JP6391253B2

JP6391253B2 - エンジン装置

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Publication number: JP6391253B2
Application number: JP2014035832A
Authority: JP
Inventors: 良一萩原; 修山岸
Original assignee: Yanmar Co Ltd; Japan Ship Machinery and Equipment Association JSMEA
Current assignee: Yanmar Co Ltd; Japan Ship Machinery and Equipment Association JSMEA
Priority date: 2014-02-26
Filing date: 2014-02-26
Publication date: 2018-09-19
Anticipated expiration: 2034-02-26
Also published as: JP2015161203A

Description

本願発明は、駆動源となるエンジン装置に関するもので、特に、燃料ガスによる燃焼に基づき出力軸を回転させるエンジン装置に関するものである。

従来より、例えばタンカーや輸送船等の船舶や陸上の発電施設においては、その駆動源としてディーゼルエンジンが利用されている。しかしながら、ディーゼルエンジンの排気ガス中には、環境保全の妨げになる有害物質となる、窒素酸化物、硫黄酸化物及び粒子状物質等が多く含まれている。そのため、近年では、ディーゼルエンジンの代替となるエンジンとして、有害物質の発生量を低減できるガスエンジン装置などが普及されつつある。

天然ガスといった燃料ガスを用いて動力を発生させるいわゆるガスエンジン装置は、空気に燃料ガスを混合した混合ガスをシリンダに供給して燃焼させる（特許文献１参照）。特許文献１のガスエンジン装置は、過給機で圧縮された空気に燃料ガスを混合させてシリンダに供給させている。このようなガスエンジン装置において、シリンダへ吸気させる吸気マニホールドと過給機との間にスロットル弁を設けて、スロットル弁の開度を制御することで、空燃比を調整するものがある。

特開２００３−２６２１３９号公報

ところで、この種のガスエンジン装置では、例えば何らかの要因でガスエンジンが無負荷状態になって出力が急減した場合、これに伴いスロットル弁の開度が急減する（スロットル弁が急激に閉じ作動する）。そうすると、過給機におけるコンプレッサの過給圧が異常上昇して、部分的な逆流によって過給機にサージング（脈動）が発生する。当該サージングの発生は、コンプレッサの圧力バランスを崩して、燃料質量に対する吸気質量の比である空燃比に異常（リッチ化）をきたし、ガスエンジンの異常燃焼を招来することになる。

また、低負荷から高負荷に負荷投入された場合、ガスインジェクタによる燃料ガス噴射量の増加タイミングに対して、スロットル弁の開度制御に基づく吸気流入量の増加タイミングに遅れが生じる。そのため、高負荷への負荷投入時においても、スロットル弁の開度制御に基づく空気流量制御の応答性が悪いことから、吸気流入量に不足が生じることとなり、空燃比異常（リッチ化）による異常燃焼を発生させる恐れがある。

そこで、本願発明は、上記のような現状を検討して改善を施したエンジン装置を提供することを技術的課題とするものである。

請求項１の発明は、シリンダ内へ空気を供給させる吸気マニホールドと、前記シリンダからの排気ガスを排気させる排気マニホールドと、前記吸気マニホールドから供給される空気に燃料ガスを混合させて前記シリンダに吸気するガスインジェクタと、前記排気マニホールドからの排気ガスにより空気を圧縮する過給器と、該過給器で圧縮された圧縮空気を冷却して前記吸気マニホールドに供給するインタークーラとが備えられたエンジン装置において、前記過給器の空気排出口と前記インタークーラ入口との接続箇所にメインスロットル弁が設けられており、前記過給器の空気流入口と前記インタークーラ入口とを結ぶ給気バイパス流路が備えられるとともに、前記給気バイパス流路にバイパス弁が配置されており、前記バイパス弁の開度制御が実行されているか否が確認され、前記バイパス弁の開度制御が実行されていない場合で、前記エンジン負荷が第１閾値以下である場合に、前記メインスロットル弁の開度制御が実行され、前記エンジン負荷が第１閾値を超えると、前記メインスロットル弁が所定開度に固定され、前記メインスロットル弁の開度制御から前記バイパス弁の開度制御に切り換えられる一方、前記バイパス弁の開度制御が実行されている場合で、前記エンジンの負荷が減少するとき、前記エンジン負荷が前記第１閾値より低い第２閾値以上である場合は、前記バイパス弁の開度制御が継続して実行され、前記エンジン負荷が第２閾値を下回ると、前記バイパス弁の開度が所定開度に固定され、前記バイパス弁の開度制御から前記メインスロットル弁の開度制御に切り換えられるというものである。

本願発明によると、シリンダ内へ空気を供給させる吸気マニホールドと、前記シリンダからの排気ガスを排気させる排気マニホールドと、前記吸気マニホールドから供給される空気に燃料ガスを混合させて前記シリンダに吸気するガスインジェクタと、前記排気マニホールドからの排気ガスにより空気を圧縮する過給器と、該過給器で圧縮された圧縮空気を冷却して前記吸気マニホールドに供給するインタークーラとを、備えたエンジン装置において、前記過給器の空気排出口と前記インタークーラ入口との接続箇所にメインスロットル弁を設けており、前記過給器の空気流入口と前記インタークーラ入口とを結ぶ給気バイパス流路を備えるとともに、前記給気バイパス流路にバイパス弁を配置しており、前記エンジンの負荷が増加するとき、前記エンジン負荷が第１閾値より低い場合に、前記メインスロットル弁の開度制御を実行しており、前記エンジン負荷が第１閾値を超えると、前記メインスロットル弁の開度制御から前記バイパス弁の開度制御に切り換える一方、前記エンジンの負荷が減少するとき、前記エンジン負荷が前記第１閾値より低い第２閾値以上である場合は、前記バイパス弁の開度制御を実行しており、前記エンジン負荷が第２閾値を下回ると、前記バイパス弁の開度制御から前記メインスロットル弁の開度制御に切り換えるというものであるので、前記メインスロットル弁と前記バイパス弁とを備えた構造として、前記吸気マニホールドの空気流量を高精度に制御できるため、負荷変動に対しても、応答性よく空気流量を制御できる。

本発明によれば、前記給気バイパス流路が前記過給器と前記吸気マニホールドに対する緩衝流路として機能するため、前記バイパス弁を開度制御することで、負荷の増減にあわせて最適に空気流量を設定する応答速度を速めることができる。特に、負荷変動による影響の大きい高負荷領域において、応答性の良いバイパス弁制御を実行するため、負荷変動に対して空気流量の過不足が少なく、最適な空燃比を設定できる。更に、制御切換のための閾値にヒステリシスを設けることにより、制御切換を円滑に実行できる。

また、前記吸気マニホールド内の空気圧力を測定する圧力センサと、前記エンジンの負荷を検出する負荷検出センサと、前記メインスロットル弁及び前記バイパス弁それぞれの開度を制御するエンジン制御部とを更に有し、前記エンジン制御部は、前記負荷検出センサで検出された前記エンジン負荷に基づく目標空気圧力と該圧力センサで検出された測定圧力との差によって、前記メインスロットル弁又は前記バイパス弁の開度を設定することで、検出した負荷に応じて目標圧力を設定し、フィードバック制御によるバルブ開度を制御するため、実負荷に対して適正な空気流量を提供することが可能となる。従って、負荷変動に対しても応答性よく最適な空燃比を設定できる。

また、本発明によれば、前記吸気マニホールドに供給する空気流量を設定することにより前記メインスロットル弁を通過させる空気流量を最適に制御できるため、前記吸気マニホールドに供給する空気流量の不足を防止できる。これにより、負荷の急上昇に対しても応答性よく空気流量を制御できるため、適正な空燃比を提供することが可能となり、前記エンジン装置の運転を安定なものとできる。

