and opens and closes to control the amount of the mixture, a three-way catalyst that is provided in the exhaust system and purifies exhaust gas discharged from the cylinder, and a gas mixer that is provided in the exhaust system between the cylinder and the three-way catalyst and measures the oxygen concentration of the exhaust gas. and a control unit that controls the valve opening based on the relationship between engine speed and intake pressure, calculates an operating value for the valve opening that will bring the air-fuel ratio of the mixture to a target air-fuel ratio based on the oxygen concentration measured by the oxygen sensor, stores the operating value as a fuel learning value, and performs feedback control of the valve opening. The control unit controls the valve opening based on a value obtained by adding a correction value to the stored fuel learning value during open-loop control immediately after cold operation and shutdown in a transient test mode related to the European Tier 5 exhaust gas regulations are completed and hot operation is started.
本発明の第1態様によれば、制御部は、エンジン回転数と吸気圧との関係に基づいて燃料ガス供給弁の弁開度の制御を実行する。エンジン回転数と吸気圧との関係は、例えばエンジン回転数に対する気体燃料の供給量を設定する基本マップとして記憶部に予め記憶されている。また、制御部は、酸素センサにより測定された酸素濃度に基づいて混合気の空燃比が目標の空燃比(すなわち理論空燃比)になる燃料ガス供給弁の弁開度の操作値を演算し燃料学習値として記憶する。そして、制御部は、酸素センサにより測定された酸素濃度に基づいて演算した燃料ガス供給弁の弁開度の操作値(すなわち燃料学習値)により燃料ガス供給弁の弁開度のフィードバック制御を実行する。さらに、制御部は、欧州第5次排ガス規制に関する過渡試験モードのコールド運転および運転停止が完了し、ホット運転が始動した直後のオープンループ制御において、記憶された燃料学習値に補正値を加算した値に基づいて燃料ガス供給弁の弁開度の制御を実行する。これにより、欧州第5次排ガス規制の過渡試験モードにおいて、ホット運転の始動直後におけるNOxの排出量を抑えることができる。ホット運転におけるNOxの排出量の重みがコールド運転におけるNOxの排出量の重みよりも重く、また、ホット運転の始動直後のNOxの排出量が過渡試験モード全体のNOxの排出量の大半を占めるため、ホット運転の始動直後におけるNOxの排出量を抑えることで、欧州第5次排ガス規制に関する過渡試験モードの全体におけるNOxの排出量を抑えることができる。 According to a first aspect of the present invention, the control unit controls the valve opening of the fuel gas supply valve based on the relationship between engine speed and intake pressure. The relationship between engine speed and intake pressure is pre-stored in the memory unit, for example, as a basic map that sets the amount of gaseous fuel supplied relative to the engine speed. The control unit also calculates an operating value for the valve opening of the fuel gas supply valve that will result in the air-fuel ratio of the mixture becoming a target air-fuel ratio (i.e., the stoichiometric air-fuel ratio) based on the oxygen concentration measured by the oxygen sensor, and stores this value as a fuel learning value. The control unit then performs feedback control of the valve opening of the fuel gas supply valve using the operating value for the valve opening of the fuel gas supply valve (i.e., the fuel learning value) calculated based on the oxygen concentration measured by the oxygen sensor. Furthermore, during open-loop control immediately after the cold operation and shutdown of the transient test mode for the EU Tier 5 exhaust gas regulations are completed and hot operation is started, the control unit controls the valve opening of the fuel gas supply valve based on a value obtained by adding a correction value to the stored fuel learning value. This makes it possible to reduce NOx emissions immediately after starting hot operation in the transient test mode of the EU Tier 5 exhaust gas regulations. Since the weight of NOx emissions during hot operation is greater than the weight of NOx emissions during cold operation, and NOx emissions immediately after starting hot operation account for the majority of NOx emissions throughout the entire transient test mode, reducing NOx emissions immediately after starting hot operation makes it possible to reduce NOx emissions throughout the entire transient test mode of the EU Tier 5 exhaust gas regulations.
本発明の第2態様は、本発明の第1態様において、前記制御部は、前記補正値を前記燃料学習値よりもリッチ側に設定することを特徴とするガスエンジンである。 A second aspect of the present invention is a gas engine according to the first aspect of the present invention, characterized in that the control unit sets the correction value to a richer side than the fuel learning value.
本発明の第2態様によれば、制御部が燃料学習値に加算する補正値を燃料学習値よりもリッチ側に設定するため、ホット運転の始動直後における混合気の空燃比は、よりリッチになる。これにより、ホット運転の始動直後におけるNOxの排出量をより一層確実に抑えることができる。 According to the second aspect of the present invention, the control unit sets the correction value to be added to the fuel learning value richer than the fuel learning value, so the air-fuel ratio of the mixture immediately after starting hot operation becomes richer. This makes it possible to more reliably reduce NOx emissions immediately after starting hot operation.
本発明の第3態様は、本発明の第1または2態様において、前記制御部は、前記ホット運転が始動してから所定時間が経過するまで前記補正値を一定に維持し、前記所定時間が経過した後に前記補正値を段階的に減少させる制御を実行するガスエンジンである。 A third aspect of the present invention is a gas engine according to the first or second aspect of the present invention, wherein the control unit maintains the correction value constant until a predetermined time has elapsed since the hot operation started, and then executes control to gradually decrease the correction value after the predetermined time has elapsed.
本発明の第3態様によれば、ホット運転の始動直後に実行されるオープンループ制御から、ホット運転が始動してから所定時間後に実行されるフィードバック制御へ円滑に遷移することができる。 The third aspect of the present invention allows for a smooth transition from open-loop control, which is executed immediately after hot operation starts, to feedback control, which is executed a predetermined time after hot operation starts.
本発明の第4態様は、本発明の第1~3態様のいずれか1つの態様において、前記制御部は、前記気体燃料の成分比率に応じて前記補正値を設定することを特徴とするガスエンジンである。 A fourth aspect of the present invention is a gas engine according to any one of the first to third aspects of the present invention, characterized in that the control unit sets the correction value according to the component ratio of the gaseous fuel.
本発明の第4態様によれば、制御部は、気体燃料の成分比率に応じて燃料学習値に加算する補正値を設定するため、気体燃料の性状に因らずホット運転の始動直後におけるNOxの排出量を抑えることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the control unit sets a correction value to be added to the fuel learning value according to the component ratio of the gaseous fuel, thereby reducing NOx emissions immediately after starting hot operation regardless of the properties of the gaseous fuel.
本発明の第5態様は、本発明の第1~4態様のいずれか1つの態様において、前記制御部は、前記排気ガスに含まれるCOが所定値以下となる範囲で前記補正値を設定することを特徴とするガスエンジンである。 A fifth aspect of the present invention is a gas engine according to any one of the first to fourth aspects of the present invention, characterized in that the control unit sets the correction value within a range in which the CO contained in the exhaust gas is equal to or less than a predetermined value.
