JP2011127544A - Gas engine control device - Google Patents

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Ryoichi Hagiwara
良一 萩原
Toru Takemoto
徹 武本
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  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a gas engine control device capable of controlling a combustion time of an air-fuel mixture in a specific time, regardless of a change with time. <P>SOLUTION: This gas engine control device includes an engine speed control part 111b for controlling the opening of a throttle valve 23 based on the deviation between an engine speed Ne and an engine speed command value NeO, an air-fuel mixture flow rate control part 111c for determining an air-fuel mixture flow rate command value QmixO from a load Ld and the engine speed command value NeO, calculating a viscosity corrected actual air-fuel mixture flow rate QmixR based on the air-fuel mixture temperature Tmix, air-fuel mixture pressure Pmix and the engine speed Ne and controlling the opening of a fuel gas control valve 42 based on the deviation between the air-fuel mixture flow rate command value QmixO and the viscosity corrected actual air-fuel mixture flow rate QmixR, and a discharge timing control part 111d for determining an exhaust temperature command value TgO from the air-fuel mixture flow rate command value QmixO and controlling timing when an ignition plug 16 discharges based on the deviation between an exhaust temperature command value TgO and the exhaust temperature Tg. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、ガスエンジン制御装置に関する。   The present invention relates to a gas engine control device.

従来、天然ガス、都市ガス等の燃料ガスを用いて燃焼運転するガスエンジンは、ノッキングが発生したり失火したりしない最適な燃焼状態を維持し、排気に含まれるNOx等を抑制するために、使用される燃料ガスの特性に応じて最適な外気(空気)の流量と燃料ガスの流量との比(外気の流量/燃料ガスの流量)(以下、単に「空燃比」という)に調整するガスエンジン制御装置が知られている。   Conventionally, a gas engine that uses a fuel gas such as natural gas or city gas to perform combustion operation maintains an optimal combustion state in which knocking or misfire does not occur, and in order to suppress NOx and the like contained in exhaust gas, Gas that is adjusted to a ratio between the flow rate of the outside air (air) and the flow rate of the fuel gas (outside air flow rate / fuel gas flow rate) (hereinafter simply referred to as “air-fuel ratio”) according to the characteristics of the fuel gas used Engine control devices are known.

このようなガスエンジン制御装置において、例えば特許文献1のように、ガスエンジンが目標とする回転数、および出力から決定される燃料ガスの流量(以下、単に「燃料ガス流量指令値」という)に、最適な空燃比で外気が混合された給気(以下、単に「混合気」という)の流量(以下、単に「混合気流量指令値」という)を算出し、混合気温度や混合気圧力から算出される混合気の流量(以下、単に「実混合気流量」という)と混合気流量指令値との偏差に基づいて、スロットルバルブの目標開度を設定する空燃比制御行程を備えるものがある。このように、ガスエンジン制御装置によって混合気を適正な空燃比に制御することで、排気中に含まれるNOx等を抑制するものである。   In such a gas engine control device, for example, as disclosed in Patent Document 1, the flow rate of fuel gas determined from the target rotation speed and output of the gas engine (hereinafter simply referred to as “fuel gas flow rate command value”). Calculate the flow rate (hereinafter simply referred to as “mixture flow rate command value”) of the supply air (hereinafter simply referred to as “mixture”) mixed with outside air at the optimum air-fuel ratio, and calculate it from the mixture temperature and mixture pressure. Some have an air-fuel ratio control process for setting a target opening of the throttle valve based on a deviation between the calculated flow rate of the air-fuel mixture (hereinafter simply referred to as “actual air-fuel flow rate”) and the air-fuel flow rate command value. . In this way, NOx and the like contained in the exhaust gas are suppressed by controlling the air-fuel mixture to an appropriate air-fuel ratio by the gas engine control device.

しかし、一般にガスエンジンは、経時変化によって、点火プラグのプラグギャップが拡大したり、シリンダ内に堆積するスス等によってシリンダの容積が減少したりする。これにより、点火プラグによる混合気への点火性が向上するとともに、ピストンの圧縮行程における燃焼室内の温度が上昇するため、混合気の燃焼が急速になり燃焼時間が短くなる。よって、ピストンが上死点近傍の位置(高圧縮比の状態)にある間に混合気が急速に燃焼するため、燃焼時における燃焼室の圧力、および温度は、経時変化前の燃焼時における燃焼室の圧力、および温度よりも高温、高圧になる。この結果、混合気中の酸素と窒素との反応が促進されNOxの排出量が増加する。   However, in general, in a gas engine, the plug gap of the spark plug expands with time, and the volume of the cylinder decreases due to soot accumulated in the cylinder. This improves the ignitability of the air-fuel mixture by the spark plug and increases the temperature in the combustion chamber during the compression stroke of the piston, so that the air-fuel mixture burns rapidly and the combustion time is shortened. Therefore, the air-fuel mixture burns rapidly while the piston is in the position near the top dead center (high compression ratio state), so the pressure and temperature of the combustion chamber at the time of combustion are the combustion at the time of combustion before the change with time. It becomes higher and higher than the pressure and temperature of the chamber. As a result, the reaction between oxygen and nitrogen in the air-fuel mixture is promoted, and the amount of NOx emission increases.

この場合、混合気の空燃比を希薄側に制御し、燃焼時における燃焼室の圧力、および温度の上昇を抑制することで、NOxの排出量を低減させることができる。一方、混合気が短時間で燃焼を完了するため、排気温度は、経時変化前の排気温度よりも低下する。さらに、混合気の空燃比を希薄側に制御して燃焼時の温度を低下させることで排気温度がさらに低下する。従って、排気の熱によって加熱されている触媒の温度も低下し、触媒がNOx等を還元する能力が低下する点で不利であった。   In this case, the amount of NOx emission can be reduced by controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to the lean side and suppressing the increase in the pressure and temperature of the combustion chamber during combustion. On the other hand, since the air-fuel mixture completes combustion in a short time, the exhaust temperature is lower than the exhaust temperature before the change with time. Further, the exhaust gas temperature is further lowered by controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to the lean side to lower the temperature during combustion. Therefore, the temperature of the catalyst heated by the heat of the exhaust also decreases, which is disadvantageous in that the ability of the catalyst to reduce NOx and the like decreases.

特開2009−57872号公報JP 2009-57872 A

本発明は係る課題を鑑みてなされたものであり、経時変化によって混合気への点火性が向上したり、圧縮行程における燃焼室の温度が上昇したりしても、混合気の燃焼時間を一定の時間に制御することができるガスエンジン制御装置の提供を目的とする。   The present invention has been made in view of such problems, and the combustion time of the air-fuel mixture is kept constant even when the ignitability of the air-fuel mixture is improved due to changes over time or the temperature of the combustion chamber in the compression stroke rises. It is an object of the present invention to provide a gas engine control device that can be controlled at a predetermined time.

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。   The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.

即ち、請求項1の発明は、混合気温度を検出する混合気温度検出手段と、混合気圧力を検出する混合気圧力検出手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、排気温度を検出する排気温度検出手段と、エンジンに駆動される負荷装置に投入された負荷からエンジン回転数指令値を決定し、検出されたエンジン回転数と決定されたエンジン回転数指令値との偏差に基づいてスロットル弁の開度を制御するエンジン回転数制御手段と、前記負荷装置に投入された負荷、および決定されたエンジン回転数指令値から混合気流量指令値を決定し、検出された混合気温度、検出された混合気圧力、検出されたエンジン回転数、に基づいて実混合気流量を算出し、決定された混合気流量指令値と算出された実混合気流量との偏差に基づいて燃料ガス制御弁の開度を制御する混合気流量制御手段と、決定された混合気流量指令値から排気温度指令値を決定し、決定された排気温度指令値と検出された排気温度との偏差に基づいて点火プラグが放電する時期を制御する放電時期制御手段と、を具備するものである。   That is, the invention of claim 1 is a mixture temperature detecting means for detecting the mixture temperature, a mixture pressure detecting means for detecting the mixture pressure, an engine speed detecting means for detecting the engine speed, and an exhaust temperature. The engine speed command value is determined from the exhaust temperature detecting means for detecting the engine load and the load applied to the load device driven by the engine, and the deviation between the detected engine speed and the determined engine speed command value is determined. Based on the engine speed control means for controlling the opening degree of the throttle valve based on the load, the load supplied to the load device, and the determined engine speed command value, the mixture flow rate command value is determined, and the detected mixture The actual mixture flow rate is calculated based on the temperature, the detected mixture pressure, and the detected engine speed, and based on the deviation between the determined mixture flow rate command value and the calculated actual mixture flow rate. Mixture flow rate control means for controlling the opening degree of the fuel gas control valve, and an exhaust temperature command value is determined from the determined mixture flow rate command value, and the deviation between the determined exhaust temperature command value and the detected exhaust temperature Discharge timing control means for controlling the timing at which the spark plug discharges based on the above.

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。   As effects of the present invention, the following effects can be obtained.