また、本発明によれば、前記エンジン制御部は、前記エンジンの負荷が減少したときに、前記バイパス弁の開度を制御することで、前記吸気マニホールドから供給する空気流量を設定するものとすることで、負荷減少時において、前記メインスロットル弁とともに前記バイパス弁も同時に制御することで、前記過給器における空気出入口の空気圧力を安定させることができ、サージングの発生を防止できる。

本発明の実施形態における船舶の全体側面図である。機関室の平面説明図である。機関室の平面説明図である。本発明の実施形態におけるエンジン装置の吸排気路の構成を示す概略図である。同エンジン装置におけるシリンダヘッド内の模式的に表した概略図である。同エンジン装置の制御ブロック図である。同エンジン装置の側面図である。同エンジン装置の平面図である。同エンジン装置の拡大斜視図である。同エンジン装置における空気流量制御の動作を示すフローチャートである。同エンジン装置における空気流量制御の動作を示すタイムチャートである。燃料ガス噴射量制御の動作を示す模式図である。目標吸気マニホールド圧力マップ補正制御の動作を示すフローチャートである。目標吸気マニホールド圧力マップ補正制御の動作を示す模式図である。目標副燃料ガス圧マップ補正制御の動作を示すフローチャートである。エンジン制御装置による負荷投入時の制御動作フローチャートである。同タイムチャートである。負荷減少時のメインスロットル弁に対する開度制御動作を示すフローチャートである。同タイムチャートである。

以下に、本願発明を具体化した実施形態を、電気推進船に搭載される発電機構に適用した場合の図面に基づいて説明する。

まず始めに、船舶の概要について説明する。図１〜図３に示すように、本実施形態の船舶１は、船体２と、船体２の船尾側に設けられたキャビン３（船橋）と、キャビン３の後方に配置されたファンネル４（煙突）と、船体２の後方下部に設けられた一対のプロペラ５及び舵６とを備えている。この場合、船尾側の船底７に一対のスケグ８が一体形成されている。各スケグ８には、プロペラ５を回転駆動させる推進軸９が軸支される。各スケグ８は、船体２の左右幅方向を分割する船体中心線ＣＬ（図３参照）を基準にして左右対称状に形成されている。すなわち、第１実施形態では、船体２の船尾形状としてツインスケグが採用されている。

船体２内の船首側及び中央部には船倉１０が設けられており、船体２内の船尾側には機関室１１が設けられている。機関室１１には、プロペラ５の駆動源なる推進機構１２が船体中心線ＣＬを挟んだ左右に振り分けて一対配置されている。各推進機構１２から推進軸９に伝達された回転動力にて、各プロペラ５は回転駆動する。機関室１１には、各推進機構１２等への電力供給を制御する電力制御盤１３と、電力制御盤１３を通じて供給する電力を発生させる複数基（本実施形態では３基）の発電機構１４とが設けられている。機関室１１の内部は、甲板及び内底板にて上下に仕切られている。第１実施形態の推進機構１２、電力制御板１３、及び発電機構１４、機関室１１最下段の内底板上に設置されている。なお、詳細は図示していないが、船倉１０は複数の区画に分割されている。

図２及び図３に示すように、推進機構１２は、プロペラ５の駆動源である推進モータ装置１５（実施形態ではデュアルフューエルエンジン）と、推進モータ装置１５の動力を推進軸９に伝達する減速機２２とを組み合わせたものである。また、発電機構１４は、供給する電力を発電する発電機２３と、発電機２３の駆動源である中速エンジン装置２１とを組み合わせたものである。ここで、「中速」のエンジンとは、毎分５００〜１０００回転程度の回転速度で駆動するものを意味している。ちなみに、「低速」のエンジンは毎分５００回転以下の回転速度で駆動し、「高速」のエンジンは毎分１０００回転以上の回転速度で駆動する。実施形態のエンジン装置２１は中速の範囲内（毎分７００〜７５０回転程度）で定速駆動するように構成されている。

エンジン装置２１の後面側からエンジン出力軸２４の後端側が突出している。エンジン出力軸２４の後端側に発電機２３が動力伝達可能に連結されている。発電機構１４では、エンジン装置２１により発電機２３を回転駆動することで、発電機２３が発電電力を電力制御盤１３に送電する。電力制御盤１３は、各発電機２３から送電された電力の一部を、推進モータ装置１５に供給し、推進モータ装置１５を回転駆動させる。また、電力制御盤１３は、各発電機２３による発電電力を、推進モータ装置１５以外の船体２内の電気系統にも供給する。

推進モータ装置１５は、電力制御盤１３からの電力に基づいて、回転駆動する推進モータ装置１５の動力は、モータ出力軸１６の後端側から減速機２２を介して、推進軸９に伝達される。推進モータ装置１５の動力の一部は、減速機２２によって減速されて、推進軸９に伝達される。減速機２２からの減速動力にてプロペラ５が回転駆動する。なお、プロペラ５には、プロペラ羽根の翼角変更によって船速を調節可能な可変ピッチプロペラが採用されている。

次に、上記船舶１における発電機構１４として用いられるエンジン装置であるガスエンジン装置の構成について、図３〜図９を参照して説明する。ガスエンジン装置２１（以下、単に「エンジン装置２１」と呼ぶ）は、天然ガス等の燃料ガスを空気に混合させて燃焼させる予混合燃焼方式により駆動する。図４は、エンジン装置２１における吸排気系統を示す図であり、図５は、エンジン装置２１におけるシリンダヘッド内の模式的に表した概略図であり、図６は、エンジン装置２１における制御ブロック図である。

図３に示すように、エンジン装置２１は、船舶２に設けられたガス燃料タンク３２と気化装置３４及びガスバルブユニット３５を介して接続しており、燃料ガス供給路を構成している。ガス燃料タンク３２は、気体である燃料ガスを液化させた液化燃料ガスを貯蔵している。気化装置３４は、ガス燃料タンク３２の液化燃料（燃料ガス）を気化させ、ガスバルブユニット３５を介してエンジン装置２１に送る。なお、ガスバルブユニット３５では、エンジン装置２１から戻る一部の燃料ガスを回収しており、ユニット内のガス圧を検出することで、ガス漏れなどを確認している。

エンジン装置２１は、主燃料ガス流路３０及び副燃料ガス流路３１によりガスバルブユニット３５と接続している。主燃料ガス流路３０は、主燃料ガス圧力調整器１１０を具備しており、主燃料ガス圧力調整器１１０で、ガスバルブユニット３５からエンジン装置２１に供給する燃料ガスのガス圧を調整している。主燃料ガス流路３０は、主燃料ガス圧力調整器１１０を具備しており、主燃料ガス圧力調整器１１０で、後述のガスインジェクタ９８（図４参照）より主室Ｍ（図６参照）に供給する燃料ガスのガス圧を調整している。また、副燃料ガス流路３１は、副燃料ガス圧力調整器１１１を具備しており、副燃料ガス圧力調整器１１０で、後述のチェックバルブ８９（図６参照）より副室Ｓ（図６参照）に供給する燃料ガスのガス圧を調整している。

エンジン装置２１は、図４に示すように、後述のシリンダブロック２５に複数の気筒（シリンダ）３６（本実施形態では６気筒）を直列に並べた構成を有している。各気筒３６は、シリンダブロック２５内に構成される吸気マニホールド（吸気流路）６７と吸気ポート３７を介して連通している。各気筒３６は、後述のシリンダヘッド２６上方に配置される排気マニホールド（排気流路）４４と排気ポート３８を介して連通している。各気筒３６における吸気ポート３７に、ガスインジェクタ９８を配置する。