本発明の第5態様によれば、ホット運転の始動直後におけるNOxの排出量を抑えつつ、ホット運転の始動直後におけるCOの排出量を抑えることができる。 According to the fifth aspect of the present invention, it is possible to reduce the amount of NOx emissions immediately after the start of hot operation while also reducing the amount of CO emissions immediately after the start of hot operation.
本発明によれば、気体燃料と空気とを予め混合させた混合気を火花点火燃焼させて作動するガスエンジンの欧州第5次排ガス規制に関する過渡試験モードにおいて、NOxの排出量を抑えることができるガスエンジンを提供することができる。 The present invention provides a gas engine that can reduce NOx emissions in a transient test mode for the European Tier 5 exhaust gas regulations for gas engines that operate by spark-igniting a pre-mixed mixture of gaseous fuel and air.
以下に、本発明の実施形態を、図面を参照して説明する。
なお、以下に説明する実施形態は、本発明の好適な具体例であるから、技術的に好ましい種々の限定が付されているが、本発明の範囲は、以下の説明において特に本発明を限定する旨の記載がない限り、これらの態様に限られるものではない。また、各図面中、同様の構成要素には同一の符号を付して詳細な説明を適宜省略する。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
The embodiments described below are preferred examples of the present invention, and therefore various technically preferable limitations are applied thereto, but the scope of the present invention is not limited to these aspects unless otherwise specified in the following description to the effect that the present invention is particularly limited. Furthermore, in each drawing, similar components are designated by the same reference numerals, and detailed descriptions thereof will be omitted as appropriate.
図1は、本実施形態に係るガスエンジンの概要を表す模式図である。
本実施形態に係るガスエンジン2は、例えば、水素ガス、天然ガス、LPG、バイオガスなどの気体燃料で作動する内燃機関すなわちガスエンジンである。図1に表したガスエンジン2は、例えば建設機械や農業機械のような産業機械に搭載される。
FIG. 1 is a schematic diagram showing an overview of a gas engine according to this embodiment.
The gas engine 2 according to this embodiment is an internal combustion engine that runs on gaseous fuel such as hydrogen gas, natural gas, LPG, biogas, etc. The gas engine 2 shown in Fig. 1 is mounted on industrial machinery such as construction machinery and agricultural machinery.
本実施形態に係るガスエンジン2は、燃料ガス供給弁21と、ガスミキサ29と、スロットルバルブ22と、シリンダブロック(図示せず)に形成された気筒24と、第1酸素センサ261と、第2酸素センサ262と、三元触媒25と、ECU27と、を備える。第2酸素センサ262は、必ずしも設けられていなくともよい。 The gas engine 2 according to this embodiment includes a fuel gas supply valve 21, a gas mixer 29, a throttle valve 22, cylinders 24 formed in a cylinder block (not shown), a first oxygen sensor 261, a second oxygen sensor 262, a three-way catalyst 25, and an ECU 27. The second oxygen sensor 262 is not necessarily provided.
燃料ガス供給弁21は、吸気系281に設けられており、弁開度に応じて気体燃料の圧力を調整することにより気体燃料の供給量を制御する。具体的には、燃料ガス供給弁21は、燃料ガス供給弁21の入口と出口との間における気体燃料の圧力差(すなわち差圧)を調整することにより気体燃料の供給量を制御する。図1に表した矢印A1のように、燃料ガス供給弁21に供給された気体燃料は、燃料ガス供給弁21を通過し、ガスミキサ29に向かって導かれる。 The fuel gas supply valve 21 is provided in the intake system 281 and controls the amount of gaseous fuel supplied by adjusting the pressure of the gaseous fuel according to the valve opening. Specifically, the fuel gas supply valve 21 controls the amount of gaseous fuel supplied by adjusting the pressure difference (i.e., differential pressure) of the gaseous fuel between the inlet and outlet of the fuel gas supply valve 21. As indicated by arrow A1 in FIG. 1, the gaseous fuel supplied to the fuel gas supply valve 21 passes through the fuel gas supply valve 21 and is directed toward the gas mixer 29.
ガスミキサ29は、吸気系281に設けられており、燃料ガス供給弁21を通過した気体燃料と、図1に表した矢印A2のようにエアクリーナ(図示せず)を通して吸入される空気と、を互いに混合させて混合気を生成する。ガスミキサ29は、気体燃料が燃焼しやすい適正な割合(すなわち目標の空燃比)で気体燃料と空気とを互いに混合させ、気体燃料と空気とを含む混合気をスロットルバルブ22に向かって導く。このように、本実施形態に係るガスエンジン2は、インジェクタにより気体燃料を例えば吸気ポートに噴射するガスエンジンではなく、気体燃料と空気とを予め混合させて混合気を生成するガスエンジンである。 The gas mixer 29 is provided in the intake system 281 and generates an air-fuel mixture by mixing gaseous fuel that has passed through the fuel gas supply valve 21 with air that is drawn in through an air cleaner (not shown) as indicated by arrow A2 in FIG. 1. The gas mixer 29 mixes the gaseous fuel and air in an appropriate ratio (i.e., the target air-fuel ratio) that makes the gaseous fuel combustible, and directs the mixture containing the gaseous fuel and air toward the throttle valve 22. In this way, the gas engine 2 according to this embodiment is not a gas engine that injects gaseous fuel into, for example, an intake port using an injector, but rather a gas engine that generates an air-fuel mixture by pre-mixing gaseous fuel and air.
スロットルバルブ22は、例えば電子制御スロットルバルブであり、吸気系281に設けられている。スロットルバルブ22は、例えばECU27から受信した制御信号に基づいて開閉することにより、ガスミキサ29から供給された混合気の量(すなわち混合気の吸気量あるいは供給量)を制御する。言い換えれば、スロットルバルブ22は、図1に表した矢印A1のように燃料ガス供給弁21を通過した気体燃料と、図1に表した矢印A2のようにエアクリーナ(図示せず)を通して吸入された空気(すなわち吸入空気)と、の双方の量を制御する。図1に表した矢印A3のように、スロットルバルブ22を通した混合気は、吸気マニホルド23および吸気ポートに向かって導かれる。図1に表したように、例えば吸気マニホルド23には、流量センサが設けられている。流量センサは、混合気の流量に関する信号をECU27に送信する。 The throttle valve 22, for example, an electronically controlled throttle valve, is provided in the intake system 281. The throttle valve 22 controls the amount of mixture supplied from the gas mixer 29 (i.e., the intake or supply amount of the mixture) by opening and closing based on a control signal received from, for example, the ECU 27. In other words, the throttle valve 22 controls the amount of both the gaseous fuel passing through the fuel gas supply valve 21 (as indicated by arrow A1 in FIG. 1) and the air (i.e., intake air) drawn in through an air cleaner (not shown) (as indicated by arrow A2 in FIG. 1). The mixture that passes through the throttle valve 22 is directed toward the intake manifold 23 and the intake port (as indicated by arrow A3 in FIG. 1). As shown in FIG. 1, for example, the intake manifold 23 is provided with a flow sensor. The flow sensor sends a signal related to the flow rate of the mixture to the ECU 27.