請求項1においては、燃料ガス制御弁の開度を制御することで混合気流量を制御するとともに、排気温度が所定の温度になるように点火プラグの放電時期を制御することで、混合気の燃焼時間を一定の時間に制御することができる。この結果、経時変化によって混合気への点火性が向上したり、圧縮行程における燃焼室の温度が上昇したりしても、混合気の燃焼時における燃焼室の圧力、および温度の上昇が抑制される。これにより、ガスエンジンから排出されるNOx濃度を目標NOx濃度に維持することができる。   According to the first aspect of the present invention, the flow rate of the air-fuel mixture is controlled by controlling the opening degree of the fuel gas control valve, and the discharge timing of the spark plug is controlled so that the exhaust gas temperature becomes a predetermined temperature. The combustion time can be controlled to a fixed time. As a result, even if the ignitability of the air-fuel mixture improves due to changes over time or the temperature of the combustion chamber rises during the compression stroke, the increase in the pressure and temperature of the combustion chamber during combustion of the air-fuel mixture is suppressed. The Thereby, the NOx concentration discharged from the gas engine can be maintained at the target NOx concentration.

本発明の一実施形態に係るガスエンジンの構成を示す図。The figure which shows the structure of the gas engine which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の制御行程を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the control process of the gas engine control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置のエンジン回転数制御行程を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the engine speed control process of the gas engine control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の混合気流量制御行程を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the air-fuel | gaseous mixture flow rate control process of the gas engine control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の放電時期制御行程を示すフローチャート図。The flowchart figure which shows the discharge timing control process of the gas engine control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. (a)本発明の一実施形態に係るガスエンジンの経時変化による排気温度の変化を表すグラフを示す図。(b)本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の放電時期制御行程による燃焼時間の変化を表すグラフを示す図。(A) The figure which shows the graph showing the change of the exhaust temperature by the time-dependent change of the gas engine which concerns on one Embodiment of this invention. (B) The figure which shows the graph showing the change of the combustion time by the discharge timing control process of the gas engine control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. (a)本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置による放電時期制御行程において排気温度を維持する制御態様を表すグラフを示す図。(b)本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置による放電時期制御行程においてNOx濃度を維持する制御態様を表すグラフを示す図。(A) The figure which shows the graph showing the control aspect which maintains exhaust gas temperature in the discharge timing control process by the gas engine control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. (B) The figure which shows the graph showing the control aspect which maintains a NOx density | concentration in the discharge timing control process by the gas engine control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の放電時期制御行程によるNOx濃度の変化を表すグラフを示す図。The figure which shows the graph showing the change of NOx density | concentration by the discharge timing control process of the gas engine control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention.

以下に、図1を用いて、本発明のガスエンジン制御装置の一実施形態に係るガスエンジン制御装置100と、このガスエンジン制御装置100を適用した内燃機関であるガスエンジン1とについて説明する。なお、本実施形態における「上流側」とは混合気の流れ方向における上流側を示し、「下流側」とは混合気の流れ方向における下流側を示す。またピストン13が混合気を圧縮する方向を上方向として上下を規定する。   Hereinafter, a gas engine control apparatus 100 according to an embodiment of the gas engine control apparatus of the present invention and a gas engine 1 that is an internal combustion engine to which the gas engine control apparatus 100 is applied will be described with reference to FIG. In this embodiment, “upstream side” indicates the upstream side in the flow direction of the air-fuel mixture, and “downstream side” indicates the downstream side in the flow direction of the air-fuel mixture. Further, the upper and lower directions are defined with the direction in which the piston 13 compresses the air-fuel mixture as the upward direction.

図1に示すように、ガスエンジン1は、単気筒エンジンまたは多気筒エンジンであり、天然ガス等の燃料ガスを用いて燃焼運転するものである。ガスエンジン1は、主にエンジン本体10、給気経路20、排気経路30、燃料ガス供給経路40、を具備する。ガスエンジン1は、その図示しない出力軸が外部アプリケーションである発電機50と連結され、発電機50を稼動させるように構成される。なお、ガスエンジン1が稼動させる外部アプリケーションは、本実施形態において、発電機50に限定するものではない。   As shown in FIG. 1, the gas engine 1 is a single-cylinder engine or a multi-cylinder engine, and performs a combustion operation using a fuel gas such as natural gas. The gas engine 1 mainly includes an engine body 10, an air supply path 20, an exhaust path 30, and a fuel gas supply path 40. The gas engine 1 is configured such that an output shaft (not shown) is connected to a generator 50 that is an external application, and the generator 50 is operated. In addition, the external application which the gas engine 1 operates is not limited to the generator 50 in this embodiment.

エンジン本体10は、その主たる構成部材であるシリンダブロック11の上部にシリンダヘッド12が固設される。エンジン本体10は、シリンダブロック11に形成されるシリンダ10a内にピストン13が摺動自在に収納され、シリンダ10a内におけるピストン13の上側方に燃焼室14が構成される。シリンダヘッド12には、給気経路20と燃焼室14とを連通又は遮断する給気バルブ15、燃焼室14に供給された混合気に着火する点火プラグ16、および排気経路30と燃焼室14とを連通又は遮断する排気バルブ17が具備される。また、エンジン本体10には、ピストン13とコンロッド18を介して連結されるクランク軸19が回動自在に支持される。エンジン本体10は、クランク軸19によってピストン13の往復運動を回転運動に変換し、図示しない出力軸を介して発電機50に出力可能に構成される。   The engine main body 10 has a cylinder head 12 fixed to an upper portion of a cylinder block 11 which is a main constituent member. In the engine main body 10, a piston 13 is slidably housed in a cylinder 10a formed in a cylinder block 11, and a combustion chamber 14 is formed above the piston 13 in the cylinder 10a. The cylinder head 12 includes an air supply valve 15 that communicates or blocks the air supply path 20 and the combustion chamber 14, an ignition plug 16 that ignites the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 14, and an exhaust path 30 and the combustion chamber 14. Is provided with an exhaust valve 17 for communicating or shutting off. A crankshaft 19 connected to the engine body 10 via a piston 13 and a connecting rod 18 is rotatably supported. The engine body 10 is configured to convert the reciprocating motion of the piston 13 into a rotational motion by the crankshaft 19 and to output to the generator 50 via an output shaft (not shown).

給気経路20は、エンジン本体10に、外気と燃料ガスとの混合気を供給するものである。給気経路20は、給気管21、ベンチュリ22、およびスロットル弁23等を具備する。   The air supply path 20 supplies an air-fuel mixture of outside air and fuel gas to the engine body 10. The air supply path 20 includes an air supply pipe 21, a venturi 22, a throttle valve 23, and the like.

給気管21は、給気経路20の主たる構造部材である。給気管21は、一方が給気バルブ15を介してエンジン本体10の燃焼室14と連通され、他方が大気解放される。よって、給気管21は、外気を燃焼室14内に供給可能に構成される。給気管21には、その途中部に燃料ガス供給経路40が接続される。   The air supply pipe 21 is a main structural member of the air supply path 20. One of the air supply pipes 21 communicates with the combustion chamber 14 of the engine body 10 via the air supply valve 15 and the other is released to the atmosphere. Therefore, the supply pipe 21 is configured to be able to supply outside air into the combustion chamber 14. A fuel gas supply path 40 is connected to the supply pipe 21 in the middle thereof.

ベンチュリ22は、燃料ガス供給経路40内の燃料ガスと給気管21内の空気(外気)との間に差圧を生じさせるものである。ベンチュリ22は、給気管21内の燃料ガス供給経路40の接続部分に備えられる。ベンチュリ22は、給気管21内に生じさせた差圧によって燃料ガス供給経路40内の燃料ガスを給気管21内に供給可能に構成される。   The venturi 22 generates a differential pressure between the fuel gas in the fuel gas supply path 40 and the air (outside air) in the air supply pipe 21. The venturi 22 is provided at a connection portion of the fuel gas supply path 40 in the air supply pipe 21. The venturi 22 is configured to be able to supply the fuel gas in the fuel gas supply path 40 into the air supply pipe 21 by the differential pressure generated in the air supply pipe 21.

スロットル弁23は、混合気の流量を変更するものである。スロットル弁23は、給気管21内のベンチュリ22の下流側方に備えられる。スロットル弁23は、電動モータ等のアクチュエータにより開閉可能な自動弁から構成される。スロットル弁23は、その開度を調整することで、エンジン本体10に供給される混合気の流量を変更することができる。   The throttle valve 23 changes the flow rate of the air-fuel mixture. The throttle valve 23 is provided on the downstream side of the venturi 22 in the air supply pipe 21. The throttle valve 23 is an automatic valve that can be opened and closed by an actuator such as an electric motor. The throttle valve 23 can change the flow rate of the air-fuel mixture supplied to the engine body 10 by adjusting the opening thereof.