従って、吸気マニホールド６７からの空気が、吸気ポート３７を介して各気筒３６に供給される一方、各気筒３６からの排ガスが、排気ポート３８を介して排気マニホールド４４に吐出される。ガスインジェクタ９８から燃料ガスを吸気ポート３７に供給し、吸気マニホールド６７からの空気に燃料ガスを混合して、各気筒３６に予混合ガスを供給する。また、吸気マニホールド６７には、吸気マニホールド６７内の空気圧力を測定する吸気マニホールド圧力センサ３９を配置している。

なお、本実施形態では、吸気マニホールド６７における空気量を吸気マニホールド圧力によるものとするが、これに限定されるものではない。例えば、吸気マニホールド６７に供給される空気流量をマスフローメータ又はオリフィス流量計によって検知し、検知した空気流量を吸気マニホールド６７の空気量としても良い。

排気マニホールド４４の排気出口側に、過給機４９のタービン４９ａの排気入口を接続しており、吸気マニホールド６７の空気入口側（新気入口側）に、インタークーラ５１の空気吐出口（新気出口）を接続している。インタークーラ５１の空気吸入口（新気入口）に、過給機４９のコンプレッサ４９ｂの空気吐出口（新気出口）を接続している。コンプレッサ４９ｂ及びインタークーラ５１の間に、メインスロットル弁Ｖ１を配置しており、メインスロットル弁Ｖ１の弁開度を調節して、吸気マニホールド６７に供給する空気流量を調整する。

コンプレッサ４９ｂをバイパスさせる給気バイパス流路１７が、コンプレッサ４９ｂの空気吸入口（新気入口）側とインタークーラ５１の空気吸入口側とを連結している。すなわち、給気バイパス流路１７は、コンプレッサ４９ｂの空気吸入口よりも上流側で外気に解放される一方で、インタークーラ５１とメインスロットル弁Ｖ１との接続部分に接続される。この給気バイパス流路１７上に、給気バイパス弁Ｖ２を配置しており、給気バイパス弁Ｖ２の弁開度を調節して、メインスロットル弁Ｖ１下流側から給気バイパス流路１７を介して外気へ流れる空気流量を調整する。

上記のように、エンジン装置２１の吸気系統は、吸気マニホールド６７と、インタークーラ５１と、メインスロットル弁Ｖ１と、コンプレッサ４９ｂと、給気バイパス弁Ｖ２とを具備している。エンジン装置２１の吸気系統では、吸気マニホールド６７から空気の流れの上流側に向かって、インタークーラ５１と、メインスロットル弁Ｖ１と、コンプレッサ４９ｂと、が順に配置されている。給気バイパス弁Ｖ２は、コンプレッサ４９ｂをバイパスするバイパス経路である給気バイパス流路１７上に設けられている。また、エンジン装置２１の排気系統は、排気マニホールド４４と、タービン４９ａとを具備しており、排気マニホールド４４から排気ガス流れの下流側に向かって、タービン４９ａが配置されている。

エンジン装置２１は、図６に示すように、シリンダブロック２５内に気筒３６を設置しており、気筒３６内にピストン７８を摺動可能に収納している。シリンダブロック２５上部にシリンダヘッド２６を配置し、シリンダヘッド２６には、着火装置７９を挿入しており、着火装置７９の外周側に吸気弁８０及び排気バルブ８１を摺動可能に設置している。そして、着火装置７９内における、着火装置７９下端側に副室Ｓを形成している。また、着火装置７９に、スパークプラグ８２及びチェックバルブ８９を、各先端が副室Ｓの上方に位置するように挿入している。気筒３６内には、シリンダブロック２５下側とピストン７８頂部で囲まれる主室Ｍを形成する。

すなわち、シリンダブロック２５内には、円筒形状の気筒３６が挿入されており、気筒３６内を上下方向にピストン７８が往復動することで、気筒３６下側のエンジン出力軸２４を回転させる。シリンダブロック２５上のシリンダヘッド２６それぞれには、スパークプラグ８２及びチェックバルブ８９を装填している着火装置７９が、気筒３６に先端を向けて挿入されている。この着火装置７９は、気筒３６の上端面の中心位置に先端を配置しており、チェックバルブ８９が副燃料ガス流路３１と接続されている。従って、エンジン装置２１が駆動するとき、着火装置７９の副室Ｓでチェックバルブ８９から噴射される燃料ガスをスパークプラグ８２の火花で引火させ、気筒３６内の主室Ｍの中心位置に着火火炎（燃焼ガス）を発生させる。

吸気ポート３７には、ガスインジェクタ８９を配置しており、吸気ポート３７内の空気流路にガスインジェクタ８９のガス噴射ノズルが挿入されている。また、ガスインジェクタ８９が主燃料ガス流路３０と接続されている。吸気ポート３７内の空気流路では、ガス噴射ノズル１０３から噴射された燃料ガスが、吸気マニホールド６７から流入する空気に混合される。従って、吸気弁８０を開いたとき、吸気マニホールド６７からの空気にガスインジェクタ８９からの燃料ガスを混合した予混合ガスを、主室Ｍに流入させる。

各シリンダヘッド２６において、吸気弁８０を上下動させることで、吸気ポート３７を開閉し、吸気弁８０を上下動させることで、排気ポート３８を開閉する。すなわち、吸気弁８０が開くことで、吸気ポート３７を通じて吸気マニホールド６７からの空気を気筒３６内の主燃焼室に吸気させる一方で、排気弁８１が開くことで、排気ポート３８を通じて気筒３６内の主燃焼室での燃焼ガス（排気ガス）を排気マニホールド４４へ排気させる。従って、エンジン装置２１が駆動するとき、着火装置７９による着火火炎（燃焼ガス）が発生することで、吸気弁８０を介して気筒３６内の主室Ｍに供給される予混合ガスが反応し、予混合燃焼を発生させる。

すなわち、エンジン装置２１が駆動しているとき、ガスインジェクタ９８が燃料ガスを吸気ポート３７内に噴射する。そのため、吸気ポート３７内では、ガスインジェクタ９８から噴射された燃料ガスが、吸気マニホールド６７から流入する空気に混合される。そして、この空気に燃料ガス混合させた混合ガスは、吸気ポート３７を通じて吸気弁８０に向かって流れることとなる。このとき、吸気弁８０を開くことで、気筒３６内の主室Ｍに混合ガスを吸気させる。そして、吸気弁８０を閉じるとともにピストン７８をスライドさせて主室Ｍ内の混合ガスを圧縮させた後、着火装置７９により着火火炎を主室Ｍ内に噴出させて、主室Ｍ内で混合ガスを燃焼させる。その後、排気弁８１を開くことで、主室Ｍ内の燃焼ガス（排ガス）をシリンダヘッド２６内の排気ポート３８を通じて排気マニホールド４４に排気する。

主燃料ガス流路３０には、流路内の燃料ガスのガス圧力及びガス温度を測定する主燃料ガス圧センサ１１２及び主燃料ガス温度センサ１１３が設置されている。主燃料ガス圧センサ１１２の測定結果に基づいて、ガスインジェクタ９８から吸気ポート３７に供給される燃料ガスの流量が計測される。また、主燃料ガス圧センサ１１３により、ガスインジェクタ８９から供給する燃料ガスの温度が測定される。副燃料ガス流路３１には、流路内の燃料ガスのガス圧力を測定する副燃料ガス圧センサ１１４が設置されており、副燃料ガス圧センサ１１４の測定結果に基づいて、チェックバルブ８９に供給される燃料ガスの流量が計測される。