ガスミキサ29により生成された混合気は、図1に表したように、スロットルバルブ22、吸気マニホルド23、吸気バルブ241をこの順に通過し、気筒24に供給される。気筒24に供給され気筒24で圧縮された混合気は、スパークプラグ243により発生した火花により点火され燃焼する。このように、本実施形態に係るガスエンジン2は、気体燃料と空気とを予め混合させた混合気を気筒24で火花点火燃焼させて作動するガスエンジンである。気筒24で燃焼した混合気は、図1に表した矢印A4のように、排気バルブ242を通過し、気筒24から三元触媒25に向かって排気ガスとして排出される。 As shown in FIG. 1, the mixture generated by the gas mixer 29 passes through the throttle valve 22, intake manifold 23, and intake valve 241 in that order before being supplied to the cylinder 24. The mixture supplied to and compressed in the cylinder 24 is ignited and combusted by a spark generated by the spark plug 243. In this way, the gas engine 2 according to this embodiment is a gas engine that operates by spark-igniting and combusting a mixture of gaseous fuel and air premixed in the cylinder 24. The mixture combusted in the cylinder 24 passes through the exhaust valve 242, as indicated by arrow A4 in FIG. 1, and is discharged as exhaust gas from the cylinder 24 toward the three-way catalyst 25.
三元触媒25は、排気系282に設けられており、気筒24から排出された排気ガスを酸化還元反応により浄化する。具体的には、気筒24から排出された排気ガスには、CO、HCおよびNOxが含まれる。三元触媒25は、COおよびHCの酸化反応、ならびにNOxの還元反応により、CO、HCおよびNOxを同時に浄化する。三元触媒25が有効に機能するためには、混合気の空燃比を理論空燃比に設定する必要がある。 The three-way catalyst 25 is provided in the exhaust system 282 and purifies the exhaust gas emitted from the cylinders 24 through an oxidation-reduction reaction. Specifically, the exhaust gas emitted from the cylinders 24 contains CO, HC, and NOx. The three-way catalyst 25 simultaneously purifies CO, HC, and NOx through an oxidation reaction of CO and HC and a reduction reaction of NOx. For the three-way catalyst 25 to function effectively, the air-fuel ratio of the mixture needs to be set to the stoichiometric air-fuel ratio.
第1酸素センサ261は、気筒24と三元触媒25との間の排気系282に設けられている。言い換えれば、第1酸素センサ261は、三元触媒25の入口に設けられている。本実施形態の第1酸素センサ261は、本発明の「酸素センサ」の一例である。第1酸素センサ261は、気筒24から排出された排気ガスの酸素濃度を測定するとともに、測定した酸素濃度に関する信号(例えば電圧値の信号)をECU27に送信する。 The first oxygen sensor 261 is provided in the exhaust system 282 between the cylinder 24 and the three-way catalyst 25. In other words, the first oxygen sensor 261 is provided at the inlet of the three-way catalyst 25. The first oxygen sensor 261 of this embodiment is an example of the "oxygen sensor" of the present invention. The first oxygen sensor 261 measures the oxygen concentration of the exhaust gas discharged from the cylinder 24 and transmits a signal related to the measured oxygen concentration (e.g., a voltage signal) to the ECU 27.
第2酸素センサ262は、三元触媒25の出口に設けられている。第2酸素センサ262は、三元触媒25を通過した排気ガスの酸素濃度を測定するとともに、測定した酸素濃度に関する信号(例えば電圧値の信号)をECU27に送信する。 The second oxygen sensor 262 is provided at the outlet of the three-way catalyst 25. The second oxygen sensor 262 measures the oxygen concentration of the exhaust gas that has passed through the three-way catalyst 25 and transmits a signal (e.g., a voltage signal) related to the measured oxygen concentration to the ECU 27.
ECU27は、電子制御装置(ECU:Electronic Control Unit)であり、演算処理部(図示せず)と、記憶部(図示せず)と、を有する。ECU27は、燃料ガス供給弁21の動作を制御する。例えば、ECU27は、燃料ガス供給弁21の弁開度の制御を実行する。本実施形態のECU27は、本発明の「制御部」の一例である。ECU27の演算処理部は、CPU(Central Processing Unit)としての機能を有し、ECU27の記憶部に記憶されたプログラムを読み出して種々の演算や処理を実行する。 The ECU 27 is an electronic control unit (ECU) and includes a calculation processing unit (not shown) and a memory unit (not shown). The ECU 27 controls the operation of the fuel gas supply valve 21. For example, the ECU 27 controls the valve opening degree of the fuel gas supply valve 21. The ECU 27 of this embodiment is an example of a "control unit" of the present invention. The calculation processing unit of the ECU 27 functions as a CPU (Central Processing Unit) and reads programs stored in the memory unit of the ECU 27 to perform various calculations and processes.
ECU27の記憶部は、種々のプログラムや、燃料ガス供給弁21の弁開度に関するマップあるいは条件式などを格納(記憶)する。ECU27の記憶部としては、ROM(Read Only Memory)やRAM(Random Access Memory)などが挙げられる。 The storage unit of the ECU 27 stores various programs, maps or conditional expressions relating to the valve opening degree of the fuel gas supply valve 21, etc. Examples of the storage unit of the ECU 27 include a read only memory (ROM) and a random access memory (RAM).
ECU27は、エンジン回転数と吸気圧との関係に基づいて燃料ガス供給弁21の弁開度の制御を実行する。エンジン回転数と吸気圧との関係は、例えばエンジン回転数に対する気体燃料の供給量を設定する基本マップとして記憶部に予め記憶されている。 The ECU 27 controls the valve opening of the fuel gas supply valve 21 based on the relationship between engine speed and intake pressure. The relationship between engine speed and intake pressure is pre-stored in a memory unit as, for example, a basic map that sets the amount of gaseous fuel supplied relative to the engine speed.
また、ECU27は、第1酸素センサ261により測定された酸素濃度に基づき演算した混合気の空燃比が目標の空燃比(すなわち理論空燃比)になる燃料ガス供給弁21の弁開度の操作値を演算し、その操作値を燃料学習値として記憶部に記憶する。言い換えれば、ECU27は、燃料学習値の更新を行う。燃料学習値は、例えば燃料学習値に関するマップとして記憶(更新)される。そして、ECU27は、第1酸素センサ261により測定された酸素濃度に基づいて演算した燃料ガス供給弁21の弁開度の操作値(すなわち燃料学習値)により燃料ガス供給弁21の弁開度のフィードバック制御を実行する。 The ECU 27 also calculates an operating value for the valve opening of the fuel gas supply valve 21 such that the air-fuel ratio of the mixture calculated based on the oxygen concentration measured by the first oxygen sensor 261 becomes the target air-fuel ratio (i.e., the stoichiometric air-fuel ratio), and stores this operating value in a memory unit as a fuel learning value. In other words, the ECU 27 updates the fuel learning value. The fuel learning value is stored (updated), for example, as a map related to the fuel learning value. The ECU 27 then performs feedback control of the valve opening of the fuel gas supply valve 21 using the operating value (i.e., the fuel learning value) for the valve opening of the fuel gas supply valve 21 calculated based on the oxygen concentration measured by the first oxygen sensor 261.