排気経路30は、エンジン本体10から排出される排気を、NOxの還元処理等を施した後に、外部に排出するものである。排気経路30は、排気管31、図示しないフィルタ、および酸化触媒等を具備する。   The exhaust path 30 is for exhausting the exhaust discharged from the engine body 10 to the outside after performing a NOx reduction process or the like. The exhaust path 30 includes an exhaust pipe 31, a filter (not shown), an oxidation catalyst, and the like.

排気管31は、排気経路30の主たる構造部材である。排気管31は、一方が排気バルブ17を介してエンジン本体10の燃焼室14と連通され、他方が図示しないフィルタ、および酸化触媒等を介して大気解放される。よって、排気管31は、燃焼室14内の排気を外部に排出可能に構成される。   The exhaust pipe 31 is a main structural member of the exhaust path 30. One of the exhaust pipes 31 communicates with the combustion chamber 14 of the engine body 10 via the exhaust valve 17, and the other is released to the atmosphere via a filter, an oxidation catalyst, etc. (not shown). Therefore, the exhaust pipe 31 is configured to be able to exhaust the exhaust gas in the combustion chamber 14 to the outside.

燃料ガス供給経路40は、給気経路20に燃料ガスを供給するものである。燃料ガス供給経路40は、燃料ガス供給管41、燃料ガス制御弁42等を具備する。   The fuel gas supply path 40 supplies fuel gas to the air supply path 20. The fuel gas supply path 40 includes a fuel gas supply pipe 41, a fuel gas control valve 42, and the like.

燃料ガス供給管41は、給気経路20の主たる構造部材である。燃料ガス供給管41は、一方が給気経路20の給気管21に接続され、他方が燃料ガスを貯蔵している図示しない燃料ガスタンクに接続される。よって、燃料ガス供給管41は、図示しない燃料ガスタンク内の燃料ガスを給気管21内に供給可能に構成される。   The fuel gas supply pipe 41 is a main structural member of the air supply path 20. One of the fuel gas supply pipes 41 is connected to the air supply pipe 21 of the air supply path 20, and the other is connected to a fuel gas tank (not shown) that stores fuel gas. Therefore, the fuel gas supply pipe 41 is configured to be able to supply fuel gas in a fuel gas tank (not shown) into the air supply pipe 21.

燃料ガス制御弁42は、燃料ガスを供給、または供給停止し、燃料ガスの流量を変更するものである。燃料ガス制御弁42は、燃料ガス供給管41の途中部に備えられる。燃料ガス制御弁42は、電動モータ等のアクチュエータにより開閉可能な自動弁から構成される。燃料ガス制御弁42は、弁の開閉により給気経路20に燃料ガスを供給、または供給停止し、弁の開度を調整することで供給される燃料ガスの流量を変更することができる。   The fuel gas control valve 42 supplies or stops supplying fuel gas, and changes the flow rate of the fuel gas. The fuel gas control valve 42 is provided in the middle of the fuel gas supply pipe 41. The fuel gas control valve 42 is an automatic valve that can be opened and closed by an actuator such as an electric motor. The fuel gas control valve 42 can change the flow rate of the supplied fuel gas by supplying or stopping the supply of the fuel gas to the air supply path 20 by opening and closing the valve and adjusting the opening of the valve.

図1に示すように、ガスエンジン制御装置100は、ガスエンジン1の運転を制御するものである。ガスエンジン制御装置100は、主としてECU110、エンジン回転数検出手段であるエンジン回転数検出センサー120、混合気温度検出手段である混合気温度検出センサー130、混合気圧力検出手段である混合気圧力検出センサー140、および排気温度検出手段である排気温度検出センサー150を具備する。   As shown in FIG. 1, the gas engine control device 100 controls the operation of the gas engine 1. The gas engine control apparatus 100 includes an ECU 110, an engine speed detection sensor 120 as engine speed detection means, a mixture temperature detection sensor 130 as mixture temperature detection means, and a mixture pressure detection sensor as mixture pressure detection means. 140, and an exhaust temperature detection sensor 150 which is an exhaust temperature detection means.

ECU110は、ガスエンジン1の制御を行うための種々のプログラムや空燃比マップM1、排気温度マップM2、排気温度Tgと点火プラグ16が放電するクランク軸19の角度である放電角度Degとの関係を示す放電角度マップM3、充填効率η、およびガスエンジン1の行程容積V等のデータが格納され、これらのプログラム等を展開することができ、これらのプログラム等に従って所定の演算を行うことができ、当該演算の結果等を記憶することができる。 The ECU 110 performs various programs for controlling the gas engine 1 and the relationship between the air-fuel ratio map M1, the exhaust gas temperature map M2, the exhaust gas temperature Tg, and the discharge angle Deg, which is the angle of the crankshaft 19 that the spark plug 16 discharges. Data such as the discharge angle map M3, the charging efficiency η c , and the stroke volume V s of the gas engine 1 are stored, and these programs can be developed, and predetermined calculations can be performed according to these programs and the like. The result of the calculation can be stored.

ECU110は、実体的には、CPU、ROM、RAM、HDD等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのLSI等からなる構成であってもよい。本実施形態においては専用品で達成することも、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。ECU110は、主として制御部111、入力部112、出力部113、等を具備する。   The ECU 110 may actually have a configuration in which a CPU, a ROM, a RAM, an HDD, and the like are connected by a bus, or may be configured by a one-chip LSI or the like. In the present embodiment, it can be achieved by using a dedicated product or by storing the above-described program in a commercially available personal computer or workstation. The ECU 110 mainly includes a control unit 111, an input unit 112, an output unit 113, and the like.

制御部111は、機能的には記憶部111a、エンジン回転数制御手段であるエンジン回転数制御部111b、混合気流量制御手段である混合気流量制御部111c、および放電時期制御手段である放電時期制御部111dを具備する。実体的には、制御部111が、記憶部111aに格納されたプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、記憶部111a、エンジン回転数制御部111b、および混合気流量制御部111c、および放電時期制御部111dとしての機能を果たす。   The control unit 111 functionally includes a storage unit 111a, an engine speed control unit 111b which is an engine speed control unit, an air-fuel mixture flow control unit 111c which is an air-fuel flow rate control unit, and a discharge timing which is a discharge timing control unit. A control unit 111d is provided. Substantially, the control unit 111 performs a predetermined calculation or the like according to a program stored in the storage unit 111a, so that the storage unit 111a, the engine speed control unit 111b, the mixture flow rate control unit 111c, and the discharge timing. It functions as the control unit 111d.

制御部111のうち、記憶部111a、およびエンジン回転数制御部111bが協働することにより、本発明に係るガスエンジン制御装置100の実施の一形態を構成する各行程が行われる。制御部111のうち、記憶部111a、および混合気流量制御部111cが協働することにより、本発明に係るガスエンジン制御装置100の実施の一形態を構成する各行程が行われる。制御部111のうち、記憶部111a、および放電時期制御部111dが協働することにより、本発明に係るガスエンジン制御装置100の実施の一形態を構成する各行程が行われる。
記憶部111a、エンジン回転数制御部111b、混合気流量制御部111c、および放電時期制御部111dのそれぞれの具体的な機能については、後述する。
Of the control unit 111, the storage unit 111a and the engine speed control unit 111b cooperate to perform each process constituting one embodiment of the gas engine control device 100 according to the present invention. Of the control unit 111, the storage unit 111a and the air-fuel mixture flow rate control unit 111c cooperate to perform each process constituting one embodiment of the gas engine control device 100 according to the present invention. Of the control unit 111, the storage unit 111a and the discharge timing control unit 111d cooperate to perform each process constituting one embodiment of the gas engine control device 100 according to the present invention.
Specific functions of the storage unit 111a, the engine speed control unit 111b, the mixture flow rate control unit 111c, and the discharge timing control unit 111d will be described later.

入力部112は、制御部111と接続され、制御部111にエンジン回転数検出センサー120、混合気温度検出センサー130、混合気圧力検出センサー140、および指令値設定手段である発電機50からの信号や指令値等が入力されるものである。   The input unit 112 is connected to the control unit 111, and signals from the engine speed detection sensor 120, the mixture temperature detection sensor 130, the mixture pressure detection sensor 140, and the generator 50 that is a command value setting unit are connected to the control unit 111. And command values are input.

出力部113は、制御部111と接続され、燃料ガス制御弁42、およびスロットル弁23、点火プラグ16に対して制御部111からの信号を出力するものである。   The output unit 113 is connected to the control unit 111, and outputs signals from the control unit 111 to the fuel gas control valve 42, the throttle valve 23, and the spark plug 16.

エンジン回転数検出センサー120は、エンジン回転数Neを検出するものである。エンジン回転数検出センサー120は、ロータリーエンコーダ等から構成され、ガスエンジン1のクランク軸19に設けられる。また、エンジン回転数検出センサー120は、同時にクランク軸19の角度、すなわちクランク角度を検出することが可能に構成される。なお、エンジン回転数検出センサー120は、本実施形態において、ロータリーエンコーダとしているが、これに特に限定するものではなく、エンジン回転数Ne、およびクランク角度を検出することができるものであればよい。   The engine speed detection sensor 120 detects the engine speed Ne. The engine speed detection sensor 120 includes a rotary encoder or the like, and is provided on the crankshaft 19 of the gas engine 1. Further, the engine speed detection sensor 120 is configured to be able to detect the angle of the crankshaft 19, that is, the crank angle at the same time. In this embodiment, the engine speed detection sensor 120 is a rotary encoder. However, the engine speed detection sensor 120 is not particularly limited as long as it can detect the engine speed Ne and the crank angle.