エンジン装置２１は、図６に示すように、エンジン装置２１の各部を制御するエンジン制御装置７３を有し、気筒３６毎に、スパークプラグ８２及びガスインジェクタ９８を設けている。エンジン制御装置７３は、スパークプラグ８２及びガスインジェクタ９８に制御信号を与えて、スパークプラグ８２による点火、及びガスインジェクタ９８によるガス燃料供給を制御する。

エンジン制御装置７３は、主燃料ガス圧力調整器１１０及び副燃料ガス圧力調整器１１１を制御して、主燃料ガス流路３０及び副燃料ガス流路３１から供給する燃料ガスのガス圧力（ガス流量）を調整する。エンジン制御装置７３は、メインスロットル弁Ｖ１及び給気バイパス弁Ｖ２それぞれに制御信号を与えて、それぞれ弁開度を調節し、吸気マニホールド６７における空気圧力（吸気マニホールド圧力）を調整する。

エンジン制御装置７３は、ワットトランスデューサやトルクセンサなどの負荷測定器（負荷検出センサ）１９による測定信号を受け、エンジン装置２１にかかる負荷を算出する。エンジン制御装置７３は、クランク軸２４の回転数を測定するパルスセンサなどのエンジン回転センサ２０による測定信号を受け、エンジン装置２１のエンジン回転数を検知する。エンジン制御装置７３は、吸気マニホールド６７における空気圧力を測定する吸気マニホールド圧力センサ（圧力センサ）３９より測定信号を受け、吸気マニホールド圧力を検知する。エンジン制御装置７３は、潤滑油温度センサ５３より測定信号を受け、エンジン装置２１内を循環させる潤滑油の潤滑油温度Ｔｊを検知する。

エンジン制御装置７３は、主室燃料ガス圧力Ｐｍを検知する主燃料ガス圧センサ１１２、主燃料ガス温度Ｔｍを検知する主燃料ガス温度センサ１１３、及び副室燃料流量としての副燃料ガス圧力Ｐｓを検知する副燃料ガス圧センサ１１４から測定信号を受ける。エンジン制御装置７３は、主燃料ガス圧センサ１１２及び主燃料ガス温度センサ１１３それぞれからの測定信号に基づいて、主燃料ガス圧力調整器１１０を駆動制御し、各吸気ポート３７のガスインジェクタ９８に供給する主燃料ガス流量を調整する。エンジン制御装置７３は、副燃料ガス圧センサ１１４からの測定信号に基づいて、副燃料ガス圧力調整器１１１を駆動制御し、各着火装置７９のチェックバルブ８９に供給する副燃料ガス流量を調整する。

エンジン制御装置７３は、ガスインジェクタ９８における弁開度を調節して、各気筒３６の主室Ｍ内に供給する燃料ガス流量を設定する。そして、エンジン制御装置７３は、スパークプラグ８２の点火動作を制御して、各気筒３６における燃焼を所定タイミングで発生させる。すなわち、ガスインジェクタ９８が、弁開度に応じた流量の燃料ガスを吸気ポート３７に供給して、吸気マニホールド６７からの空気に混合して、予混合燃料を気筒３６に供給させる。そして、各気筒３６の噴射タイミングに合わせて、スパークプラグ８２により、着火装置７９における副室Ｓ内にチェックバルブ８９から供給される副燃料ガスを着火させる。この着火装置７９で発生した燃焼ガスが主室Ｍ内に噴射され、予混合ガスを供給した気筒３６内で発火させる。

次に、ガスエンジン装置２１（エンジン装置２１）の外観構成について、図７〜図９を参照して説明する。以下の説明において、発電機２３との接続側を後側として、エンジン装置２１の構成における前後左右の位置関係を指定するものとする。

エンジン装置２１は、図７及び図８に示すように、ベース台２７上に据置されるシリンダブロック２５にエンジン出力軸２４を備え、複数のヘッドカバー４０が前後一列に配列されたシリンダヘッド２６をシリンダブロック２５上に搭載している。エンジン装置２１は、シリンダヘッド２６の右側面に、主燃料ガス流路３０の一部である主燃料ガス配管４１をヘッドカバー４０列と平行に延設する一方、シリンダブロック２５の左側面に、副燃料ガス流路３１の一部である副燃料ガス配管４２をヘッドカバー４０列と平行に延設している。

主燃料ガス配管４１の上側において、排気マニホールド（排気流路）４４がヘッドカバー４０列と平行に延設されており、この排気マニホールド４４の外周が遮熱カバー４５で覆われている。遮熱カバー４５は、排気マニホールド４４の外周面及び後端を覆うように構成されている。この遮熱カバー４５と排気マニホールド４４との間に形成される空気層が断熱層として機能するため、排気マニホールド４４からの排熱による周囲の影響を低減させる。また、シリンダブロック２５の左側面に、副燃料ガス配管４２を覆うサイドカバー４３を配置している。

図７〜図９に示すように、排気マニホールド４４の前端（排気出口側）は、排気中継管４８を介して、過給機４９と接続されている。従って、排気マニホールド４４を通じて排気される排気ガスが、排気中継管４８を介して、過給機４９のタービン４９ａに流入することで、タービン４９ａが回転して、タービン４９ａと同軸となるコンプレッサ４９ｂを回転させる。過給機４９は、エンジン装置２１の前端上側に配置されており、その右側にタービン４９ａを、その左側にコンプレッサ４９ｂをそれぞれ有する。そして、排気出口管５０が、過給機４９の右側に配置されるとともに、タービン４９ａの排気出口と連結し、タービン４９ａからの排気ガスを排気させる。

過給機４９の下側には、過給機４９のコンプレッサ４９ｂで圧縮空気を冷却させるインタークーラ５１が配置されている。即ち、シリンダブロック２５の前端側に、インタークーラ５１が設置されるとともに、このインタークーラ５１の上部に過給機４９が載置される。過給機４９の左右中層位置には、コンプレッサ４９ｂの空気吐出口が、後方（シリンダブロック２５側）に向かって開口するようにして設けられている。一方、インタークーラ５１上面には、上方に向かって開口した空気吸入口が設けられており、この空気吸入口を通じて、コンプレッサ４９ｂから吐出される圧縮空気が、インタークーラ５１内部に流入する。そして、コンプレッサ４９ｂの空気吐出口とインタークーラ５１の空気吸入口とは、一端が接続されている給気中継管５２により連通される。この給気中継管５２内部には、メインスロットル弁Ｖ１を軸支している。

過給機４９は、左右それぞれに振り分けて配置されたコンプレッサ４９ｂ及びタービン４９ａを同軸で軸支し、排気中継管４９を通じて排気マニホールド４４から導入されるタービン４９ａの回転に基づき、コンプレッサ４９ｂが回転する。また、過給機４９は、新気取り入れ側となるコンプレッサ４９ｂの左側に、導入する外気を除塵する吸気フィルタ６３と、吸気フィルタ６３とコンプレッサ４９ｂとを接続する新気通路管６４とを備える。これにより、タービン４９ａと同期してコンプレッサ４９ｂが回転することにより、吸気フィルタ６３により吸引された外気（空気）は、過給機４９を通じてコンプレッサ４９ｂに導入される。そして、コンプレッサ４９ｂは、左側から吸引した空気を圧縮して、後側に設置されている給気中継管５２に圧縮空気を吐出する。