具体的には、ECU27は、第1酸素センサ261から受信した酸素濃度に基づき演算した混合気の空燃比と、目標の空燃比(すなわち理論空燃比)と、を比較する。混合気の空燃比が目標の空燃比よりもリーンであれば、ECU27は、燃料ガス供給弁21の弁開度を現在の弁開度よりも高くする(すなわち弁を開く)ための操作値を演算し、その操作値を燃料学習値として記憶部に記憶する。そして、ECU27は、その操作値(すなわち燃料学習値)により燃料ガス供給弁21の弁開度のフィードバック制御を実行する。つまり、ECU27は、気体燃料の供給量を増加させるフィードバック制御を実行する。 Specifically, the ECU 27 compares the air-fuel ratio of the mixture calculated based on the oxygen concentration received from the first oxygen sensor 261 with a target air-fuel ratio (i.e., the stoichiometric air-fuel ratio). If the air-fuel ratio of the mixture is leaner than the target air-fuel ratio, the ECU 27 calculates an operation value for increasing the valve opening of the fuel gas supply valve 21 above its current valve opening (i.e., opening the valve), and stores this operation value in a memory unit as a fuel learning value. The ECU 27 then performs feedback control of the valve opening of the fuel gas supply valve 21 using this operation value (i.e., the fuel learning value). In other words, the ECU 27 performs feedback control to increase the amount of gaseous fuel supplied.
一方で、混合気の空燃比が目標の空燃比よりもリッチであれば、ECU27は、燃料ガス供給弁21の弁開度を現在の弁開度よりも低くする(すなわち弁を閉じる)ための操作値を演算し、その操作値を燃料学習値として記憶部に記憶する。そして、ECU27は、その操作値(すなわち燃料学習値)により燃料ガス供給弁21の弁開度のフィードバック制御を実行する。つまり、ECU27は、気体燃料の供給量を減少させるフィードバック制御を実行する。 On the other hand, if the air-fuel ratio of the mixture is richer than the target air-fuel ratio, the ECU 27 calculates an operation value for reducing the valve opening of the fuel gas supply valve 21 below the current valve opening (i.e., closing the valve) and stores this operation value in the memory as a fuel learning value. The ECU 27 then performs feedback control of the valve opening of the fuel gas supply valve 21 using this operation value (i.e., the fuel learning value). In other words, the ECU 27 performs feedback control to reduce the amount of gaseous fuel supplied.
図2は、欧州第5次排ガス規制の過渡試験モードを説明するフローチャートである。
現在、定格出力が56kW以上のオフロード用のガスエンジンについては、欧州第5次排ガス規制(EU StageVの56kW以上の排ガス規制)が適用されている。具体的には、欧州第5次排ガス規制の過渡試験モード(NRTC:Non-Road Transient Cycle)が適用されている。ここで、欧州第5次排ガス規制の過渡試験モード(以下、説明の便宜上「NRTC」と称する。)を、図面を参照して説明する。
FIG. 2 is a flowchart illustrating the transient test mode of the European Tier 5 exhaust gas regulations.
Currently, the European Tier 5 exhaust gas regulations (EU Stage V exhaust gas regulations for engines rated at 56 kW or more) apply to off-road gas engines with a rated output of 56 kW or more. Specifically, the transient test cycle (NRTC: Non-Road Transient Cycle) of the European Tier 5 exhaust gas regulations applies. Here, the transient test cycle (hereinafter referred to as "NRTC" for convenience of explanation) of the European Tier 5 exhaust gas regulations will be described with reference to the drawings.
NRTCでは、まずステップS1において、20分間のコールド運転が実行される。NRTCのコールド運転では、ガスエンジン2の運転が冷気始動として開始される。続いて、ステップS2において、20分間の運転停止が実行される。つまり、ガスエンジン2の運転が20分間にわたって停止される。続いて最後に、ステップS3において、20分間のホット運転が実行される。NRTCのホット運転では、ガスエンジン2の運転が暖気始動として開始される。20分間のホット運転が完了すると、NRTCが終了する。 In NRTC, first, in step S1, cold operation is performed for 20 minutes. In NRTC cold operation, operation of the gas engine 2 is initiated as a cold air start. Next, in step S2, operation is stopped for 20 minutes. In other words, operation of the gas engine 2 is stopped for 20 minutes. Then, finally, in step S3, hot operation is performed for 20 minutes. In NRTC hot operation, operation of the gas engine 2 is initiated as a warm air start. When the 20 minutes of hot operation are completed, NRTC ends.
ここで、ガスエンジン2の始動直後から、気体燃料の供給量に関するフィードバック制御が開始されるまでの所定時間(例えば数十秒間)において、ECU27は、気体燃料の供給量に関するオープンループ制御を実行する。すなわち、ECU27は、ガスエンジン2の始動直後から所定時間(例えば数十秒間)が経過するまで、フィードバック制御を実行せず、エンジン回転数と吸気圧との関係を示す基本マップと、記憶部に記憶された燃料学習値と、に基づいて燃料ガス供給弁21の弁開度のオープンループ制御を実行する。 Here, for a predetermined time (e.g., several tens of seconds) from immediately after the gas engine 2 is started until feedback control of the gas fuel supply amount is initiated, the ECU 27 executes open-loop control of the gas fuel supply amount. In other words, for a predetermined time (e.g., several tens of seconds) from immediately after the gas engine 2 is started until the elapse of the predetermined time, the ECU 27 does not execute feedback control, and executes open-loop control of the valve opening of the fuel gas supply valve 21 based on a basic map showing the relationship between engine speed and intake pressure and a fuel learning value stored in the memory unit.
そのため、図2に表されたステップS3におけるNRTCのホット運転の始動直後に実行されるオープンループ制御において、ECU27は、基本マップと、NRTCのコールド運転において記憶(更新)された燃料学習値と、に基づいて燃料ガス供給弁21の弁開度のオープンループ制御を実行する。本発明者の得た知見によれば、NRTCのホット運転の始動直後に実行されるオープンループ制御で排出されるNOxの量について改善の余地がある。 Therefore, in the open-loop control executed immediately after the start of NRTC hot operation in step S3 shown in Figure 2, the ECU 27 executes open-loop control of the valve opening of the fuel gas supply valve 21 based on the basic map and the fuel learning value stored (updated) during NRTC cold operation. According to the inventor's findings, there is room for improvement in the amount of NOx emitted in the open-loop control executed immediately after the start of NRTC hot operation.