混合気温度検出センサー130は、混合気温度Tmixを検出するものである。混合気温度検出センサー130は、給気管21の途中部であってスロットル弁23よりも下流側に配置される。なお、混合気温度検出センサー130を配置する位置や混合気温度検出センサー130の数は、本実施形態において、特に限定するものではなく、混合気温度Tmixを適宜検出することができる構成であればよい。   The mixture temperature detection sensor 130 detects the mixture temperature Tmix. The air-fuel mixture temperature detection sensor 130 is arranged in the middle of the air supply pipe 21 and downstream of the throttle valve 23. The position where the mixture temperature detection sensors 130 are arranged and the number of the mixture temperature detection sensors 130 are not particularly limited in the present embodiment, and any configuration can be used as long as the mixture temperature Tmix can be detected as appropriate. Good.

混合気圧力検出センサー140は、混合気圧力Pmixを検出するものである。混合気圧力検出センサー140は、給気管21の途中部であって混合気温度検出センサー130の近傍に配置される。なお、混合気圧力検出センサー140を配置する位置や混合気圧力検出センサー140の数は、本実施形態において、特に限定するものではなく、混合気圧力Pmixを適宜検出することができる構成であればよい。   The mixture pressure detection sensor 140 detects the mixture pressure Pmix. The mixture pressure detection sensor 140 is disposed in the middle of the supply pipe 21 and in the vicinity of the mixture temperature detection sensor 130. Note that the positions at which the mixture pressure detection sensors 140 are arranged and the number of the mixture pressure detection sensors 140 are not particularly limited in the present embodiment, and any configuration that can appropriately detect the mixture pressure Pmix is possible. Good.

排気温度検出センサー150は、排気温度Tgを検出するものである。排気温度検出センサー150は、排気管31の途中部に配置される。なお、排気温度検出センサー150を配置する位置や排気温度検出センサー150の数は、本実施形態において、特に限定するものではなく、排気温度Tgを適宜検出することができる構成であればよい。   The exhaust temperature detection sensor 150 detects the exhaust temperature Tg. The exhaust temperature detection sensor 150 is disposed in the middle of the exhaust pipe 31. Note that the positions at which the exhaust temperature detection sensors 150 are arranged and the number of the exhaust temperature detection sensors 150 are not particularly limited in the present embodiment, and any configuration that can appropriately detect the exhaust temperature Tg may be used.

図1に示すように、ECU110の入力部112は、エンジン回転数検出センサー120と接続され、エンジン回転数検出センサー120が検出するエンジン回転数Ne、およびクランク角度を取得することが可能である。   As shown in FIG. 1, the input unit 112 of the ECU 110 is connected to the engine speed detection sensor 120 and can acquire the engine speed Ne and the crank angle detected by the engine speed detection sensor 120.

ECU110の入力部112は、混合気温度検出センサー130と接続され、混合気温度検出センサー130が検出する混合気温度Tmixを取得することが可能である。   The input unit 112 of the ECU 110 is connected to the mixture temperature detection sensor 130, and can acquire the mixture temperature Tmix detected by the mixture temperature detection sensor 130.

ECU110の入力部112は、混合気圧力検出センサー140と接続され、混合気圧力検出センサー140が検出する混合気圧力Pmixを取得することが可能である。   The input unit 112 of the ECU 110 is connected to the mixture pressure detection sensor 140 and can acquire the mixture pressure Pmix detected by the mixture pressure detection sensor 140.

ECU110の入力部112は、排気温度検出センサー150と接続され、排気温度検出センサー150が検出する排気温度Tgを取得することが可能である。   The input unit 112 of the ECU 110 is connected to the exhaust temperature detection sensor 150 and can acquire the exhaust temperature Tg detected by the exhaust temperature detection sensor 150.

ECU110の入力部112は、負荷装置である発電機50と接続され、発電機50に投入された負荷Ldを取得することが可能である。   The input unit 112 of the ECU 110 is connected to a generator 50 that is a load device, and can acquire a load Ld that is input to the generator 50.

ECU110の出力部113は、図示しない点火装置を介して点火プラグ16と接続され、点火プラグ16の放電信号を送信することが可能である。   The output unit 113 of the ECU 110 is connected to the spark plug 16 via an ignition device (not shown), and can transmit a discharge signal of the spark plug 16.

ECU110の出力部113は、スロットル弁23と接続され、スロットル弁23の開度の設定信号を送信することが可能である。   The output unit 113 of the ECU 110 is connected to the throttle valve 23 and can transmit a setting signal for the opening degree of the throttle valve 23.

ECU110の出力部113は、燃料ガス制御弁42と接続され、燃料ガス制御弁42の開度の設定信号を送信することが可能である。   The output unit 113 of the ECU 110 is connected to the fuel gas control valve 42 and can transmit a setting signal for the opening degree of the fuel gas control valve 42.

以下では、図2、図3、図4、および図5を用いて、本発明に係るガスエンジン制御装置100の制御態様について説明する。   Below, the control aspect of the gas engine control apparatus 100 which concerns on this invention is demonstrated using FIG.2, FIG.3, FIG.4 and FIG.

図2に示すように、本発明に係るガスエンジン制御装置100の制御態様は、エンジン回転数制御行程A、混合気流量制御行程B、および点火時期制御行程Cから構成される。   As shown in FIG. 2, the control mode of the gas engine control device 100 according to the present invention includes an engine speed control process A, a mixture flow rate control process B, and an ignition timing control process C.

エンジン回転数制御行程Aは、制御部111のうち、記憶部111a、およびエンジン回転数制御部111bが協働することにより、負荷Ldからエンジン回転数指令値NeOを決定し、エンジン回転数Neとエンジン回転数指令値NeOとの偏差に基づいてスロットル弁23の開度を制御する行程である。   In the engine speed control process A, the engine speed command value NeO is determined from the load Ld by the cooperation of the storage section 111a and the engine speed control section 111b in the control section 111, and the engine speed Ne and This is a stroke for controlling the opening degree of the throttle valve 23 based on the deviation from the engine speed command value NeO.

混合気流量制御行程Bは、制御部111のうち、記憶部111a、および混合気流量制御部111cが協働することにより、負荷Ld、およびエンジン回転数指令値NeOから混合気流量指令値QmixOを決定する。次に、混合気温度Tmix、および0℃における混合気粘度μに基づいて以下の数1に示す混合気粘度μTmixを算出する。さらに、算出した混合気粘度μTmix、混合気温度Tmix、混合気圧力Pmix、エンジン回転数Ne、充填効率η、および行程容積Vに基づいて以下の数2に示す粘度補正実混合気流量QmixRを算出する。そして、混合気流量指令値QmixOと粘度補正実混合気流量QmixRとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁42の開度を制御する行程である。 In the mixture flow rate control step B, the mixture portion flow rate command value QmixO is calculated from the load Ld and the engine speed command value NeO by the cooperation of the storage unit 111a and the mixture flow rate control unit 111c in the control unit 111. decide. Next, based on the gas mixture temperature Tmix and the gas mixture viscosity μ 0 at 0 ° C., the gas mixture viscosity μ Tmix shown in the following equation 1 is calculated. Further, based on the calculated air-fuel mixture viscosity μ Tmix , air-fuel mixture temperature Tmix, air-fuel mixture pressure Pmix, engine speed Ne, charging efficiency η c , and stroke volume V s , the viscosity-corrected actual air-fuel mixture flow shown in the following equation 2 QmixR is calculated. Then, the opening degree of the fuel gas control valve 42 is controlled based on the deviation between the mixture flow rate command value QmixO and the viscosity corrected actual mixture flow rate QmixR.

点火時期制御行程Cは、制御部111のうち、記憶部111a、および放電時期制御部111dが協働することにより、排気温度指令値TgOと排気温度Tgとの偏差に基づいて点火プラグ16が放電する時期を補正する行程である。

Figure 2011127544
Figure 2011127544
In the ignition timing control step C, the spark plug 16 is discharged based on the deviation between the exhaust temperature command value TgO and the exhaust temperature Tg by the cooperation of the storage unit 111a and the discharge timing control unit 111d in the control unit 111. This is a process of correcting the timing to perform.
Figure 2011127544
Figure 2011127544

以下では、ECU110によるスロットル弁23と燃料ガス制御弁42と点火プラグ16との制御態様について説明する。   Below, the control aspect of the throttle valve 23, the fuel gas control valve 42, and the spark plug 16 by ECU110 is demonstrated.