給気中継管５２は、その上部前方を開口させて、コンプレッサ４９ｂ後方の吐出口と接続している一方で、その下側を開口させて、インタークーラ５１上面の吸気口と接続している。また、インタークーラ５１は、前面の通気路に設けた分岐口において、給気バイパス管６６（給気バイパス流路１７）の一端と接続しており、インタークーラ５１で冷却した圧縮空気の一部を給気バイパス管６６に吐出する。給気バイパス管６６の他端が、新気通路管６４の前面に設けた分岐口に接続して、インタークーラ５１で冷却された圧縮空気の一部が、給気バイパス管６６を通じて新気通路管６４に環流し、給気フィルタ６３からの外気と合流する。また、給気バイパス管６６は、その中途部に、給気バイパス弁Ｖ２を軸支している。

インタークーラ５１は、給気中継管５２を通じてコンプレッサ４９ｂからの圧縮空気を左側後方から流入させると、給水配管６２から給水される冷却水との熱交換作用に基づいて、圧縮空気を冷却させる。インタークーラ５１内部において、左室で冷却された圧縮空気は、前方の通気路を流れて右室に導入された後、右室後方に設けられた吐出口を通じて、吸気マニホールド６７（図４参照）に吐出される。

また、過給機４９のタービン４９ａは、後方の吸込口を排気中継管４８と接続させており、右側の吐出口を排気出口管５０と接続させている。これにより、過給機４９は、排気中継管４８を介して排気マニホールド４４から排気ガスをタービン４９ａ内部に導入させて、タービン４９ａを回転させると同時にコンプレッサ４９ｂを回転させ、排気ガスを排気出口管５０から排気する。排気中継管４８は、その後方を開口させて、排気マニホールド４４の吐出口と接続している一方で、その前方を開口させて、タービン４９ａ後方の吸込口と接続している。

また、エンジン装置２１各部の動作を制御するエンジン制御装置７３が、支持ステー（支持部材）７４を介して、シリンダブロック２５の後端面に固定される。シリンダブロック２５の後端側には、発電機２３と連結して回転させるフライホイール７６が設置されており、フライホイール７６を覆うフライホイールハウジング７６ａの上部に、エンジン制御装置７３が配置されている。このエンジン制御装置７３は、エンジン装置２１各部におけるセンサ（圧力センサや温度センサ）と電気的に接続して、エンジン装置２１各部の温度データや圧力データ等を収集するとともに、エンジン装置２１各部における電磁弁等に信号を与え、エンジン装置２１の各種動作（プラグ点火、ガス圧調整、弁開度調整、ガス噴射、冷却水温度調整など）を制御する。

上述したように、本実施形態のエンジン装置２１は、過給器４９の空気排出口とインタークーラ５１入口との接続箇所にメインスロットル弁Ｖ１を設けている。また、エンジン装置２１は、過給器４９の空気流入口とインタークーラ５１入口とを結ぶ給気バイパス流路６６を備えるとともに、給気バイパス流路６６に給気バイパス弁Ｖ２を配置している。メインスロットル弁Ｖ１と給気バイパス弁Ｖ２とを備えた構造とすることで、吸気マニホールド６７の空気流量を高精度に制御できるため、負荷変動に対しても、応答性よく空気流量を制御できる。給気バイパス流路６６が過給器４９のコンプレッサ４９ｂと吸気マニホールド６７に対する緩衝流路として機能するため、給気バイパス弁Ｖ２の開度を制御することで、負荷の増減にあわせて最適に空気流量を設定する応答速度を速めることができる。

エンジン制御装置７３は、エンジン負荷が増加したときに、給気バイパス弁Ｖ２の開度制御を実行することで、吸気マニホールド６７に供給する空気流量を設定する。負荷が高いときに、バイパス弁制御を実行することで、メインスロットル弁Ｖ１を通過させる空気流量を最適に制御できるため、吸気マニホールド６７に供給する空気流量の不足を防止できる。これにより、負荷の急上昇に対しても応答性よく空気流量を制御できるため、適正な空燃比を提供することが可能となり、エンジン装置２１の運転を安定なものとできる。

エンジン制御装置７３は、エンジン負荷が減少したときに、給気バイパス弁Ｖ２の開度制御を実行することで、吸気マニホールド６７に供給する空気流量を設定する。低負荷時においてメインスロットル弁Ｖ１のみで制御する場合、過給機４９のコンプレッサ４９ｂ出口側で急激に空気流量が減少することとなり、コンプレッサ４９ｂ内の空気が逆行するサージングが生じるが、給気バイパス弁Ｖ２も同時に制御することで、コンプレッサ４９ｂ出入口の空気圧力を安定させることができ、サージングの発生を防止できる。

また、本実施形態のエンジン装置２１において、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷が低負荷域となるとき、メインスロットル弁Ｖ１に対して開度制御を実行する。一方、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷が中高負荷域となるとき、メインスロットル弁Ｖ１を所定開度とするとともに、給気バイパス弁Ｖ２に対して開度制御を実行する。負荷変動による影響の大きい中高負荷領域において、応答性の良いバイパスバルブ制御を実行するため、負荷変動に対して空気流量の過不足を抑え、エンジン装置２１を円滑に運転できる。

上記エンジン制御装置７３による吸気マニホールド圧力制御の詳細について、図１０のフローチャートを参照して以下に説明する。

エンジン制御装置７３は、図１０に示すように、負荷測定器（負荷検出センサ）１９による測定信号を受けると（ＳＴＥＰ１）、給気バイパス弁Ｖ２の開度制御（バイパス弁制御）を実行しているか否かを確認する（ＳＴＥＰ２）。バイパス弁制御を実行していない場合（ＳＴＥＰ２でＮｏ）、エンジン制御装置７３は、ＳＴＥＰ１で受けた測定信号に基づいて、エンジン負荷Ａｃを所定負荷（第１閾値）Ａｃ１と比較する（ＳＴＥＰ３）。一方、バイパス弁制御を実行している場合（ＳＴＥＰ２でＹｅｓ）、エンジン制御装置７３は、ＳＴＥＰ１で受けた測定信号に基づいて、エンジン負荷Ａｃを所定負荷（第２閾値）Ａｃ２（０＜Ａｃ２＜Ａｃ１）と比較する（ＳＴＥＰ４）。

ＳＴＥＰ３において、エンジン負荷Ａｃが所定負荷Ａｃ１以下の場合（Ｎｏ）、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷Ａｃが低負荷域であるものとし、メインスロットル弁Ｖ１の弁開度に対してフィードバック制御（ＰＩＤ制御）を行う（ＳＴＥＰ５）。このとき、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷に応じた吸気マニホールド圧力の目標値（目標圧力）を設定する。そして、エンジン制御装置７３は、圧力センサ３９からの測定信号を受け、吸気マニホールド圧力の測定値（測定圧力）を確認し、目標圧力との差分を求める。これにより、エンジン制御装置７３は、目標圧力と測定圧力の差分値に基づき、メインスロットル弁Ｖ１の弁開度のＰＩＤ制御を実行し、吸気マニホールド６７の空気圧力を目標圧力に近づける。以下、メインスロットル弁Ｖ１の開度制御を「メイン弁制御」と呼ぶ。

一方、ＳＴＥＰ３において、エンジン負荷Ａｃが所定負荷Ａｃ１を超えた場合（Ｙｅｓ）、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷Ａｃが中高負荷域であるものとし、メインスロットル弁Ｖ１の弁開度を所定開度に固定する（ＳＴＥＰ６）。そして、エンジン制御装置７３は、給気バイパス弁Ｖ２の弁開度に対してフィードバック制御（ＰＩＤ制御）を行う（ＳＴＥＰ７）。このとき、エンジン制御装置７３は、メイン弁制御の場合と同様、圧力センサ３９からの測定信号を受け、目標圧力と測定圧力の差分値に基づき、給気バイパス弁Ｖ２の弁開度のＰＩＤ制御を実行し、吸気マニホールド６７の空気圧力を目標圧力に近づける。