すなわち、NRTCでは、コールド運転におけるNOxの排出量の10%と、ホット運転におけるNOxの排出量の90%と、の合計値が、NRTC全体のNOxの排出量になる。そのため、ホット運転におけるNOxの排出量の重みが、コールド運転におけるNOxの排出量の重みよりも重い。また、本発明者の得た知見によれば、ホット運転の始動直後のNOxの排出量が、NRTC全体のNOxの排出量の大半を占める。そのため、NRTCにおいて、ホット運転の始動直後からフィードバック制御が開始されるまでの所定時間に実行されるオープンループ制御で排出されるNOxの量について改善の余地がある。 In other words, in NRTC, the total NOx emissions for the NRTC are the sum of 10% of the NOx emissions during cold operation and 90% of the NOx emissions during hot operation. Therefore, the weight of NOx emissions during hot operation is heavier than the weight of NOx emissions during cold operation. Furthermore, according to the inventor's findings, NOx emissions immediately after the start of hot operation account for the majority of the total NOx emissions for the NRTC. Therefore, there is room for improvement in the amount of NOx emitted during open-loop control, which is executed during the predetermined time from immediately after the start of hot operation until feedback control begins in NRTC.
具体的には、NRTCのホット運転の始動直後に実行されるオープンループ制御において、混合気の空燃比がリーンになる傾向がある。そうすると、NOxの排出量は、混合気の空燃比が理論空燃比である場合およびリッチである場合と比較して増加する傾向にある。 Specifically, in the open-loop control that is executed immediately after starting NRTC hot operation, the air-fuel ratio of the mixture tends to become lean. As a result, NOx emissions tend to increase compared to when the air-fuel ratio of the mixture is stoichiometric or rich.
これに対して、本実施形態に係るガスエンジン2のECU27は、NRTCのホット運転の始動直後に実行されるオープンループ制御において、記憶部に記憶された燃料学習値(すなわち更新された燃料学習値)に補正値を加算した値に基づいて、燃料ガス供給弁21の弁開度の制御を実行する。具体的には、ECU27は、補正値を、記憶部に記憶された燃料学習値(すなわち更新された燃料学習値)よりもリッチ側に設定する。
以下、本実施形態に係るガスエンジン2のECU27が実行する制御を、図面を参照してさらに説明する。
In contrast, the ECU 27 of the gas engine 2 according to this embodiment controls the valve opening of the fuel gas supply valve 21 based on the fuel learning value stored in the storage unit (i.e., the updated fuel learning value) plus a correction value during open-loop control executed immediately after starting NRTC hot operation. Specifically, the ECU 27 sets the correction value to a value richer than the fuel learning value stored in the storage unit (i.e., the updated fuel learning value).
The control executed by the ECU 27 of the gas engine 2 according to this embodiment will be further described below with reference to the drawings.
図3および図4は、本実施形態のECUがNRTCにおいて実行する気体燃料の供給量に関する制御を説明するフローチャートである。
図5は、本実施形態のECUが燃料学習値に加算する補正値について説明するグラフである。
3 and 4 are flowcharts illustrating the control of the amount of gaseous fuel supplied that is executed by the ECU in the NRTC according to this embodiment.
FIG. 5 is a graph illustrating the correction value that the ECU of this embodiment adds to the fuel learning value.
まず、図3に表したように、ステップS11において、NRTCのコールド運転が始動する。そうすると、ステップS12において、ECU27は、NRTCのコールド運転の始動直後から所定時間が経過するまで、フィードバック制御を実行せず、基本マップと、記憶部に記憶された燃料学習値と、に基づいて燃料ガス供給弁21の弁開度のオープンループ制御を実行する。ここで、記憶部に記憶された燃料学習値とは、ガスエンジン2の前回の運転(例えば前日のガスエンジン2の運転)において更新された燃料学習値である。 First, as shown in FIG. 3, in step S11, NRTC cold operation is initiated. Then, in step S12, the ECU 27 does not execute feedback control until a predetermined time has elapsed from immediately after the initiation of NRTC cold operation, and executes open-loop control of the valve opening of the fuel gas supply valve 21 based on the basic map and the fuel learning value stored in the memory unit. Here, the fuel learning value stored in the memory unit is the fuel learning value updated during the previous operation of the gas engine 2 (e.g., operation of the gas engine 2 on the previous day).
続いて、NRTCのコールド運転の始動直後から所定時間が経過すると、ECU27は、気体燃料の供給量に関するフィードバック制御を実行する。すなわち、ステップS13において、第1酸素センサ261は、排気ガスの酸素濃度を測定するとともに、測定した酸素濃度に関する信号をECU27に送信する。 Next, after a predetermined time has elapsed since the start of NRTC cold operation, the ECU 27 executes feedback control of the amount of gaseous fuel supplied. That is, in step S13, the first oxygen sensor 261 measures the oxygen concentration in the exhaust gas and transmits a signal related to the measured oxygen concentration to the ECU 27.
続いて、ステップS14において、ECU27は、第1酸素センサ261から受信した酸素濃度に基づき演算した混合気の空燃比と、目標の空燃比(すなわち理論空燃比)と、の偏差に基づいて、混合気の空燃比が目標の空燃比(すなわち理論空燃比)になる燃料ガス供給弁21の弁開度の操作値を演算する。 Next, in step S14, the ECU 27 calculates an operating value for the valve opening of the fuel gas supply valve 21 that will bring the air-fuel ratio of the mixture to the target air-fuel ratio (i.e., the stoichiometric air-fuel ratio) based on the deviation between the air-fuel ratio of the mixture calculated based on the oxygen concentration received from the first oxygen sensor 261 and the target air-fuel ratio (i.e., the stoichiometric air-fuel ratio).
続いて、ステップS15において、ECU27は、燃料ガス供給弁21の弁開度の操作値を燃料学習値として記憶部に記憶する。つまり、ECU27は、燃料学習値の更新を実行する。続いて、ステップS16において、ECU27は、燃料学習値に基づいて燃料ガス供給弁21の弁開度の制御を実行する。 Next, in step S15, the ECU 27 stores the operation value of the valve opening of the fuel gas supply valve 21 in the memory unit as a fuel learning value. In other words, the ECU 27 updates the fuel learning value. Next, in step S16, the ECU 27 controls the valve opening of the fuel gas supply valve 21 based on the fuel learning value.
続いて、ステップS17において、NRTCのコールド運転の始動から20分間がまだ経過していない場合には(ステップS17:NO)、ECU27は、ステップS13~ステップS16に関して前述した気体燃料の供給量に関するフィードバック制御を実行する。一方で、ステップS17において、NRTCのコールド運転の始動から20分間が経過した場合には(ステップS17:YES)、ステップS18において、20分間の運転停止が実行される。 Next, in step S17, if 20 minutes have not yet elapsed since the start of NRTC cold operation (step S17: NO), the ECU 27 executes the feedback control of the gaseous fuel supply amount described above in relation to steps S13 to S16. On the other hand, if 20 minutes have elapsed since the start of NRTC cold operation (step S17: YES), in step S17, a 20-minute operation shutdown is executed in step S18.