ステップS100において、ECU110は、エンジン回転数制御行程Aを開始して、制御段階をステップS110(図3参照)へ移行する。
図3に示すように、ステップS110において、ECU110は、入力部112によって、負荷装置である発電機50に投入された負荷Ld、およびエンジン回転数検出センサー120が検出するエンジン回転数Neを取得する。ECU110は、入力部112が取得した負荷Ld、およびエンジン回転数Neを制御部111の記憶部111aに記憶した後、制御段階をステップS120へ移行する。
In step S100, the ECU 110 starts an engine speed control process A and shifts the control stage to step S110 (see FIG. 3).
As shown in FIG. 3, in step S <b> 110, the ECU 110 acquires the load Ld input to the generator 50 that is the load device and the engine speed Ne detected by the engine speed detection sensor 120 through the input unit 112. . ECU110 memorize | stores the load Ld and the engine speed Ne which the input part 112 acquired in the memory | storage part 111a of the control part 111, and transfers a control step to step S120.

ステップS120において、ECU110は、制御部111のエンジン回転数制御部111bによって、制御部111の記憶部111aが記憶している負荷Ldと空燃比マップM1とに基づいてエンジン回転数指令値NeOを決定する。ECU110は、制御部111のエンジン回転数制御部111bが決定したエンジン回転数指令値NeOを制御部111の記憶部111aに記憶した後、制御段階をステップS130へ移行する。   In step S120, the ECU 110 determines the engine speed command value NeO by the engine speed control unit 111b of the control unit 111 based on the load Ld and the air-fuel ratio map M1 stored in the storage unit 111a of the control unit 111. To do. The ECU 110 stores the engine speed command value NeO determined by the engine speed control unit 111b of the control unit 111 in the storage unit 111a of the control unit 111, and then shifts the control stage to step S130.

ステップS130において、ECU110は、制御部111のエンジン回転数制御部111bによって、制御部111の記憶部111aが記憶しているエンジン回転数Neがエンジン回転数指令値NeOと等しいか否か判定する。
その結果、エンジン回転数Neがエンジン回転数指令値NeOと等しいと判定した場合、ECU110はエンジン回転数制御行程Aを終了して、制御段階をステップS200(図2参照)へ移行する。
また、エンジン回転数Neがエンジン回転数指令値NeOと等しくないと判定した場合、ECU110は制御段階をステップS140へ移行する。
In step S130, the ECU 110 determines whether the engine speed Ne stored in the storage unit 111a of the control unit 111 is equal to the engine speed command value NeO by the engine speed control unit 111b of the control unit 111.
As a result, when it is determined that the engine speed Ne is equal to the engine speed command value NeO, the ECU 110 ends the engine speed control process A and shifts the control stage to step S200 (see FIG. 2).
If it is determined that the engine rotational speed Ne is not equal to the engine rotational speed command value NeO, the ECU 110 proceeds to a control step to step S140.

ステップS140において、ECU110は、制御部111のエンジン回転数制御部111bによって、制御部111の記憶部111aが記憶しているエンジン回転数Neがエンジン回転数指令値NeOより大きいか否か判定する。
その結果、エンジン回転数Neがエンジン回転数指令値NeOより大きいと判定した場合、ECU110は制御段階をステップS150へ移行する。
また、エンジン回転数Neがエンジン回転数指令値NeOより小さいと判定した場合、ECU110は制御段階をステップS160へ移行する。
In step S140, the ECU 110 determines whether the engine speed Ne stored in the storage unit 111a of the control unit 111 is larger than the engine speed command value NeO by the engine speed control unit 111b of the control unit 111.
As a result, when it is determined that the engine speed Ne is larger than the engine speed command value NeO, the ECU 110 proceeds to a control step to step S150.
If it is determined that the engine rotational speed Ne is smaller than the engine rotational speed command value NeO, the ECU 110 proceeds to a control step to step S160.

ステップS150において、ECU110は、制御部111のエンジン回転数制御部111bによって、制御部111の記憶部111aが記憶しているエンジン回転数Neとエンジン回転数指令値NeOとの偏差に基づいてスロットル弁23の開度補正量SvHを算出する。ECU110は、制御部111のエンジン回転数制御部111bによって、出力部113を介してスロットル弁23の開度を開度補正量SvHだけ減少するように制御した後、エンジン回転数制御行程Aを終了して、制御段階をステップS200(図2参照)へ移行する。   In step S150, the ECU 110 controls the throttle valve based on the difference between the engine speed Ne stored in the storage unit 111a of the control unit 111 and the engine speed command value NeO by the engine speed control unit 111b of the control unit 111. An opening correction amount SvH of 23 is calculated. The ECU 110 controls the engine speed control unit 111b of the control unit 111 so that the opening degree of the throttle valve 23 is decreased by the opening correction amount SvH via the output unit 113, and then ends the engine speed control process A. Then, the control stage proceeds to step S200 (see FIG. 2).

ステップS160において、ECU110は、制御部111のエンジン回転数制御部111bによって、制御部111の記憶部111aが記憶しているエンジン回転数Neとエンジン回転数指令値NeOとの偏差に基づいてスロットル弁23の開度補正量SvHを算出する。ECU110は、制御部111のエンジン回転数制御部111bによって、出力部113を介してスロットル弁23の開度を開度補正量SvHだけ増加するように制御した後、エンジン回転数制御行程Aを終了して、制御段階をステップS200(図2参照)へ移行する。   In step S160, the ECU 110 controls the throttle valve based on the deviation between the engine speed Ne stored in the storage unit 111a of the control unit 111 and the engine speed command value NeO by the engine speed control unit 111b of the control unit 111. An opening correction amount SvH of 23 is calculated. The ECU 110 controls the engine speed control unit 111b of the control unit 111 to increase the opening of the throttle valve 23 by the opening correction amount SvH via the output unit 113, and then ends the engine speed control process A. Then, the control stage proceeds to step S200 (see FIG. 2).

図2に示すように、ステップS200において、ECU110は、混合気流量制御行程Bを開始して、制御段階をステップS210(図4参照)へ移行する。   As shown in FIG. 2, in step S200, the ECU 110 starts an air-fuel mixture flow rate control step B, and the control stage proceeds to step S210 (see FIG. 4).

図4に示すように、ステップS210において、ECU110は、制御部111の混合気流量制御部111cによって、制御部111の記憶部111aが記憶している負荷Ldとエンジン回転数指令値NeOと空燃比マップM1とに基づいて混合気流量指令値QmixOを決定する。ECU110は、制御部111の混合気流量制御部111cが決定した混合気流量指令値QmixOを制御部111の記憶部111aに記憶した後、制御段階をステップS220へ移行する。   As shown in FIG. 4, in step S210, the ECU 110 causes the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 to store the load Ld, the engine speed command value NeO, and the air-fuel ratio that are stored in the storage unit 111a of the control unit 111. A mixture flow rate command value QmixO is determined based on the map M1. The ECU 110 stores the mixture flow rate command value QmixO determined by the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 in the storage unit 111a of the control unit 111, and then shifts the control stage to step S220.

ステップS220において、ECU110は、入力部112によって、エンジン回転数検出センサー120が検出するエンジン回転数Ne、混合気温度検出センサー130が検出する混合気温度Tmix、および混合気圧力検出センサー140が検出する混合気圧力Pmixを取得する。ECU110は、入力部112が取得したエンジン回転数Ne、混合気温度Tmix、および混合気圧力Pmixを制御部111の記憶部111aに記憶した後、制御段階をステップS230へ移行する。   In step S220, the ECU 110 detects, by the input unit 112, the engine speed Ne detected by the engine speed detection sensor 120, the mixture temperature Tmix detected by the mixture temperature detection sensor 130, and the mixture pressure detection sensor 140. The mixture pressure Pmix is acquired. The ECU 110 stores the engine speed Ne, the mixture temperature Tmix, and the mixture pressure Pmix acquired by the input unit 112 in the storage unit 111a of the control unit 111, and then shifts the control step to step S230.

ステップS230において、ECU110は、制御部111の混合気流量制御部111cによって、制御部111の記憶部111aが記憶しているエンジン回転数Ne、混合気温度Tmix、および0℃における混合気粘度μに基づいて前述の数1に示す混合気粘度μTmixを算出する。ECU110は、制御部111の混合気流量制御部111cが算出した混合気粘度μTmixを制御部111の記憶部111aに記憶した後、制御段階をステップS240へ移行する。 In step S230, the ECU 110 causes the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 to store the engine speed Ne, the mixture temperature Tmix, and the mixture viscosity μ 0 at 0 ° C. stored in the storage unit 111a of the control unit 111. Based on the above, the air-fuel mixture viscosity μ Tmix shown in the above equation 1 is calculated. The ECU 110 stores the mixture viscosity μ Tmix calculated by the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 in the storage unit 111a of the control unit 111, and then shifts the control step to step S240.