すなわち、エンジン負荷Ａｃが上昇している場合において、所定負荷Ａｃ１を超えたときには、エンジン制御装置７３は、吸気マニホールド圧力の圧力制御として、メイン弁制御からバイパス弁制御に切り換える。また、本実施形態では、負荷上昇時に所定負荷Ａｃ１を超えたとき、ＳＴＥＰ４において、エンジン制御装置７３は、メインスロットル弁Ｖ１を全開とし、給気バイパス弁Ｖ２の開度制御により、給気バイパス流路１７の空気流量を制御して、給気マニホールド圧力を調整する。負荷変動による影響の大きい中高負荷領域において、応答性の良いバイパス弁制御を実行するため、負荷変動に対して空気流量の過不足を抑え、最適な空燃比を設定できる。

ＳＴＥＰ４において、エンジン負荷Ａｃが所定負荷Ａｃ２以上の場合（Ｎｏ）、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷Ａｃが中高負荷域であるものとし、給気バイパス弁Ｖ２の弁開度に対するフィードバック制御（バイパス弁制御）を継続させる（ＳＴＥＰ８）。一方、ＳＴＥＰ４において、エンジン負荷Ａｃが所定負荷Ａｃ２を下回った場合（Ｙｅｓ）、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷Ａｃが低負荷域であるものとし、給気バイパス弁Ｖ２の弁開度を所定開度に固定する（ＳＴＥＰ９）。そして、エンジン制御装置７３は、メインスロットル弁Ｖ１の弁開度に対してフィードバック制御（メイン弁制御）を行う（ＳＴＥＰ１０）。

すなわち、エンジン負荷Ａｃが下降している場合において、所定負荷Ａｃ１より低い所定負荷Ａｃ２を下回ったときには、エンジン制御装置７３は、吸気マニホールド圧力の圧力制御として、メイン弁制御からバイパス弁制御に切り換える。このように、吸気マニホールド圧力の圧力制御の切換について、負荷上昇時と負荷下降時それぞれの閾値にヒステリシスを与えることで、切換動作を円滑に実行できる。

図１１に示すように、本実施形態のエンジン装置２１において、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷Ａｃが増加するとき、エンジン負荷Ａｃが第１閾値Ａｃ１より低い場合に、メインスロットル弁Ｖ１の開度制御を実行しており、エンジン負荷Ａｃが第１閾値Ａｃ１を超えると、メインスロットル弁の開度制御から給気バイパス弁Ｖ２の開度制御に切り換える。一方、エンジン制御装置７３は、エンジン負荷Ａｃが減少するとき、エンジン負荷Ａｃが第１閾値Ａｃ１より低い第２閾値Ａｃ２以上である場合は、給気バイパス弁Ｖ２の開度制御を実行しており、エンジン負荷Ａｃが第２閾値Ａｃ２を下回ると、給気バイパス弁Ｖ２の開度制御からメインスロットル弁Ｖ１の開度制御に切り換える。

メインスロットル弁Ｖ１と給気バイパス弁Ｖ２とを備えた構造とすることで、吸気マニホールド６７の空気流量を高精度に制御できるため、負荷変動に対しても、応答性よく空気流量を制御できる。また、負荷変動による影響の大きい高負荷領域において、応答性の良いバイパス弁制御を実行するため、負荷変動に対して空気流量の過不足が少なく、安定して運転できる。更に、制御切換のための閾値にヒステリシスを設けることにより、制御切換を円滑に実行できる。

次に、エンジン制御装置７３による燃料噴射量（主燃料ガス噴射量）制御について、以下に説明する。エンジン制御装置７３は、図１２に示すように、燃料噴射量マップＭ１を記憶しており、この燃料噴射量マップＭ１に基づいて、ガスインジェクタ４２より噴射させる主燃料ガス流量を決定する。なお、燃料噴射量マップＭ１は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ａｃと燃料流量としての指令燃料噴射量Ｑとの相関を表すものであって、エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ａｃに対して指令燃料噴射量Ｑを決定するものである。

エンジン制御装置７３は、負荷測定器（負荷検出センサ）１９で測定されたエンジン負荷Ａｃと、エンジン回転センサ２０で測定されたエンジン回転数Ｎｅとを受けると、燃料噴射量マップＭ１を参照して、指令燃料噴射量Ｑを決定する。そして、エンジン制御装置７３は、決定した指令燃料噴射量Ｑに対して、主室燃料ガス圧力Ｐｍによる第１補正量ΔＱｐ、主燃料ガス温度Ｐｔによる第２補正量ΔＱｔ、又は潤滑油温度Ｔｊによる第３補正量ΔＱｔｊによる補正演算を実行し、補正噴射量Ｑ１を算出する。従って、ガスインジェクタ４２から噴射される主燃料ガス流量が、エンジン制御装置７３により決定された補正噴射量Ｑ１となるように流量制御される。

エンジン装置２１は、主燃料ガス圧力Ｐｍが上昇すると、主燃料ガスの密度が上昇し、所定エンジン回転数Ｎｅで同じエンジン負荷Ａｃに対応するための必要な燃料噴射量が減少する。そのため、エンジン制御装置７３は、主燃料ガス圧センサ１１２で測定された主燃料ガス圧力Ｐｍを受けると、上記補正噴射量Ｑ１算出のための補正演算において、主燃料ガス圧力Ｐｍの上昇に比例させた第一補正量ΔＱｐによって指令燃料噴射量Ｑを減少させて、補正噴射量Ｑ１を算出する。すなわち、第一補正量ΔＱｐは、主燃料ガス圧力Ｐｍの上昇に比例して減少する補正量である。

エンジン装置２１は、主燃料ガス温度Ｔｍが上昇すると、主燃料ガスの密度が低下し、所定エンジン回転数Ｎｅで同じエンジン負荷Ａｃに対応するための必要な燃料噴射量が増加する。そのため、エンジン制御装置７３は、主燃料ガス温度センサ１１３で測定された主燃料ガス温度Ｔｍを受けると、上記補正噴射量Ｑ１算出のための補正演算において、主燃料ガス温度Ｐｔの上昇に比例させた第二補正量ΔＱｔによって指令燃料噴射量Ｑを増加させて、補正噴射量Ｑ１を算出する。つまり、第二補正量ΔＱｔは、主室燃料ガス温度Ｐｔの上昇に比例して増加する補正量である。

エンジン装置２１は、潤滑油温度Ｔｊが上昇すると、潤滑油の粘度が低下して、所定エンジン回転数Ｎｅで同じエンジン負荷Ａｃに対応するための必要な燃料噴射量が減少する。そのため、エンジン制御装置７３は、潤滑油温度センサ１１５で測定された潤滑油温度Ｔｊを受けると、上記補正噴射量Ｑ１算出のための補正演算において、潤滑油温度Ｔｊの上昇に比例させた第三補正量ΔＱｔｊによって指令燃料噴射量Ｑを減少させて、補正噴射量Ｑ１を算出する。つまり、第三補正量ΔＱｔｊは、潤滑油温度Ｔｊの上昇に比例して減少する補正量である。

エンジン制御装置７３は、上述のメイン弁制御又はバイパス弁制御を実行する際に、エンジン負荷に応じた吸気マニホールド圧力の目標値（目標圧力）Ｐｉｍを設定する。このとき、エンジン制御装置７３は、記憶している目標吸気マニホールド圧力マップＭ２を参照し、目標圧力Ｐｉｍを決定する。目標吸気マニホールド圧力マップＭ２は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ａｃと目標圧力Ｐｉｍとの相関を表すものであって、エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ａｃに対して目標圧力Ｐｉｍを決定するものである。