続いて、図4に表したように、ステップS21において、NRTCのホット運転が始動する。そうすると、ステップS22において、ECU27は、NRTCのホット運転の始動直後から所定時間が経過するまで、フィードバック制御を実行せず、基本マップと、記憶部に記憶された燃料学習値に補正値を加算した値と、に基づいて燃料ガス供給弁21の弁開度のオープンループ制御を実行する。ここで、記憶部に記憶された燃料学習値とは、NRTCのコールド運転において更新された燃料学習値である。補正値は、燃料学習値と同次元の値であり、燃料学習値をオフセットあるいはシフトさせる機能を有する。 Next, as shown in FIG. 4, in step S21, NRTC hot operation is initiated. Then, in step S22, the ECU 27 does not execute feedback control until a predetermined time has elapsed from immediately after the initiation of NRTC hot operation, and executes open-loop control of the valve opening of the fuel gas supply valve 21 based on the basic map and the fuel learning value stored in the memory plus a correction value. Here, the fuel learning value stored in the memory is the fuel learning value updated during NRTC cold operation. The correction value is a value of the same dimension as the fuel learning value, and has the function of offsetting or shifting the fuel learning value.
図5に表したように、補正値が「0」近傍である範囲A11におけるNOxの排出量は、補正値が「1」から「3」の近傍である範囲A12におけるNOxの排出量よりも高い。また、補正値が「0」近傍である範囲A11におけるNOxの排出量の傾きは、補正値が「1」から「3」の近傍である範囲A12におけるNOxの排出量の傾きよりも急である。言い換えれば、範囲A11におけるNOxの排出量のロバスト性は、範囲A12におけるNOxの排出量のロバスト性よりも低い。 As shown in Figure 5, the NOx emission amount in range A11, where the correction value is near "0", is higher than the NOx emission amount in range A12, where the correction value is near "1" to "3". Furthermore, the slope of the NOx emission amount in range A11, where the correction value is near "0", is steeper than the slope of the NOx emission amount in range A12, where the correction value is near "1" to "3". In other words, the robustness of the NOx emission amount in range A11 is lower than the robustness of the NOx emission amount in range A12.
図5に表した補正値が「0」である状態とは、ECU27が燃料学習値をオフセットあるいはシフトさせない状態である。この状態では、図3に表したステップS12に関して前述した場合と同様に、ECU27は、基本マップと、記憶部に記憶された燃料学習値と、に基づいて燃料ガス供給弁21の弁開度の制御を実行する。図5に表した補正値が正である状態とは、ECU27が燃料学習値をリッチ側にオフセットあるいはシフトさせる状態である。図5に表した補正値が負である状態とは、ECU27が燃料学習値をリーン側にオフセットあるいはシフトさせる状態である。 When the correction value shown in FIG. 5 is "0," the ECU 27 does not offset or shift the fuel learning value. In this state, similar to the case described above with respect to step S12 shown in FIG. 3, the ECU 27 controls the valve opening of the fuel gas supply valve 21 based on the basic map and the fuel learning value stored in the memory unit. When the correction value shown in FIG. 5 is positive, the ECU 27 offsets or shifts the fuel learning value to the rich side. When the correction value shown in FIG. 5 is negative, the ECU 27 offsets or shifts the fuel learning value to the lean side.
ECU27は、NRTCのホット運転の始動直後におけるNOxの排出量を抑えるために、補正値を燃料学習値よりもリッチ側に設定する。すなわち、図4に表したステップS22において、ECU27は、基本マップと、燃料学習値に正の補正値を加算した値と、に基づいて燃料ガス供給弁21の弁開度のオープンループ制御を実行する。これにより、ECU27は、例えば補正値を図5に表した「1」から「3」の近傍になる程度のリッチ側に設定すると、NRTCのホット運転の始動直後におけるNOxの排出量を図5に表した範囲A12の排出量に抑えることができる。 The ECU 27 sets the correction value richer than the fuel learning value in order to suppress NOx emissions immediately after starting NRTC hot operation. That is, in step S22 shown in FIG. 4, the ECU 27 performs open-loop control of the valve opening of the fuel gas supply valve 21 based on the basic map and the value obtained by adding a positive correction value to the fuel learning value. As a result, if the ECU 27 sets the correction value, for example, on the rich side, near "1" to "3" shown in FIG. 5, the NOx emissions immediately after starting NRTC hot operation can be suppressed to within the range A12 shown in FIG. 5.
また、ECU27は、NRTCのホット運転が始動した直後のオープンループ制御におけるCOの排出量が所定値以下となる範囲で補正値を設定する。例えば、NRTCにおけるCOの規制値が5g/kWh以下であるとすると、図5に表したように、ECU27は、補正値を「1」から「3」の近傍である範囲A12に設定することにより、NRTCのホット運転が始動した直後のオープンループ制御におけるCOの排出量を所定値以下となる3~4g/kWh程度に抑えることができる。 The ECU 27 also sets the correction value within a range that keeps CO emissions during open loop control below a predetermined value immediately after NRTC hot operation begins. For example, if the NRTC CO regulation value is 5 g/kWh or less, as shown in Figure 5, the ECU 27 can set the correction value within range A12, which is between "1" and "3," to keep CO emissions during open loop control immediately after NRTC hot operation begins to approximately 3 to 4 g/kWh, which is below the predetermined value.
続いて、NRTCのホット運転の始動直後から所定時間が経過すると、ECU27は、気体燃料の供給量に関するフィードバック制御を実行する。すなわち、第1酸素センサ261およびECU27は、図3に表したステップS13~ステップS16に関して前述した処理を実行する。 Next, after a predetermined time has elapsed since the start of NRTC hot operation, the ECU 27 executes feedback control of the amount of gaseous fuel supplied. That is, the first oxygen sensor 261 and the ECU 27 execute the processing described above with respect to steps S13 to S16 shown in FIG. 3.
ステップS26に続くステップS27において、NRTCのホット運転の始動から20分間がまだ経過していない場合には(ステップS27:NO)、ECU27は、ステップS23~ステップS26に関して前述した気体燃料の供給量に関するフィードバック制御を実行する。一方で、NRTCのホット運転の始動から20分間が経過すると(ステップS27:YES)、NRTCが終了する。 In step S27 following step S26, if 20 minutes have not yet elapsed since the start of NRTC hot operation (step S27: NO), the ECU 27 executes the feedback control of the gaseous fuel supply amount described above in relation to steps S23 to S26. On the other hand, if 20 minutes have elapsed since the start of NRTC hot operation (step S27: YES), the NRTC is terminated.
本実施形態に係るガスエンジン2によれば、NRTCのホット運転が始動した直後のオープンループ制御において、ECU27は、基本マップと、記憶部に記憶された燃料学習値に補正値を加算した値と、に基づいて燃料ガス供給弁21の弁開度の制御を実行する。
これにより、NRTCにおいて、ホット運転の始動直後におけるNOxの排出量を抑えることができる。ホット運転におけるNOxの排出量の重みがコールド運転におけるNOxの排出量の重みよりも重く、また、ホット運転の始動直後のNOxの排出量がNRTC全体のNOxの排出量の大半を占めるため、ホット運転の始動直後におけるNOxの排出量を抑えることで、NRTC全体におけるNOxの排出量を抑えることができる。
According to the gas engine 2 of this embodiment, in the open loop control immediately after the start of NRTC hot operation, the ECU 27 controls the valve opening of the fuel gas supply valve 21 based on the basic map and the value obtained by adding a correction value to the fuel learning value stored in the memory unit.