ステップS240において、ECU110は、制御部111の混合気流量制御部111cによって、制御部111の記憶部111aが記憶している混合気粘度μTmix、エンジン回転数Ne、混合気温度Tmix、混合気圧力Pmix、充填効率η、および行程容積Vに基づいて前述の数2に示す粘度補正実混合気流量QmixRを算出する。ECU110は、制御部111の混合気流量制御部111cが算出した粘度補正実混合気流量QmixRを制御部111の記憶部111aに記憶した後、制御段階をステップS250へ移行する。 In step S240, the ECU 110 causes the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 to store the mixture viscosity μ Tmix , the engine speed Ne, the mixture temperature Tmix, and the mixture pressure stored in the storage unit 111a of the control unit 111. Based on Pmix, the charging efficiency η c , and the stroke volume V s , the viscosity-corrected actual mixture flow rate QmixR shown in Equation 2 is calculated. The ECU 110 stores the viscosity corrected actual mixture flow rate QmixR calculated by the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 in the storage unit 111a of the control unit 111, and then shifts the control step to step S250.

ステップS250において、ECU110は、制御部111の混合気流量制御部111cによって、制御部111の記憶部111aが記憶している粘度補正実混合気流量QmixRが混合気流量指令値QmixOと等しいか否か判定する。
その結果、粘度補正実混合気流量QmixRが混合気流量指令値QmixOと等しいと判定した場合、ECU110は混合気流量制御行程Bを終了して、制御段階をステップS300(図2参照)へ移行する。
また、粘度補正実混合気流量QmixRが混合気流量指令値QmixOと等しくないと判定した場合、ECU110は制御段階をステップS260へ移行する。
In step S250, the ECU 110 determines whether the viscosity correction actual mixture flow rate QmixR stored in the storage unit 111a of the control unit 111 is equal to the mixture flow rate command value QmixO by the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111. judge.
As a result, when it is determined that the viscosity corrected actual mixture flow rate QmixR is equal to the mixture flow rate command value QmixO, the ECU 110 ends the mixture flow rate control step B and shifts the control stage to step S300 (see FIG. 2). .
If it is determined that the viscosity-corrected actual mixture flow rate QmixR is not equal to the mixture flow rate command value QmixO, the ECU 110 shifts the control step to step S260.

ステップS260において、ECU110は、制御部111の混合気流量制御部111cによって、制御部111の記憶部111aが記憶している粘度補正実混合気流量QmixRが混合気流量指令値QmixOより大きいか否か判定する。
その結果、粘度補正実混合気流量QmixRが混合気流量指令値QmixOより大きいと判定した場合、すなわち、混合気を構成する燃料ガスの流量と外気(空気)の流量との割合(空燃比)が適正値に対して過少(リーン側)であり、必要な燃料ガスの流量を維持するために混合気流量が増加している場合、ECU110は制御段階をステップS270へ移行する。
また、粘度補正実混合気流量QmixRが混合気流量指令値QmixOより小さいと判定した場合、すなわち、混合気を構成する燃料ガスの流量と外気(空気)の流量との割合(空燃比)が適正値に対して過大(リッチ側)であり、必要な燃料ガスの流量を維持するために混合気流量が減少している場合、ECU110は制御段階をステップS280へ移行する。
In step S260, the ECU 110 determines whether or not the viscosity corrected actual mixture flow rate QmixR stored in the storage unit 111a of the control unit 111 is larger than the mixture flow rate command value QmixO by the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111. judge.
As a result, when it is determined that the viscosity corrected actual mixture flow rate QmixR is larger than the mixture flow rate command value QmixO, that is, the ratio (air-fuel ratio) between the flow rate of the fuel gas constituting the mixture and the flow rate of the outside air (air) is When it is too small (lean side) with respect to the appropriate value and the air-fuel mixture flow rate is increasing in order to maintain the necessary fuel gas flow rate, the ECU 110 shifts the control stage to step S270.
Further, when it is determined that the viscosity-corrected actual mixture flow rate QmixR is smaller than the mixture flow rate command value QmixO, that is, the ratio (air-fuel ratio) between the flow rate of the fuel gas constituting the mixture and the flow rate of the outside air (air) is appropriate. If the value is excessive (rich side) with respect to the value and the air-fuel mixture flow rate is decreasing in order to maintain the required fuel gas flow rate, the ECU 110 shifts the control step to step S280.

ステップS270において、ECU110は、制御部111の混合気流量制御部111cによって、制御部111の記憶部111aが記憶している粘度補正実混合気流量QmixRと混合気流量指令値QmixOとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁42の開度補正量FvHを算出する。ECU110は、制御部111の混合気流量制御部111cによって、出力部113を介して燃料ガス制御弁42の開度を開度補正量FvHだけ増加するように制御した後、混合気流量制御行程Bを終了して、制御段階をステップS300(図2参照)へ移行する。   In step S270, the ECU 110 controls the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 based on the deviation between the viscosity corrected actual mixture flow rate QmixR and the mixture flow rate command value QmixO stored in the storage unit 111a of the control unit 111. Then, the opening correction amount FvH of the fuel gas control valve 42 is calculated. The ECU 110 controls the air-fuel mixture flow rate control step B after the air-fuel flow rate control unit 111c of the control unit 111 controls the opening degree of the fuel gas control valve 42 to be increased by the opening correction amount FvH via the output unit 113. And the control stage proceeds to step S300 (see FIG. 2).

ステップS280において、ECU110は、制御部111の混合気流量制御部111cによって、制御部111の記憶部111aが記憶している粘度補正実混合気流量QmixRと混合気流量指令値QmixOとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁42の開度補正量FvHを算出する。ECU110は、制御部111の混合気流量制御部111cによって、出力部113を介して燃料ガス制御弁42の開度を開度補正量FvHだけ減少するように制御した後、混合気流量制御行程Bを終了して、制御段階をステップS300(図2参照)へ移行する。   In step S280, the ECU 110 controls the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 based on the deviation between the viscosity corrected actual mixture flow rate QmixR and the mixture flow rate command value QmixO stored in the storage unit 111a of the control unit 111. Then, the opening correction amount FvH of the fuel gas control valve 42 is calculated. The ECU 110 controls the air-fuel mixture flow rate control step B after the air-fuel mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 controls the output of the fuel gas control valve 42 to be decreased by the opening correction amount FvH via the output unit 113. And the control stage proceeds to step S300 (see FIG. 2).

図2に示すように、ステップS300において、ECU110は、点火時期制御行程Cを開始して、制御段階をステップS310(図5参照)へ移行する。   As shown in FIG. 2, in step S300, the ECU 110 starts an ignition timing control process C, and the control stage proceeds to step S310 (see FIG. 5).

図5に示すように、ステップS310において、ECU110は、制御部111の放電時期制御部111dによって、制御部111の記憶部111aが記憶している混合気流量指令値QmixOと排気温度マップM2とに基づいて排気温度指令値TgO(排気温度目標値)を決定する。ECU110は、制御部111の放電時期制御部111dによって決定された排気温度指令値TgOを制御部111の記憶部111aに記憶した後、制御段階をステップS320へ移行する。   As shown in FIG. 5, in step S310, the ECU 110 causes the discharge timing control unit 111d of the control unit 111 to set the mixture flow rate command value QmixO and the exhaust temperature map M2 stored in the storage unit 111a of the control unit 111. Based on this, an exhaust temperature command value TgO (exhaust temperature target value) is determined. The ECU 110 stores the exhaust gas temperature command value TgO determined by the discharge timing control unit 111d of the control unit 111 in the storage unit 111a of the control unit 111, and then shifts the control stage to step S320.

ステップS320において、ECU110は、入力部112によって、エンジン回転数検出センサー120が検出するクランク角度を取得する。そして、ECU110は、制御部111の放電時期制御部111dによって、前記クランク角度が制御部111の記憶部111aが記憶している放電角度Degと一致する時、出力部113、および図示しない点火装置を介して、点火プラグ16に放電させた後、制御段階をステップS330へ移行する。   In step S320, ECU 110 obtains a crank angle detected by engine speed detection sensor 120 through input unit 112. When the crank angle matches the discharge angle Deg stored in the storage unit 111a of the control unit 111 by the discharge timing control unit 111d of the control unit 111, the ECU 110 turns on the output unit 113 and an ignition device (not shown). Then, after the spark plug 16 is discharged, the control stage proceeds to step S330.

ステップS330において、ECU110は、入力部112によって、排気温度検出センサー150が検出する排気温度Tgを取得する。ECU110は、入力部112が取得した排気温度Tgを制御部111の記憶部111aに記憶した後、制御段階をステップS340へ移行する。   In step S330, the ECU 110 acquires the exhaust gas temperature Tg detected by the exhaust gas temperature detection sensor 150 through the input unit 112. ECU110 memorize | stores the exhaust temperature Tg which the input part 112 acquired in the memory | storage part 111a of the control part 111, and transfers a control step to step S340.

ステップS340において、ECU110は、制御部111の放電時期制御部111dによって、制御部111の記憶部111aが記憶している排気温度Tgが排気温度指令値TgOと等しいか否か判定する。
その結果、排気温度Tgが排気温度指令値TgOと等しいと判定した場合、ECU110は点火時期制御行程Cを終了して、制御段階をステップS100(図2参照)へ繰り返し移行する。
また、排気温度Tgが排気温度指令値TgOと等しくないと判定した場合、ECU110は制御段階をステップS350へ移行する。
In step S340, the ECU 110 determines whether or not the exhaust temperature Tg stored in the storage unit 111a of the control unit 111 is equal to the exhaust temperature command value TgO by the discharge timing control unit 111d of the control unit 111.
As a result, when it is determined that the exhaust gas temperature Tg is equal to the exhaust gas temperature command value TgO, the ECU 110 ends the ignition timing control process C, and repeatedly shifts the control stage to step S100 (see FIG. 2).
If it is determined that the exhaust gas temperature Tg is not equal to the exhaust gas temperature command value TgO, the ECU 110 shifts the control step to step S350.

ステップS350において、ECU110は、制御部111の放電時期制御部111dによって、制御部111の記憶部111aが記憶している排気温度Tgが排気温度指令値TgOよりも小さいか否か判定する。
その結果、排気温度Tgが排気温度指令値TgOよりも小さいと判定した場合、ECU110は制御段階をステップS360へ移行する。
また、排気温度Tgが排気温度指令値TgOよりも小さくないと判定した場合、ECU110は制御段階をステップS370へ移行する。
In step S350, the ECU 110 determines whether the exhaust temperature Tg stored in the storage unit 111a of the control unit 111 is smaller than the exhaust temperature command value TgO by the discharge timing control unit 111d of the control unit 111.
As a result, when it is determined that the exhaust gas temperature Tg is smaller than the exhaust gas temperature command value TgO, the ECU 110 shifts the control stage to step S360.
If it is determined that the exhaust gas temperature Tg is not smaller than the exhaust gas temperature command value TgO, the ECU 110 shifts the control step to step S370.

ステップS360において、ECU110は、制御部111の放電時期制御部111dによって、記憶部111aが記憶している排気温度Tgと排気温度指令値TgOとの偏差、および放電角度マップM3に基づいて放電角度Degの角度補正量DegHを算出する。ECU110は、制御部111の放電時期制御部111dによって、出力部113を介して放電角度Degを角度補正量DegHだけ進角するように補正した後、点火時期制御行程Cを終了して、制御段階をステップS100(図2参照)へ繰り返し移行する。   In step S360, the ECU 110 uses the discharge timing control unit 111d of the control unit 111 to determine the discharge angle Deg based on the deviation between the exhaust temperature Tg and the exhaust temperature command value TgO stored in the storage unit 111a and the discharge angle map M3. The angle correction amount DegH is calculated. The ECU 110 corrects the discharge angle Deg to advance by the angle correction amount DegH via the output unit 113 by the discharge timing control unit 111d of the control unit 111, and then ends the ignition timing control process C to perform the control step. Is repeatedly transferred to step S100 (see FIG. 2).

ステップS370において、ECU110は、制御部111の放電時期制御部111dによって、記憶部111aが記憶している排気温度Tgと排気温度指令値TgOとの偏差、および放電角度マップM3に基づいて放電角度Degの角度補正量DegHを算出する。ECU110は、制御部111の放電時期制御部111dによって、出力部113を介して放電角度Degを角度補正量DegHだけ遅角するように補正した後、点火時期制御行程Cを終了して、制御段階をステップS100(図2参照)へ繰り返し移行する。   In step S370, the ECU 110 uses the discharge timing control unit 111d of the control unit 111 to determine the discharge angle Deg based on the deviation between the exhaust temperature Tg and the exhaust temperature command value TgO stored in the storage unit 111a and the discharge angle map M3. The angle correction amount DegH is calculated. The ECU 110 corrects the discharge angle Deg to be retarded by the angle correction amount DegH via the output unit 113 by the discharge timing control unit 111d of the control unit 111, and then ends the ignition timing control process C to perform the control step. Is repeatedly transferred to step S100 (see FIG. 2).

上記の如く、ガスエンジン制御装置100は、図6(a)に示すように、経時変化により点火プラグ16のプラグギャップが拡大した状態で混合気を燃焼させた場合の排気温度Tgと、経時変化前のプラグギャップが拡大していない状態で混合気を燃焼させた場合の排気温度Tgとが略同一になるよう放電時期制御を行う。これにより、図6(b)に示すように、経時変化により点火プラグ16のプラグギャップが拡大した状態で混合気を燃焼させた場合の混合気の燃焼時間である燃焼質量割合(10%−90%)(混合気中の燃料ガス質量の10%が燃焼してから90%が燃焼するまでクランク角度)が、経時変化前のプラグギャップが拡大していない状態で混合気を燃焼させた場合の燃焼質量割合(10%−90%)と略同一にすることができる。   As described above, the gas engine control device 100, as shown in FIG. 6A, shows the exhaust gas temperature Tg when the air-fuel mixture is combusted with the plug gap of the spark plug 16 expanded due to the change over time, and the change over time. The discharge timing is controlled so that the exhaust temperature Tg when the air-fuel mixture is combusted in a state where the previous plug gap is not enlarged is substantially the same. As a result, as shown in FIG. 6B, the combustion mass ratio (10% −90) which is the combustion time of the air-fuel mixture when the air-fuel mixture is combusted with the plug gap of the spark plug 16 expanded due to change over time. %) (Crank angle until 10% of the fuel gas mass in the mixture burns until 90% burns), when the mixture is burned with the plug gap before the change not expanded It can be made substantially the same as the combustion mass ratio (10% -90%).

従って、図7(a)に示すように、放電角度DegをDeg0とするガスエンジン1は、経時変化により混合気の燃焼時間が短縮されることから、X時間運転後の排気温度Tgが排気温度指令値TgOからTgXに低下する。この際、燃焼時における燃焼室14の圧力、および温度は、経時変化による混合気の急速な燃焼によって、経時変化前の燃焼時における燃焼室14の圧力、および温度よりも高温、高圧になる。この結果、混合気中の酸素と窒素との反応が促進され、図7(b)に示すように、X時間運転後のガスエンジン1の排気に含まれるNOx濃度Dsは、目標NOx濃度DsTからDsXまで増加する。
ここで、ガスエンジン制御装置100は、図7(a)に示すように、排気温度TgがTgXから排気温度指令値TgOまで上昇するように、点火プラグ16の放電角度Degを遅角してDegXとする。これに伴い、X時間運転後の燃焼質量割合(10%−90%)が経時変化前の燃焼質量割合(10%−90%)と略同一になることで、混合気の燃焼時における燃焼室14の圧力、および温度が低下し、図7(b)に示すように、NOx濃度Dsは、DsXから目標NOx濃度DsTまで低下させることができる。
Accordingly, as shown in FIG. 7 (a), the gas engine 1 with the discharge angle Deg as Deg0 shortens the combustion time of the air-fuel mixture due to changes over time, so that the exhaust temperature Tg after the X-hour operation is the exhaust temperature. The command value TgO decreases to TgX. At this time, the pressure and temperature of the combustion chamber 14 at the time of combustion become higher and higher than the pressure and temperature of the combustion chamber 14 at the time of combustion before aging due to rapid combustion of the air-fuel mixture due to aging. As a result, the reaction between oxygen and nitrogen in the air-fuel mixture is promoted, and as shown in FIG. 7B, the NOx concentration Ds contained in the exhaust of the gas engine 1 after the operation for X hours is calculated from the target NOx concentration DsT. Increases to DsX.
Here, the gas engine control device 100 retards the discharge angle Deg of the spark plug 16 so that the exhaust temperature Tg rises from TgX to the exhaust temperature command value TgO, as shown in FIG. And Accordingly, the combustion mass ratio (10% -90%) after operation for X hours becomes substantially the same as the combustion mass ratio (10% -90%) before change with time, so that the combustion chamber at the time of combustion of the air-fuel mixture 14 and the temperature are decreased, and as shown in FIG. 7B, the NOx concentration Ds can be decreased from DsX to the target NOx concentration DsT.

続いて、図7(a)に示すように、放電角度DegをDegXとするガスエンジン1は、Y時間運転後の排気温度Tgが排気温度指令値TgOからTgYに低下する。この際、図7(b)に示すように、Y時間運転後のガスエンジン1の排気に含まれるNOx濃度Dsは、目標NOx濃度DsTからDsYまで増加する。
ここで、ガスエンジン制御装置100は、図7(a)に示すように、排気温度TgがTgYから排気温度指令値TgOまで上昇するように、放電角度Degをさらに遅角してDegYとする。これに伴い、Y時間運転後の燃焼質量割合(10%−90%)が経時変化前の燃焼質量割合(10%−90%)と略同一になることで、図7(b)に示すように、NOx濃度Dsは、DsYから目標NOx濃度DsTまで低下させることができる。
Subsequently, as shown in FIG. 7A, in the gas engine 1 in which the discharge angle Deg is DegX, the exhaust temperature Tg after the Y-hour operation decreases from the exhaust temperature command value TgO to TgY. At this time, as shown in FIG. 7B, the NOx concentration Ds contained in the exhaust of the gas engine 1 after the Y-hour operation increases from the target NOx concentration DsT to DsY.
Here, as shown in FIG. 7A, the gas engine control apparatus 100 further delays the discharge angle Deg so that the exhaust temperature Tg rises from TgY to the exhaust temperature command value TgO to be DegY. Accordingly, the combustion mass ratio after operation for Y hours (10% -90%) becomes substantially the same as the combustion mass ratio before change with time (10% -90%), as shown in FIG. 7B. In addition, the NOx concentration Ds can be decreased from DsY to the target NOx concentration DsT.

よって、図8に示すように、ガスエンジン制御装置100は、各正味平均有効圧力(各エンジン出力)において、経時変化により点火プラグ16のプラグギャップが拡大しても、適正な空燃比の混合気が燃焼され、かつその排気温度Tgに基づいて放電角度Degが変更されるので、ガスエンジン1から排出されるNOx濃度は経時変化前と略同一に維持される。   Therefore, as shown in FIG. 8, the gas engine control device 100 is configured to provide an air-fuel mixture with an appropriate air-fuel ratio at each net average effective pressure (each engine output) even if the plug gap of the spark plug 16 is expanded due to aging. Is burned and the discharge angle Deg is changed based on the exhaust gas temperature Tg. Therefore, the NOx concentration discharged from the gas engine 1 is maintained substantially the same as before the change with time.

以上のごとく、本実施形態に係るガスエンジン制御装置100は、混合気温度Tmixを検出する混合気温度検出手段である混合気温度検出センサー130と、混合気圧力Pmixを検出する混合気圧力検出手段である混合気圧力検出センサー140と、エンジン回転数Neを検出するエンジン回転数検出手段であるエンジン回転数検出センサー120と、排気温度Tgを検出する排気温度検出手段である排気温度検出センサー150と、ガスエンジン1に駆動される負荷装置である発電機50に投入された負荷Ldからエンジン回転数指令値NeOを決定し、エンジン回転数Neとエンジン回転数指令値NeOとの偏差に基づいてスロットル弁23の開度を制御するエンジン回転数制御手段であるエンジン回転数制御部111bと、負荷Ld、およびエンジン回転数指令値NeOから混合気流量指令値QmixOを決定し、混合気温度Tmix、混合気圧力Pmix、エンジン回転数Ne、に基づいて粘度補正実混合気流量QmixRを算出し、混合気流量指令値QmixOと粘度補正実混合気流量QmixRとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁42の開度を制御する混合気流量制御手段である混合気流量制御部111cと、混合気流量指令値QmixOから排気温度指令値TgOを決定し、排気温度指令値TgOと排気温度Tgとの偏差に基づいて点火プラグ16が放電する時期を制御する放電時期制御手段である放電時期制御部111dと、を具備するものである。   As described above, the gas engine control apparatus 100 according to the present embodiment includes the mixture temperature detection sensor 130 that is the mixture temperature detection means that detects the mixture temperature Tmix, and the mixture pressure detection means that detects the mixture pressure Pmix. An air-fuel mixture pressure detection sensor 140, an engine speed detection sensor 120 which is an engine speed detection means for detecting the engine speed Ne, and an exhaust temperature detection sensor 150 which is an exhaust temperature detection means for detecting the exhaust temperature Tg. The engine speed command value NeO is determined from the load Ld input to the generator 50, which is a load device driven by the gas engine 1, and the throttle is determined based on the deviation between the engine speed Ne and the engine speed command value NeO. An engine speed control unit 111b which is an engine speed control means for controlling the opening degree of the valve 23; And an air-fuel mixture flow rate command value QmixO from the engine speed command value NeO, and a viscosity-corrected actual air-fuel flow rate QmixR is calculated based on the air-fuel mixture temperature Tmix, the air-fuel mixture pressure Pmix, and the engine speed Ne. A mixture flow rate control unit 111c, which is a mixture flow rate control means for controlling the opening degree of the fuel gas control valve 42 based on the deviation between the flow rate command value QmixO and the viscosity corrected actual mixture flow rate QmixR, and a mixture flow rate command value QmixO A discharge timing control unit 111d, which is a discharge timing control means for determining a timing at which the spark plug 16 discharges based on a deviation between the exhaust temperature command value TgO and the exhaust temperature Tg. To do.

このように構成することにより、燃料ガス制御弁42の開度FvOを制御することで粘度補正実混合気流量QmixRを制御するともに、、排気温度Tgが所定の温度になるように放電時期である放電角度Degを調整することで、混合気の燃焼時間である燃焼質量割合(10%−90%)を一定の値に制御することができる。この結果、経時変化によって混合気への点火性が向上したり、圧縮行程における燃焼室14の温度が上昇したりしても、混合気の燃焼時における燃焼室14の圧力、および温度の上昇が抑制される。これにより、ガスエンジン1から排出されるNOx濃度を目標NOx濃度DsTに維持することができる。   With this configuration, the viscosity correction actual mixture flow rate QmixR is controlled by controlling the opening degree FvO of the fuel gas control valve 42, and the discharge timing is set so that the exhaust gas temperature Tg becomes a predetermined temperature. By adjusting the discharge angle Deg, the combustion mass ratio (10% -90%) that is the combustion time of the air-fuel mixture can be controlled to a constant value. As a result, even if the ignitability of the air-fuel mixture is improved due to changes over time or the temperature of the combustion chamber 14 in the compression stroke is increased, the pressure and temperature of the combustion chamber 14 during combustion of the air-fuel mixture are increased. It is suppressed. Thereby, the NOx concentration discharged from the gas engine 1 can be maintained at the target NOx concentration DsT.

1 ガスエンジン
23 スロットル弁
42 燃料ガス制御弁
50 発電機
100 ガスエンジン制御装置
120 エンジン回転数検出センサー
130 混合気温度検出センサー
140 混合気圧力検出センサー
150 排気温度検出センサー
Ne エンジン回転数
Tmix 混合気温度
Pmix 混合気圧力
Tg 排気温度
Ld 負荷
TgO 排気温度指令値
LdO エンジン出力指令値
NeO エンジン回転数指令値
GsO 燃料ガス流量指令値
QmixO 混合気流量指令値
QmixR 粘度補正実混合気流量
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Gas engine 23 Throttle valve 42 Fuel gas control valve 50 Generator 100 Gas engine control apparatus 120 Engine speed detection sensor 130 Mixture temperature detection sensor 140 Mixture pressure detection sensor 150 Exhaust temperature detection sensor Ne Engine rotation speed Tmix Mixture temperature Pmix mixture pressure Tg exhaust temperature Ld load TgO exhaust temperature command value LdO engine output command value NeO engine speed command value GsO fuel gas flow rate command value QmixO mixture flow rate command value QmixR viscosity correction actual mixture flow rate

Claims (1)

混合気温度を検出する混合気温度検出手段と、
混合気圧力を検出する混合気圧力検出手段と、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
排気温度を検出する排気温度検出手段と、
エンジンに駆動される負荷装置に投入された負荷からエンジン回転数指令値を決定し、検出されたエンジン回転数と決定されたエンジン回転数指令値との偏差に基づいてスロットル弁の開度を制御するエンジン回転数制御手段と、
前記負荷装置に投入された負荷、および決定されたエンジン回転数指令値から混合気流量指令値を決定し、検出された混合気温度、検出された混合気圧力、検出されたエンジン回転数、に基づいて実混合気流量を算出し、決定された混合気流量指令値と算出された実混合気流量との偏差に基づいて燃料ガス制御弁の開度を制御する混合気流量制御手段と、
決定された混合気流量指令値から排気温度指令値を決定し、決定された排気温度指令値と検出された排気温度との偏差に基づいて点火プラグが放電する時期を制御する放電時期制御手段と、
を具備するガスエンジン制御装置。
A mixture temperature detecting means for detecting the mixture temperature;
A mixture pressure detection means for detecting a mixture pressure;
An engine speed detecting means for detecting the engine speed;
Exhaust temperature detection means for detecting the exhaust temperature;
The engine speed command value is determined from the load applied to the load device driven by the engine, and the opening degree of the throttle valve is controlled based on the deviation between the detected engine speed and the determined engine speed command value. Engine speed control means for
The mixture flow rate command value is determined from the load input to the load device and the determined engine speed command value, and the detected mixture temperature, the detected mixture pressure, and the detected engine speed. A mixture flow rate control means for calculating an actual mixture flow rate based on the difference between the determined mixture flow rate command value and the calculated actual mixture flow rate, and a fuel gas control valve opening degree;
A discharge timing control means for determining an exhaust temperature command value from the determined mixture flow rate command value and controlling a timing at which the spark plug discharges based on a deviation between the determined exhaust temperature command value and the detected exhaust temperature; ,
A gas engine control device comprising:
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