また、エンジン制御装置７３は、図１３に示すように、決定した燃料噴射量以上の燃料噴射量が必要とされる場合に、目標吸気マニホールド圧力マップＭ２の記憶内容を書き換える。すなわち、エンジン制御装置７３は、負荷測定器１９で測定されたエンジン負荷Ａｃと、エンジン回転センサ２０で測定されたエンジン回転数Ｎｅとにより、ガスインジェクタ９８からの燃料噴射量が不足しているか否かを判定する（ＳＴＥＰ１０１）。そして、ガスインジェクタ９８からの燃料噴射量が不足していると判定した場合（ＳＴＥＰ１０１でＹｅｓ）、エンジン制御装置７３は、目標吸気マニホールド圧力マップＭ２における目標圧力Ｐｉｍが小さくなるように補正して（書き換えて）記憶する（ＳＴＥＰ１０２）。

ガスインジェクタ９８からの燃料噴射量が設定した燃料噴射量に対して多く必要な場合とは、例えば、設定した燃料噴射量ではエンジン負荷Ａｃに対して目標エンジン回転数Ｎｅｍに到達しない、或いは、所定のエンジン回転数Ｎｅと所定のエンジン負荷Ａｃにおいて、燃料噴射量マップによって算出された燃料噴射量Ｑよりも多くの燃料噴射量が必要とされる等の場合である。

このような場合に、目標吸気マニホールド圧力マップＭ２における目標圧力Ｐｉｍが小さくなるように、目標吸気マニホールド圧力マップＭ２内の記憶要素を書き換える。従って、燃料噴射量不足となった場合でも、所定のエンジン回転数Ｎｅと所定のエンジン負荷Ａｃにおける吸気マニホールド圧力を低下させて、必要な燃焼効果が得られる空燃比とできる。すなわち、エンジン装置２１に組成の異なる燃料ガスが供給されると、組成の異なる燃料ガスの発熱量が低いため、通常よりも燃料噴射量が多く必要となる。このとき、目標圧力Ｐｉｍが小さくなるように補正することによって、適正な空気過剰率を実現し、燃料消費の悪化を防止できる。

また、エンジン制御装置７８は、図１４に示すように、目標吸気マニホールド圧力マップＭ２に基づいて決定した目標圧力Ｐｉｍを、潤滑油温度Ｔｊに基づく補正量ΔＰｔｊにより補正演算を実行し、補正目標圧力Ｐｉｍ１を算出する。従って、エンジン制御装置７８は、圧力センサ３９からの測定圧力と補正目標圧力Ｐｉｍ１との差分により、メインスロットル弁Ｖ１又は給気バイパス弁Ｖ２の弁開度に対してＰＩＤ制御を実行する。

エンジン装置２１は、潤滑油温度Ｔｊが上昇すると、冷態（潤滑油温度Ｔｊが低下している状態）では、空気過剰率がリッチ側にシフトするため、燃焼が不安定となって、調速制御ができなくなってエンジンストールに至るおそれがある。そのため、エンジン制御装置７３は、潤滑油温度センサ１１５で測定された潤滑油温度Ｔｊを受けると、上記補正目標圧力Ｐｉｍ１算出のための補正演算において、潤滑油温度Ｔｊの下降に比例させた補正量ΔＰｔｊによって目標圧力Ｐｉｍを増加させて、補正目標圧力Ｐｉｍ１を算出する。この補正目標圧力Ｐｉｍ１に基づき吸気マニホールド６７の圧力制御を実行することで、冷態時であっても適正な空気過剰率を維持できる。

エンジン制御装置７３は、図１５に示すように、負荷測定器１９で測定されたエンジン負荷Ａｃと、エンジン回転センサ２０で測定されたエンジン回転数Ｎｅとを受けると、目標副燃料ガス圧マップＭ３を参照して、目標副燃料ガス圧Ｐｓｍを決定する。目標副燃料ガス圧マップＭ３は、エンジン回転数Ｎｅとエンジン負荷Ａｃと目標副燃料ガス圧Ｐｓｍとの相関を表すものであり、エンジン回転数Ｎｅ及びエンジン負荷Ａｃに対して目標副燃料ガス圧Ｐｓｍを決定するものである。

また、エンジン制御装置７３は、図１５に示すように、決定した燃料噴射量以上の燃料噴射量が必要とされる場合に、目標副燃料ガス圧マップＭ３の記憶内容を書き換える。すなわち、エンジン制御装置７３は、図１３のＳＴＥＰ１０１と同様、負荷測定器１９で測定されたエンジン負荷Ａｃと、エンジン回転センサ２０で測定されたエンジン回転数Ｎｅとにより、ガスインジェクタ９８からの燃料噴射量が不足しているか否かを判定する（ＳＴＥＰ２０１）。そして、ガスインジェクタ９８からの燃料噴射量が不足していると判定した場合（ＳＴＥＰ２０１でＹｅｓ）、エンジン制御装置７３は、目標副燃料ガス圧マップＭ３における目標副燃料ガス圧Ｐｓｍが大きくなるように補正して（書き換えて）記憶する（ＳＴＥＰ２０２）。

エンジン制御装置７３は、ガスインジェクタ９８からの燃料噴射量の不足を判定したときに、目標副燃料ガス圧Ｐｓｍを増加させるように補正する。すなわち、エンジン装置２１に組成の異なる燃料ガスが供給されると、組成の異なる燃料ガスの発熱量が低いため、通常よりも燃料噴射量が多く必要となる。このとき、目標副燃料ガス圧Ｐｓｍが大きくなるように補正することによって、適正な空燃比を実現し、燃料消費の悪化を防止することができる。

エンジン制御装置７３は、低負荷運転状態から高負荷運転状態に遷移する場合に、吸気マニホールド６７の吸気マニホールド圧力が目標圧力Ｐｉｍに達した後に、ガスインジェクタ９８からの燃料噴射量を増加させる。以下では、エンジン制御装置７３が、負荷投入時において、メインスロットル弁Ｖ１に対する開度制御（メイン弁制御）を実行する場合を例に挙げて、制御動作について説明する。図１６は、エンジン制御装置７３による負荷投入時の制御動作を示すフローチャートであり、図１７は、エンジン制御装置７３による負荷投入時の制御動作を示すタイムチャートである。

エンジン制御装置７３は、図１６に示すように、負荷測定器１９で測定されたエンジン負荷Ａｃが所定負荷Ａｃ１０以下で運転しており、かつ、外部より負荷投入指令を受信し、かつ、指令された負荷投入が所定負荷投入率ｒＡｃ１以上であるかを確認する（ＳＴＥＰ３０１）。なお、負荷投入率ｒＡｃとは、エンジン定格負荷に対する投入された負荷の割合である。また、負荷投入指令は、例えば、アクセルレバーなどによりエンジン制御装置７３に入力される。

エンジン制御装置７３は、ＳＴＥＰ３０１における条件が成立したことを確認すると（Ｙｅｓ）、メインスロットル弁Ｖ１の開度Ｄを所定開度ΔＤだけ増加させる（ＳＴＥＰ３０２）。なお、エンジン制御装置７３は、エンジン回転センサ２０で測定されたエンジン回転数Ｎｅと、外部から入力される負荷投入率ｒＡｃとによって、所定開度ΔＤを決定する。そして、エンジン制御装置７３は、圧力センサ３９により測定した吸気マニホールド圧力（測定圧力）Ｐｉが目標吸気マニホールド圧力（目標圧力）Ｐｉｍ以上となったか否かを確認する（ＳＴＥＰ３０３）。

ＳＴＥＰ３０３において、測定圧力Ｐｉが目標圧力Ｐｉｍ以上となると（Ｙｅｓ）、エンジン制御装置７３は、ガスインジェクタ９８からの燃料噴射量を増加させて、噴射させる（ＳＴＥＰ３０４）。実際には、負荷が投入されて、エンジン回転数Ｎｅが低下することにより、ガスインジェクタ９８からの主燃料ガスの噴射量が増加することとなる。なお、測定圧力Ｐｉの状態を確認するＳＴＥＰ３０３の制御動作に代わりに、ＳＴＥＰ３０２において、メインスロットル弁Ｖ１を所定開度ΔＤだけ増加させた後に、所定時間だけ待機させるものとしても構わない。

エンジン制御装置７３が、図１６のフローチャートに従って各部を制御することで、図１７のタイムチャートに示すように、アクセルレバーなどにより、外部から負荷投入指令が入力されると、まず、メインスロットル弁Ｖ１の開度をΔＤだけ増加させる。そして、エンジン制御装置７３が、メイン弁制御を実行した後に、吸気マニホールド圧力Ｐｉが目標吸気マニホールド圧力Ｐｉｍに到達したことを確認すると、ガスインジェクタ９８からの主燃料ガスの噴射量Ｑを増加させる。

なお、説明を簡単にするために、負荷投入時にメイン弁制御により吸気マニホールド６７の圧力が調整される例をあげて説明したが、吸気マニホールド６７の圧力調整のために、メインスロットル弁Ｖ１又は給気バイパス弁Ｖ２を制御する場合であっても、負荷投入指令を受けてから測定圧力が目標圧力以上となった後に、ガスインジェクタ９８からの燃料噴射量を増加させるものとすればよい。

エンジン制御装置７３は、負荷を減少したときにメインスロットル弁Ｖ１の開度を閉じる場合に、メインスロットル弁Ｖ１の開度を段階的に閉じるようにして、メインスロットル弁Ｖ１に対する開度制御を実行する。図１８は、エンジン制御装置７３によるメインスロットル弁Ｖ１に対する開度制御動作を示すフローチャートであり、図１９は、エンジン制御装置７３による負荷低下時の制御動作を示すタイムチャートである。

エンジン制御装置７３は、図１８に示すように、メイン弁制御時において、メインスロットル弁Ｖ１の開度Ｄを目標開度Ｄｍまで減少させる負荷低下指令を受けると（ＳＴＥＰ４０１）、メインスロットル弁Ｖ１の開度Ｄを目標開度Ｄｍに向けて段階的に減少させる（ＳＴＥＰ４０２）。例えば、メインスロットル弁Ｖ１の開度Ｄを段階的に減少させるとは、開度Ｄを１０％／ｓの速度で減少させるものとする。なお、本例における１０％／ｓの速度とは、１秒間に全開を１００％としたとき１０％の開度だけ開度Ｄを減少させる速さである。また、ＳＴＥＰ４０１において、エンジン制御装置７３は、例えば、アクセルレバーによって負荷が軽減され、上記負荷低下指令を受信する。

エンジン制御装置７３は、メインスロットル弁Ｖ１の開度Ｄを段階的に減少させると、圧力センサ３９により測定した吸気マニホールド圧力（測定圧力）Ｐｉが所定圧力値Ｐｉ１以下となったか否かを確認する（ＳＴＥＰ４０３）。そして、吸気マンホールド６７における測定圧力Ｐｉが所定圧力値Ｐｉ１まで低下したことを確認すると（ＳＴＥＰ４０３でＹｅｓ）、エンジン制御装置７３は、メインスロットル弁Ｖ１に対する開度制御を終了する。

エンジン制御装置７３が、図１８のフローチャートに従って各部を制御することで、図１９のタイムチャートに示すように、アクセルレバーなどにより、外部から負荷低下指令が入力されると、メインスロットル弁Ｖ１の開度を段階的に閉じていく。そして、エンジン制御装置７３は、吸気マニホールド圧力Ｐｉが徐々に低下して、所定圧力値Ｐｉ１に到達したことを確認すると、メインスロットル弁Ｖ１の開度を固定して、メインスロットル弁Ｖ１に対する開度制御を終了する。このように、負荷低下時にメインスロットル弁Ｖ１の開度を徐々に閉じることで、コンプレッサ４９ｂにおける空気の通過流量を段階的に減少させるため、過給機４９におけるサージングの発生を防止できる。

その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本願発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。また、本実施形態のエンジン装置は、船体内の電気系統に電力を供給するための発電装置や陸上の発電施設における駆動源として構成するなど、上述の推進兼発電機構以外の構成においても適用可能である。

１船舶
２船体
４ファンネル
５プロペラ
９推進軸
１１機関室
１２推進兼発電機構
１７給気バイパス流路
１９負荷測定器
２０エンジン回転センサ
２１エンジン装置（ガスエンジン装置）
２２減速機
２３発電機
２４出力軸（クランク軸）
２５シリンダブロック
２６シリンダヘッド
３０主燃料ガス流路
３１副燃料ガス流路
３６気筒
３７吸気ポート
３８排気ポート
３９圧力センサ
４０ヘッドカバー
４１主燃料ガス配管
４２副燃料ガス配管
４３サイドカバー
４４排気マニホールド
４５遮熱カバー
４８排気中継管
４９過給機
４９ａタービン
４９ｂコンプレッサ
５１インタークーラ
６３吸気フィルタ
６４新気通路管
６６給気バイパス管
６７吸気マニホールド
７３エンジン制御装置
７９着火装置
８０吸気弁
８１排気弁
８２スパークプラグ
８９チェックバルブ
９８ガスインジェクタ
１１０主燃料ガス圧力調整器
１１１副燃料ガス圧力調整器
１１２主燃料ガス圧センサ
１１３主燃料ガス温度センサ
１１４副燃料ガス圧センサ
１１５潤滑油温度センサ
Ｖ１吸気スロットル弁
Ｖ２給気バイパス弁
Ｖ３排気バイパス弁

Claims

シリンダ内へ空気を供給させる吸気マニホールドと、前記シリンダからの排気ガスを排気させる排気マニホールドと、前記吸気マニホールドから供給される空気に燃料ガスを混合させて前記シリンダに吸気するガスインジェクタと、前記排気マニホールドからの排気ガスにより空気を圧縮する過給器と、該過給器で圧縮された圧縮空気を冷却して前記吸気マニホールドに供給するインタークーラとが備えられたエンジン装置において、
前記過給器の空気排出口と前記インタークーラ入口との接続箇所にメインスロットル弁が設けられており、
前記過給器の空気流入口と前記インタークーラ入口とを結ぶ給気バイパス流路が備えられるとともに、前記給気バイパス流路にバイパス弁が配置されており、
前記バイパス弁の開度制御が実行されているか否が確認され、
前記バイパス弁の開度制御が実行されていない場合で、前記エンジン負荷が第１閾値以下である場合に、前記メインスロットル弁の開度制御が実行され、前記エンジン負荷が第１閾値を超えると、前記メインスロットル弁が所定開度に固定され、前記メインスロットル弁の開度制御から前記バイパス弁の開度制御に切り換えられる一方、
前記バイパス弁の開度制御が実行されている場合で、前記エンジン負荷が前記第１閾値より低い第２閾値以上である場合は、前記バイパス弁の開度制御が継続して実行され、前記エンジン負荷が第２閾値を下回ると、前記バイパス弁の開度が所定開度に固定され、前記バイパス弁の開度制御から前記メインスロットル弁の開度制御に切り換えられることを特徴とするエンジン装置。