This makes it possible to reduce the amount of NOx emissions in the NRTC immediately after the start of hot operation. Because the weight of NOx emissions in hot operation is greater than the weight of NOx emissions in cold operation, and because the amount of NOx emissions immediately after the start of hot operation accounts for the majority of the total NOx emissions in the NRTC, reducing the amount of NOx emissions immediately after the start of hot operation makes it possible to reduce the total NOx emissions in the NRTC.
また、ECU27が燃料学習値に加算する補正値を燃料学習値よりもリッチ側に設定する、すなわち燃料学習値に加算する補正値として正の補正値を設定するため、ホット運転の始動直後における混合気の空燃比は、よりリッチになる。これにより、ホット運転の始動直後におけるNOxの排出量をより一層確実に抑えることができる。 In addition, the ECU 27 sets the correction value to be added to the fuel learning value to be richer than the fuel learning value, i.e., sets a positive correction value as the correction value to be added to the fuel learning value, so the air-fuel ratio of the mixture immediately after starting hot operation becomes richer. This makes it possible to more reliably reduce NOx emissions immediately after starting hot operation.
ECU27は、NRTCのホット運転が始動してから所定時間が経過するまで補正値を一定に維持し、所定時間が経過した後に補正値を段階的に減少させる制御を実行してもよい。これによれば、NRTCのホット運転の始動直後に実行されるオープンループ制御から、NRTCのホット運転が始動してから所定時間後に実行されるフィードバック制御へ円滑に遷移することができる。なお、ECU27が補正値を段階的に減少させるタイミングは、気体燃料の供給量に関するフィードバック制御が開始される前であってもよく、気体燃料の供給量に関するフィードバック制御が開始された後であってもよい。 The ECU 27 may maintain the correction value constant until a predetermined time has elapsed since the start of NRTC hot operation, and then execute control to gradually decrease the correction value after the predetermined time has elapsed. This allows for a smooth transition from open-loop control, which is executed immediately after the start of NRTC hot operation, to feedback control, which is executed a predetermined time after the start of NRTC hot operation. Note that the timing at which the ECU 27 gradually decreases the correction value may be before feedback control regarding the amount of gaseous fuel supplied is started, or after feedback control regarding the amount of gaseous fuel supplied is started.
ECU27は、気体燃料の成分比率に応じて補正値を設定してもよい。例えば、ECU27は、LPGに含まれるプロパンおよびブタンの成分比率に応じて補正値を設定してもよい。あるいは、ECU27は、天然ガスの成分比率に応じて補正値を設定してもよい。これによれば、気体燃料の性状に因らずNRTCのホット運転の始動直後におけるNOxの排出量を抑えることができる。
The ECU 27 may set the correction value according to the component ratio of the gaseous fuel. For example, the ECU 27 may set the correction value according to the component ratio of propane and butane contained in LPG. Alternatively, the ECU 27 may set the correction value according to the component ratio of natural gas. This makes it possible to reduce NOx emissions immediately after starting NRTC hot operation regardless of the properties of the gaseous fuel.
なお、ガスエンジン2が第2酸素センサ262を備える場合、第2酸素センサ262は、三元触媒25を通過した排気ガスの酸素濃度を測定するとともに、測定した酸素濃度に関する信号(例えば電圧値の信号)をECU27に送信する。これにより、ECU27は、第2酸素センサ262から受信した酸素濃度に基づき演算した混合気の空燃比と、目標の空燃比(すなわち理論空燃比)と、の偏差に基づいて、燃料ガス供給弁21の弁開度のフィードバック制御を実行し、三元触媒25に排気ガスを浄化させることができる。また、三元触媒25が劣化した場合であっても、ECU27は、三元触媒25を通過した排気ガスの酸素濃度を目標にして燃料ガス供給弁21の弁開度の制御を実行できる。さらに、三元触媒25の機差や、三元触媒25の貴金属の担持量により三元触媒25の性能にばらつきが生じた場合であっても、ECU27は、三元触媒25を通過した排気ガスの酸素濃度を目標にして燃料ガス供給弁21の弁開度の制御を実行できる。 If the gas engine 2 is equipped with a second oxygen sensor 262, the second oxygen sensor 262 measures the oxygen concentration of the exhaust gas that has passed through the three-way catalyst 25 and transmits a signal (e.g., a voltage signal) related to the measured oxygen concentration to the ECU 27. This allows the ECU 27 to perform feedback control of the valve opening of the fuel gas supply valve 21 based on the deviation between the air-fuel ratio of the mixture calculated based on the oxygen concentration received from the second oxygen sensor 262 and the target air-fuel ratio (i.e., the stoichiometric air-fuel ratio), thereby allowing the three-way catalyst 25 to purify the exhaust gas. Furthermore, even if the three-way catalyst 25 has deteriorated, the ECU 27 can control the valve opening of the fuel gas supply valve 21 with the oxygen concentration of the exhaust gas that has passed through the three-way catalyst 25 as the target. Furthermore, even if there are variations in the performance of the three-way catalyst 25 due to differences in the three-way catalyst 25 itself or the amount of precious metal carried by the three-way catalyst 25, the ECU 27 can control the valve opening of the fuel gas supply valve 21 by targeting the oxygen concentration of the exhaust gas that has passed through the three-way catalyst 25.
以上、本発明の実施形態について説明した。しかし、本発明は、上記実施形態に限定されず、特許請求の範囲を逸脱しない範囲で種々の変更を行うことができる。上記実施形態の構成は、その一部を省略したり、上記とは異なるように任意に組み合わせたりすることができる。 The above describes an embodiment of the present invention. However, the present invention is not limited to the above embodiment, and various modifications can be made without departing from the scope of the claims. The configurations of the above embodiment can be partially omitted or arbitrarily combined in a different manner than described above.
2:ガスエンジン、 21:燃料ガス供給弁、 22:スロットルバルブ、 23:吸気マニホルド、 24:気筒、 25:三元触媒、 27:ECU、 29:ガスミキサ、 241:吸気バルブ、 242:排気バルブ、 243:スパークプラグ、 261:第1酸素センサ、 262:第2酸素センサ、 281:吸気系、 282:排気系
2: Gas engine, 21: Fuel gas supply valve, 22: Throttle valve, 23: Intake manifold, 24: Cylinder, 25: Three-way catalyst, 27: ECU, 29: Gas mixer, 241: Intake valve, 242: Exhaust valve, 243: Spark plug, 261: First oxygen sensor, 262: Second oxygen sensor, 281: Intake system, 282: Exhaust system
Claims (5)
弁開度に応じて前記気体燃料の圧力を調整することにより前記気体燃料の供給量を制御する燃料ガス供給弁と、
前記燃料ガス供給弁を通過した前記気体燃料と吸入される前記空気とを互いに混合させて前記混合気を生成するガスミキサと、
吸気系に設けられ開閉することにより前記混合気の量を制御するスロットルバルブと、
排気系に設けられ前記気筒から排出された排気ガスを浄化する三元触媒と、
前記気筒と前記三元触媒との間の前記排気系に設けられ前記排気ガスの酸素濃度を測定する酸素センサと、
エンジン回転数と吸気圧との関係に基づいて前記弁開度の制御を実行するとともに前記酸素センサにより測定された前記酸素濃度に基づいて前記混合気の空燃比が目標の前記空燃比になる前記弁開度の操作値を演算し燃料学習値として記憶して前記弁開度のフィードバック制御を実行する制御部と、
を備え、
前記制御部は、欧州第5次排ガス規制に関する過渡試験モードのコールド運転および運転停止が完了しホット運転が始動した直後のオープンループ制御において、記憶された前記燃料学習値に補正値を加算した値に基づいて前記弁開度の制御を実行することを特徴とするガスエンジン。 A gas engine that operates by spark ignition and combustion in a cylinder of a mixture of gaseous fuel and air,
a fuel gas supply valve that controls the supply amount of the gaseous fuel by adjusting the pressure of the gaseous fuel in accordance with a valve opening degree;
a gas mixer that mixes the gaseous fuel that has passed through the fuel gas supply valve with the intake air to generate the mixture;
a throttle valve provided in the intake system for controlling the amount of the air-fuel mixture by opening and closing the throttle valve;
a three-way catalyst provided in an exhaust system for purifying exhaust gas discharged from the cylinder;
an oxygen sensor provided in the exhaust system between the cylinder and the three-way catalyst for measuring an oxygen concentration in the exhaust gas;
a control unit that controls the valve opening based on a relationship between an engine speed and an intake pressure, calculates an operation value for the valve opening that makes the air-fuel ratio of the mixture a target air-fuel ratio based on the oxygen concentration measured by the oxygen sensor, stores the operation value as a fuel learning value, and performs feedback control of the valve opening;
Equipped with
The control unit controls the valve opening based on a value obtained by adding a correction value to the stored fuel learning value during open-loop control immediately after cold operation and shutdown in a transient test mode for the European Tier 5 exhaust gas regulations are completed and hot operation is started.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022211528A JP7764359B2 (en) | 2022-12-28 | 2022-12-28 | gas engine |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2022211528A JP7764359B2 (en) | 2022-12-28 | 2022-12-28 | gas engine |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2024094766A JP2024094766A (en) | 2024-07-10 |
| JP7764359B2 true JP7764359B2 (en) | 2025-11-05 |
Family
ID=91809856
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2022211528A Active JP7764359B2 (en) | 2022-12-28 | 2022-12-28 | gas engine |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP7764359B2 (en) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008019822A (en) | 2006-07-14 | 2008-01-31 | Suzuki Motor Corp | Fuel injection amount control device at engine start |
| JP2014109191A (en) | 2012-11-30 | 2014-06-12 | Yanmar Co Ltd | Gas engine |
| JP2014185571A (en) | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Yamaha Motor Co Ltd | Fuel injection control device |
| CN115075970A (en) | 2021-03-15 | 2022-09-20 | 日立安斯泰莫汽车系统(苏州)有限公司 | System for internal combustion engine, method of operating the same, and medium storing corresponding program |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS61112757A (en) * | 1984-11-05 | 1986-05-30 | Fujitsu Ten Ltd | Method of electronically controlling fuel feed |
| JPH03271542A (en) * | 1990-03-20 | 1991-12-03 | Aisan Ind Co Ltd | Learning type control device of engine |
| JP3260507B2 (en) * | 1993-08-31 | 2002-02-25 | ヤマハ発動機株式会社 | Gas-fuel mixture mixture formation device |
| JP3331094B2 (en) * | 1995-07-24 | 2002-10-07 | 日産ディーゼル工業株式会社 | Gas engine fuel supply control device |
-
2022
- 2022-12-28 JP JP2022211528A patent/JP7764359B2/en active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008019822A (en) | 2006-07-14 | 2008-01-31 | Suzuki Motor Corp | Fuel injection amount control device at engine start |
| JP2014109191A (en) | 2012-11-30 | 2014-06-12 | Yanmar Co Ltd | Gas engine |
| JP2014185571A (en) | 2013-03-22 | 2014-10-02 | Yamaha Motor Co Ltd | Fuel injection control device |
| CN115075970A (en) | 2021-03-15 | 2022-09-20 | 日立安斯泰莫汽车系统(苏州)有限公司 | System for internal combustion engine, method of operating the same, and medium storing corresponding program |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JP2024094766A (en) | 2024-07-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| JP4444585B2 (en) | Engine control method | |
| JP3414303B2 (en) | Control device for direct injection spark ignition type internal combustion engine | |
| US6725830B2 (en) | Method for split ignition timing for idle speed control of an engine | |
| US6955155B2 (en) | Method for controlling transitions between operating modes of an engine for rapid heating of an emission control device | |
| JP4349344B2 (en) | Engine control device | |
| CN111734517B (en) | Device and method for exhaust gas aftertreatment of an internal combustion engine | |
| KR980009784A (en) | Exhaust Emission Apparatus for In-cylinder Injection-Type Internal Combustion Engine | |
| JP2004218541A (en) | Control device for internal combustion engine | |
| CN102216598A (en) | Gaseopus fuel engine charge density control system | |
| US20030221681A1 (en) | Method to control fuel vapor purging | |
| KR101807753B1 (en) | Spark ignition type super low emission gas engine for generator or gas heat pump and method for controlling thereof | |
| KR101991260B1 (en) | Ultra low emission gas engine and its fuel quantity control method | |
| JP7764359B2 (en) | gas engine | |
| JP3979287B2 (en) | Premixed compression ignition internal combustion engine | |
| US12104515B2 (en) | Method, computing unit, and computer program for operating a burner | |
| JP2006316718A (en) | Diesel engine control device | |
| KR100209176B1 (en) | Engine combustion controller | |
| JP4943873B2 (en) | In-cylinder injection spark ignition internal combustion engine control device | |
| US10900428B2 (en) | Controller for internal combustion engine | |
| JP2013096400A (en) | Control device of internal combustion engine | |
| JP3731403B2 (en) | Control device for direct-injection spark-ignition internal combustion engine | |
| JP3509404B2 (en) | Intake control device for internal combustion engine | |
| JP2005113689A (en) | Premixed compression ignition internal combustion engine | |
| KR101697852B1 (en) | Exhaust purification system of gas heat pump engine | |
| CN110700955B (en) | Method and device for controlling excess air ratio of gasoline engine catalytic converter |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20241220 |
|
| A977 | Report on retrieval |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A971007 Effective date: 20250731 |
|
| A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20250806 |
|
| A521 | Request for written amendment filed |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20250929 |
|
| TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
| A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20251022 |
|
| A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20251023 |
|
| R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Ref document number: 7764359 Country of ref document: JP Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |