CN103299060B - 燃气发动机的燃料气体供给方法及装置 - Google Patents

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Abstract

一种燃气发动机，气体供给管(35)分岔为增压器侧气体供给管(33)和气缸侧气体供给管(37)，具备控制各自的通路流量的增压器侧气体量调节阀(43)和气缸侧气体量调节阀(45)，其特征在于，在燃料气体的浓度发生变化时，通过气体供给控制器(63)，首先控制气缸侧气体量调节阀(45)，以使增压器侧气体供给管(33)的燃料气体量Q1和气缸侧气体供给管(37)的燃料气体量Q2的比率Q1/Q具有固定关系，同时使发动机输出维持固定，然后控制增压器侧气体量调节阀(43)以达到基于固定比率的燃料气体量Q1。

Description

燃气发动机的燃料气体供给方法及装置
技术领域
本发明涉及将经由燃料气体通路供给的燃料气体和空气混合，将混合气体供给到燃烧室并使其燃烧的燃气发动机的燃料气体供给方法及装置。
背景技术
以往，在燃气发动机、特别是小型燃气发动机中，一般采用在增压器上游使燃料气体和空气混合并将其供给到燃烧室的增压器前吸入方式。
像这样通过增压器前吸入方式供给全部气体时，随着燃料气体的卡路里变动，供气室中的燃气浓度也发生变动，可能会因供气室内气体的浓度而导致在供气室内产生自燃等异常燃烧，供气室内的安全程度依赖于燃料气体卡路里。
另一方面，由于现有的大型燃气发动机大多需要燃料气体与空气的混合比(空燃比)及气体投入量在各气缸均匀化，因而通过在各气缸的紧前方设置的燃料气体调节阀向燃烧室供给燃料气体。通过采用该方式，能够使供给到各气缸的空燃比及气体投入量均匀化，并且能够使各气缸的做功高效化，进一步，由于在气缸紧前方将燃料气体和空气混合，因而能够缩短混合气体供给路径的可燃区域，从而提高安全性。
另外，作为结合上述两种方式的技术，公知专利文献1(特开2001-132550号公报)的技术，在该技术中，具备如下两种供给单元：将通过气体压缩机升压之前的燃料气体供给到增压器上游的供气通路的供给单元；以及将通过气体压缩机升压了的燃料气体喷射供给到通向气缸室的供气通路或气缸内的供给单元。向增压器上游的供气通路供给的供给单元被设置成在供给作用状态和停止状态之间切换自如。
然而，在专利文献1所示的技术中，在将通过气体压缩机加压了的燃料气体供给到气缸内的燃料气体供给系统中，需要将燃料气体压缩成比增压空气压高压，但作为燃料气体使用煤矿沼气等低卡路里气体(发热量低的气体)的情况下，为了压缩低压且大流量的气体，需要大型且大容量的气体压缩机。另外，在将燃料气体供给到增压器上游的供气通路的供给系统中，在供气通路中，可能会因燃料气体的燃气浓度达到可燃下限以上而产生自燃等异常燃烧。
因此，在专利文献2(特开2006-249954号公报)中公开了以下结构：构成为将燃料气体的一方与增压器入口空气混合而将该混合气供给到增压器，并且将燃料气体的另一方与各个气缸的供气通路内的供气混合而将该混合气供给到发动机的各气缸，设置有调节增压器侧气体供给通路的气体流量的增压器侧气体量调节阀、和调节各气缸侧气体供给通路的气体流量的气缸侧气体量调节阀，并设置有气体量控制器，所述气体量控制器控制增压器侧气体量调节阀的开度，调节向增压器侧气体供给通路供给的燃料气体量，以使供给到增压器的混合气中的燃料气体浓度保持在可燃下限燃气浓度以下。
由此，能够完全消除增压器出口的燃料气体的自燃等异常燃烧的可能性，并且在使用低卡路里气体(发热量低的气体)燃料时，也能够降低用于压缩向各个气缸的供气通路供给的燃料气体的气体压缩机的动力，从而使该气体压缩机小型化、小容量化。
作为表示与该专利文献2相同的燃料气体供给结构的文献，也公知专利文献3(特开2009-144626号公报)。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：特开2001-132550号公报
专利文献2：特开2006-249954号公报
专利文献3：特开2009-144626号公报
发明内容
发明要解决的课题
如上所述，根据专利文献2、3，即使是低卡路里气体也能够确保充足的燃料气体供给量，另外，能够使用于压缩燃料气体的气体压缩机小型化、小容量化，进一步，将供给到增压器的混合气中的燃料气体浓度调节为保持在可燃下限燃气浓度以下，从而在供气通路中不会使燃料气体的燃气浓度达到可燃下限以上而产生自燃等异常燃烧。
然而，并未具体公开进行该自燃等异常燃烧的防止的控制及结构。进一步，希望如下控制方法：即使在燃料气体发生卡路里变动的情况下，也不使用直接测量燃料气体的浓度的浓度计而利用简单的结构，并且可靠地使可燃性的燃料气体不会在供气通路内产生异常燃烧。
因此，本发明鉴于上述问题，其目的在于提供一种燃气发动机的燃料气体供给方法及装置，在卡路里低且发热量易发生变动的燃料气体中，通过燃料气体量的供给控制，能够可靠且简单地防止燃料气体在包含增压器出口在内的供气通路内的自燃等异常燃烧，从而确保安全性。
用于解决课题的手段
因此，本发明为了解决此问题，提供一种燃气发动机的燃料气体供给方法，上述燃气发动机中，供给卡路里低且存在变动的燃料气体的燃料气体通路分岔为增压器侧气体供给通路和气缸侧气体供给通路，所述增压器侧气体供给通路与设置于增压器的空气入口侧的混合器连接，所述气缸侧气体供给通路与通向气缸的供气通路连接，并且安装有用于压缩上述燃料气体的气体压缩机，上述燃气发动机具备第1燃料气体调节阀和第2燃料气体调节阀，所述第1燃料气体调节阀控制上述增压器侧气体供给通路的流量，所述第2燃料气体调节阀控制上述气缸侧气体供给通路的流量，上述燃料气体供给方法的特征在于，
使通过上述第1燃料气体调节阀调节的增压器侧气体供给通路的燃料气体量Q1和通过上述第2燃料气体调节阀调节的气缸侧气体供给通路的燃料气体量Q2的流量比率Q1/Q2保持为固定值，在燃料气体的燃气浓度发生变化时，调节上述第2燃料气体调节阀从而调节上述燃料气体量Q2，以使发动机输出维持固定，之后，基于上述流量比率计算上述燃料气体量Q1，根据该燃料气体量Q1调节上述第1燃料气体调节阀。
根据本发明，将通过第1燃料气体调节阀调节的增压器侧气体供给通路的燃料气体量Q1和通过第2燃料气体调节阀调节的气缸侧气体供给通路的燃料气体量Q2的关系，设定为使流量比率Q1/Q2保持为固定值，在燃料气体的燃气浓度发生变化时，首先调节第2燃料气体调节阀从而调节燃料气体量Q2，以使发动机输出维持固定。之后，基于流量比率计算燃料气体量Q1，根据该燃料气体量Q1调节第1燃料气体调节阀的开度。
这样，将增压器侧气体供给通路的燃料气体量Q1和气缸侧气体供给通路的燃料气体量Q2控制为使流量比率Q1/Q固定，并且首先控制第2燃料气体调节阀以使发动机输出维持固定，然后基于流量比率控制燃料气体量Q1，从而能够防止从增压器侧气体供给通路导入的燃料气体的浓度上升为在供气管内产生自燃、引火、爆炸等异常燃烧的浓度。结果提高了安全性。
另外，在本发明中，未设置燃气浓度计，通过控制燃料气体量Q1及Q2，就能够防止供气管内的自燃、引火、爆炸等异常燃烧从而确保安全性，因此能够使控制装置简单化，并使整个系统构成为轻量、小型。
卡路里低且存在变动的燃料气体为例如像煤矿沼气(Coal MineMethane，CMM气体)、填埋气体(生物气)等这样的、通过混合空气和沼气而成的气体，在沼气浓度发生变化时，根据其变化，若浓度升高则发动机输出上升，若浓度降低则发动机输出下降。
因此，为了在沼气浓度的变化时使发动机输出固定，在沼气浓度升高时，降低燃料气体流量，在沼气浓度降低时，增加燃料气体流量。
因此，在该燃料气体流量增减时，如何设定气缸侧气体供给通路的燃料气体量Q2和从增压器侧气体供给通路导入的燃料气体量Q1的关系成为问题。
在将从增压器侧气体供给通路导入的燃料气体量Q1控制为总是固定的情况下，当燃料气体的沼气浓度升高时，从增压器侧气体供给通路导入的沼气成分增大，从而具有易达到在供气管内产生自燃、引火、爆炸等异常燃烧的浓度的危险性。
然而，本发明的特征在于，对增压器侧气体供给通路的燃料气体量Q1和气缸侧气体供给通路的燃料气体量Q2进行控制而将流量比率Q1/Q2设定为固定比率的关系。进一步，将发动机输出控制为固定，并且首先通过第2燃料气体调节阀从Q2开始进行控制。
因此，在沼气浓度升高时，降低气缸侧气体供给通路的燃料气体量Q2以达到固定输出，并且根据固定比率，也降低增压器侧气体供给通路的燃料气体量Q1，因此能够避免以下危险性：从增压器侧气体供给通路导入的沼气成分增大，在供气管内产生自燃、引火、爆炸等异常燃烧。
即，本发明优选，当燃料气体的燃气浓度上升时，降低上述燃料气体量Q2以使上述发动机输出维持固定，并且基于上述固定的流量比率降低上述燃料气体量Q1，抑制通过上述混合器混合并被导入增压器的混合燃料气体的燃气浓度的上升，使其保持为大致固定值。此外优选，保持为上述大致固定值的燃气浓度是燃料气体相对于空气不足可燃下限燃气浓度的预定浓度。
此外优选，当燃料气体的燃气浓度下降时，增加上述燃料气体量Q2以使上述发动机输出维持固定，并且基于上述固定的流量比率增加上述燃料气体量Q1，抑制通过上述混合器混合并被导入增压器的混合燃料气体的燃气浓度的下降，使其保持为大致固定值。
这样，当燃料气体的燃气浓度下降时，增加上述燃料气体量Q2以使上述发动机输出维持固定，并且基于上述固定的流量比率增加上述燃料气体量Q1，因此能够迅速达到固定输出。
另外优选，上述燃气发动机为发电用发动机，通过使上述发动机输出维持固定，而以该燃气发动机的发电输出固定的方式运转。
进一步，适于上述燃料气体为发热量低且易发生变动的煤矿沼气的情况。
另外，用于实施本发明的燃气发动机的燃料气体供给方法的供给装置为一种燃气发动机的燃料气体供给装置，其中，供给卡路里低且存在变动的燃料气体的燃料气体通路分岔为增压器侧气体供给通路和气缸侧气体供给通路，所述增压器侧气体供给通路与设置于增压器的空气入口侧的混合器连接，所述气缸侧气体供给通路与通向气缸的供气通路连接，并且安装有用于压缩上述燃料气体的气体压缩机，上述燃料气体供给装置具备第1燃料气体调节阀和第2燃料气体调节阀，所述第1燃料气体调节阀控制上述增压器侧气体供给通路的流量，所述第2燃料气体调节阀控制上述气缸侧气体供给通路的流量，上述燃料气体供给装置的特征在于，
具备控制上述第1燃料气体调节阀和上述第2燃料气体调节阀的开度的气体供给控制器，在该气体供给控制器中设置有：流量比率保持单元，使通过上述第1燃料气体调节阀调节的增压器供给通路的燃料气体量Q1和通过上述第2燃料气体调节阀调节的气缸侧气体供给通路的燃料气体量Q2的流量比率Q1/Q2保持为固定值；第2燃料气体调节阀控制单元，在燃料气体的燃气浓度发生变化时，调节上述第2燃料气体调节阀从而调节上述燃料气体量Q2，以使发动机输出维持固定；以及第1燃料气体调节阀控制单元，在通过该第2燃料气体调节阀控制单元调节燃料气体量Q2后，基于上述流量比率计算上述燃料气体量Q1，并根据该燃料气体量Q1调节上述第1燃料气体调节阀的开度。
根据本发明，通过气体供给控制器的流量比率保持单元，使通过第1燃料气体调节阀调节的增压器侧气体供给通路的燃料气体量Q1和通过第2燃料气体调节阀调节的气缸侧气体供给通路的燃料气体量Q2的关系为流量比率Q1/Q2保持为固定值，通过第2燃料气体调节阀控制单元，在燃料气体的燃气浓度发生变化时，首先调节第2燃料气体调节阀以使发动机输出维持固定，在通过该第2燃料气体调节阀控制单元调节燃料气体量Q2后，通过第1燃料气体调节阀控制单元，基于燃料气体量Q2的调节量和流量比率计算燃料气体量Q1，并根据该燃料气体量Q1调节第1燃料气体调节阀的开度。
这样，将增压器侧气体供给通路的燃料气体量Q1和气缸侧气体供给通路的燃料气体量Q2控制为使流量比率Q1/Q固定，并且首先控制第2燃料气体调节阀以使发动机输出维持固定，然后基于流量比率控制燃料气体量Q1，从而能够防止从增压器侧气体供给通路导入的燃料气体的浓度上升为在供气管内产生自燃、引火、爆炸等异常燃烧的浓度，能够提高安全性。
发明效果
在如上所述的各方法发明及装置发明中，在卡路里低且发热量易发生变动的燃料气体中，通过控制燃料气体量的供给，能够可靠且简单地防止包括增压器出口在内的供气通路内的燃料气体的自燃等异常燃烧，从而确保安全性。
即，将增压器侧气体供给通路的燃料气体量Q1和气缸侧气体供给通路的燃料气体量Q2控制为使流量比率Q1/Q固定，并且首先控制第2燃料气体调节阀以使发动机输出维持固定，然后基于流量比率控制燃料气体量Q1，从而能够防止从增压器侧气体供给通路导入的燃料气体的浓度上升为在供气管内产生自燃、引火、爆炸等异常燃烧的浓度。结果提高了安全性。
附图说明
图1是本发明的实施方式的燃气发动机的燃料气体供给装置的整体结构图。
图2是表示气体供给控制器内的流量阀调节单元的流量和开度的一例的特性，(a)表示第1燃料气体调节阀，(b)表示第2燃料气体调节阀。
图3是表示流向吸供气口的燃料气体的流入状态的说明图。
图4表示气体供给控制器的控制流程。
图5是说明燃料气体量Q1、Q2、Q3的关系和供气管内的供气燃气浓度H的示意图。
图6是表示与比较例的对比的图表，(a)表示流量Q1，(b)表示流量Q2，(c)表示Q1/Q2的比率状态，(d)表示供气通路内的燃气浓度。
具体实施方式
下面，利用图示的实施方式详细说明本发明。
其中，本实施方式所记载的构成零件的尺寸、材质、形状及其相对配置等，只要未特别进行特定记载，则本发明的范围不仅限于此，其只不过是说明例。
参照图1，对本实施方式的燃气发动机的燃料供给装置的整体结构进行说明。在该图中，发动机(燃气发动机)1由气缸体3和气缸盖5构成，另外，在该发动机1安装有经由飞轮7直接连接并驱动的发电机9。
另外，设置有由排气涡轮11a及压缩机11b构成的增压器11，在上述各气缸盖5的供气入口连接供气支管13，并设置有连接上述压缩机11b的供气出口和上述各供气支管13的供气管15、及对在该供气管15中流动的供给气体进行冷却的供气冷却器17。
将与各气缸盖5的排气出口连接的各排气管19和排气集合管21连接，该排气集合管21与排气涡轮11a连接，并安装有用于排出来自排气涡轮11a的废气出口的废气的排气出口管23。
另外，设置有排气旁通管25，其从排气集合管21的排气涡轮11a的入口侧分岔而对该排气涡轮11a进行旁通，与该排气涡轮11a的出口侧的排气出口管23连接。另外，在该排气旁通管25上设置有改变通路面积的排气旁通阀27。
设置有用于将空气从外部导入上述增压器11的压缩机11b的增压器入口空气通路29，在增压器入口空气通路29设置有混合器31，该混合器31与增压器侧气体供给管(增压器侧气体供给通路)33连接。
另外，从收容卡路里低且存在变动的燃料气体的燃料气体罐(省略图示)导入燃料气体的气体供给管(燃料气体供给通路)35，在中途从该气体供给管35分岔为上述增压器侧气体供给管33和气缸侧气体供给管(气缸侧气体供给通路)37，进一步，气缸侧气体供给管37在中途按气缸分岔而变成气体供给支管39，并与各供气支管13连接。进一步，在气缸侧气体供给管37设置有压缩在该气缸侧气体供给管37中流动的燃料气体的气体压缩机41。
此外，卡路里低且存在变动的燃料气体为煤矿沼气(CMM气体)、填埋气体(生物气)等，本实施方式中表示使用煤矿沼气的例。该煤矿沼气(Coal Mine Methane，CMM气体)通过混合空气和沼气而构成。煤层中包含在其生成过程中产生的沼气，所谓煤矿沼气是指在挖掘煤时从煤层及其周围涌出的沼气，一般煤矿沼气浓度的变动幅度为15%-50%。
在增压器侧气体供给管33上设置有控制流向增压器入口空气通路29的燃料气体流量Q1的增压器侧气体量调节阀(第1燃料气体调节阀)43。另外，在各气体供给支管39上设置有控制在该各气体供给支管39中流动的燃料气体流量Q2'的气缸侧气体量调节阀(第2燃料气体调节阀)45。并且，作为在各气体供给支管39中流动的燃料气体流量Q2'的所有气缸数的合计，控制由气缸侧气体供给管37供给的燃料气体流量Q2。
另外，在图3中表示图1的供气支管13的A部分的燃料气体的流入状态。
通过供气支管13向图3的供气口47供给被增压器11加压了的燃料气体。该燃料气体将通过增压器入口空气通路29导入混合器31的空气Qai和通过增压器侧气体供给管33导入混合器31的燃料气体流量Q1混合，而流入合计流量Q3。
另一方面，在与各供气支管13连接的各气体供给支管39中流动的燃料气体流量Q2'，通过供气阀49的阀杆51与气缸盖5的滑动部、或形成于滑动部的槽53等通路而导入供气口47。
分别设置有检测发动机转速的转速传感器55、检测发电机9的负载即发动机负载的负载检测器57、检测供气管15的供气压力的供气压力传感器59、检测供气管15的供气温度的供气温度传感器61。进一步，将来自这些传感器的信号输入到气体供给控制器63。
在该气体供给控制器63中设置有：流量比率保持单元65，将通过增压器侧气体量调节阀43调节的增压器侧气体供给管33的燃料气体量Q1和通过气缸侧气体量调节阀45调节的气缸侧气体供给管37的燃料气体量Q2的流量比率Q1/Q2保持为固定值；第2燃料气体调节阀控制单元67，在燃料气体的燃气浓度变化时，调节气缸侧气体量调节阀45从而调节燃料气体量Q2，以使发动机输出维持固定；第1燃料气体调节阀控制单元69，在通过该第2燃料气体调节阀控制单元67调节燃料气体量Q2后，基于设定的流量比率计算燃料气体量Q1，并根据该燃料气体量Q1调节增压器侧气体量调节阀43的开度。
发动机1运转时，来自气体供给管35的燃料气体在该气体供给管35的中途分岔。分岔的燃料气体的一方通过增压器侧气体供给管33导入混合器31，在该混合器31中与来自增压器入口空气通路29的空气混合，该混合燃料气体被导入增压器11的压缩机11b。
由该压缩机11b加压为高温、高压的混合燃料气体被供气冷却器17冷却而降温，并通过供气管15流入各气缸的供气支管13内。
另外，分岔的燃料气体的另一方进入气缸侧气体供给管37，被气体压缩机41压缩，并通过各气缸的各气体供给支管39进入各供气支管13，如图3那样，在供气口47内混入到通过供气管15流入各气缸的供气支管13内的混合燃料气体中，而被送到各气缸内。
另外，在发动机1的各气缸内燃烧的燃料气体，在燃烧后作为废气通过排气管19在排气集合管21合流并被供给到增压器11的排气涡轮11a，在驱动该排气涡轮11a后，通过排气出口管23排出到外部。
接下来，参照图4对在具有上述结构的燃气发动机的燃料气体供给装置中作为燃料气体的煤矿沼气(CMM气体)的沼气浓度发生变化时的控制方法说明如下。
首先，在步骤S1中，煤矿沼气(CMM气体)的沼气浓度发生变化后，在步骤S2中，燃料气体的发热卡路里发生变动，因此发动机1的输出发生变动。随之，来自发电机9的发电输出发生变动，通过转速传感器55或负载检测器57检测其变动值。
然后，在步骤S3中，相对于该发电机输出变化，进行输出调节以使发电机输出返回到变化前的状态。该输出调节大体上如下进行：通过步骤S3的由气缸侧气体量调节阀(第2燃料气体调节阀)45调节的气缸侧气体供给管37的燃料气体量Q2的调节、和步骤S7的由增压器侧气体量调节阀43调节的增压器侧气体供给管33的燃料气体量Q1来进行。
在步骤S3中，进行普通的电子调节功能，控制各气缸侧气体量调节阀45的开度，以便达到基于来自转速传感器55的发动机转速的检测值设定的目标转速、或达到基于来自负载检测器57的负载检测值设定的发电输出。
即，当燃料气体的燃气浓度上升时，以降低燃料气体量Q2的方式控制各气缸侧气体量调节阀45的开度，以使发动机输出维持固定，另外，当燃料气体的燃气浓度下降时，以增加燃料气体量Q2的方式控制各气缸侧气体量调节阀45的开度，以使发动机输出维持固定。
接下来，在步骤S4中，根据步骤S3的各气缸侧气体量调节阀45的阀开度，计算在各气体供给支管39中流动的燃料气体流量Q2'。在该计算时，基于如图2(b)所示的气体供给控制器63内的第2燃料气体调节阀控制单元67的流量和阀开度的特性关系进行计算。另外，作为在各气体供给支管39中流动的燃料气体流量Q2'的所有气缸数的合计，计算由气缸侧气体供给管37供给的燃料气体流量Q2。
接下来，在步骤S5中，根据在使流量比率Q1/Q2保持为固定值的流量比率保持单元65中设定的固定比率值(例如，小于1的值)，计算增压器侧气体供给管33的燃料气体量Q1。
接下来，在步骤S6中，根据增压器侧气体供给管33的燃料气体量Q1，计算增压器侧气体量调节阀43的开度。然后，在步骤S7中，基于该算出的开度进行增压器侧气体量调节阀43的开度调节。
接下来，在步骤S8中，基于转速传感器55或负载检测器57的检测值判断发电机9的输出是否被保持。在未被保持的情况下，返回到步骤S3，再次重复从控制各气缸侧气体量调节阀45的开度起的步骤。
另外，在步骤S8中发电机9的输出保持固定状态时结束。同时，进入步骤S9，在发电输出保持固定状态的情况下，判断为增压器出口流量Q3保持固定，不进行排气旁通阀27的控制。该排气旁通阀27的控制是在外气温度、压力发生变化时，为了避免空燃比的变化从而维持稳定燃烧，而将增压器出口流量Q3控制为固定。该增压器出口流量Q3的固定控制基于来自供气压力传感器59及供气温度传感器61的信号进行。
基于燃料气体量Q1、Q2、Q3的关系，参照图5的示意图说明从混合器31至压缩机11b、再从压缩机11b的供气出口至与各供气支管13连接的供气管15内的供气燃气浓度H。
在来自增压器侧气体供给管33的燃料气体量Q1中，若设沼气浓度为m%，则沼气量为Q1×m，空气量为Q1×(1-m)。同样地，在来自气缸侧气体供给管37的燃料气体量Q2中，若设沼气浓度为m%，则沼气量为Q2×m，空气量为Q2×(1-m)。
压缩机11b的下游侧的流量Q3为Q3=Qai+Q1。另外，该压缩机11b的下游侧的供气燃气浓度H可表示为H=(Q1×m)/(Q1+Qai)。
在此，根据发电机9的发电输出固定(负载固定)的条件、即基于沼气量的卡路里量固定，(Q1+Q2)×m=固定=K1(相对于沼气浓度变化，效率(输出)的变化非常小，因而设其固定)。
进一步，在压缩机11b的出口气体量固定的情况下，Q3=Qai+Q1=固定=K2。
另外，作为本发明的特征项的流量比率Q1/Q2=固定=K3。
基于这些K1、K2、K3的条件，若改写该压缩机11b的下游侧的供气燃气浓度H的H=(Q1×m)/(Q1+Qai)式，则如下述(1)所示。
H=(Q1×m)/(Q1+Qai)
=(Q1×m)/(Q1+Q3-Q1)
=(Q1/Q3)×m
=(Q1×m)/Q3
=(K1/(1+K3))×1/K2     …(1)
因此，可表示压缩机11b的下游侧的供气燃气浓度H固定。进一步，参照图6，说明确认试验结果。
图6在横轴表示作为燃料气体供给的CMM气体的沼气浓度，(a)在纵轴表示流量Q1，(b)在纵轴表示流量Q2，(c)在纵轴表示Q1/Q2的比率，(d)在纵轴表示供气管内的燃气浓度。
此外，比较例表示将增压器前气体供给量的流量Q1控制为固定的情况，图6(a)～(d)中用虚线表示。在该比较例的情况下，由于流量Q1固定，因而当燃料气体中的沼气浓度变高时，为了进行发动机输出固定的控制而降低流量Q2，但由于流量Q1维持在固定状态，因而Q1/Q2的比率如(c)那样增大，并且流量Q1中的沼气浓度上升，从而供气管内的沼气浓度上升，如(d)所示，存在沼气浓度上升至产生自燃并爆炸等的危险区域的危险性。
在本实施方式中，当燃料气体量中的沼气浓度变高时，减少流量Q2以使发动机输出固定(图6(b))，之后，根据固定比率(图6(c))减少流量Q1(图6(a))。
这样基于Q1/Q2的固定比率、输出固定控制，如式(1)所示，压缩机11b的下游侧的供气燃气浓度H固定(图6(d))，能够可靠地防止供气管内的沼气浓度上升并且上升至沼气自燃并爆炸等的危险区域。
这样，通过仅控制增压器侧气体供给管33的燃料气体量Q1和气缸侧气体供给管37的燃料气体量Q2的流量的简单控制，就能够可靠地防止从增压器侧气体供给管33导入、并被导入供气管15内的燃料气体的浓度上升至在供气管内产生着火、爆炸等异常燃烧的浓度。结果能够提高安全性。
相反地当燃料气体的燃气浓度下降时，增加燃料气体量Q2以使发动机输出维持固定，并且基于上述固定的流量比率增加燃料气体量Q1，从而抑制通过混合器31混合并被导入增压器11的压缩机11b的混合燃料气体的燃气浓度的下降、使其保持为大致固定值而发挥作用，进一步，增加上述燃料气体量Q2以使发动机输出维持固定，并且基于上述固定的流量比率增加上述燃料气体量Q1，因而也具有能够迅速达到固定输出的作用。
产业利用性
根据本发明，在卡路里低且发热量易发生变动的燃料气体中，通过控制燃料气体量，能够可靠且简单地防止燃料气体在包括增压器出口在内的供气通路内的着火、爆炸等异常燃烧，从而确保安全性，因而适用于燃气发动机的燃料气体供给方法及装置。

Claims (8)

1.一种燃气发动机的燃料气体供给方法，
上述燃气发动机中，供给卡路里低且存在变动的燃料气体的燃料气体通路分岔为增压器侧气体供给通路和气缸侧气体供给通路，所述增压器侧气体供给通路与设置于增压器的空气入口侧的混合器连接，所述气缸侧气体供给通路与通向气缸的供气通路连接，并且安装有用于压缩上述燃料气体的气体压缩机，
上述燃气发动机具备第1燃料气体调节阀和第2燃料气体调节阀，所述第1燃料气体调节阀控制上述增压器侧气体供给通路的流量，所述第2燃料气体调节阀控制上述气缸侧气体供给通路的流量，
上述燃料气体供给方法的特征在于，
使通过上述第1燃料气体调节阀调节的增压器供给通路的燃料气体量Q1和通过上述第2燃料气体调节阀调节的气缸侧气体供给通路的燃料气体量Q2的流量比率Q1/Q2保持为固定值，
在燃料气体的燃气浓度发生变化时，调节上述第2燃料气体调节阀从而调节上述燃料气体量Q2，以使发动机输出维持固定，
之后，基于上述流量比率计算上述燃料气体量Q1，根据该燃料气体量Q1调节上述第1燃料气体调节阀。
2.根据权利要求1所述的燃气发动机的燃料气体供给方法，其特征在于，当燃料气体的燃气浓度上升时，降低上述燃料气体量Q2以使上述发动机输出维持固定，并且基于保持为固定值的上述流量比率降低上述燃料气体量Q1，抑制通过上述混合器混合并被导入增压器的混合燃料气体的燃气浓度的上升，使其保持为大致固定值。
3.根据权利要求1所述的燃气发动机的燃料气体供给方法，其特征在于，当燃料气体的燃气浓度下降时，增加上述燃料气体量Q2以使上述发动机输出维持固定，并且基于保持为固定值的上述流量比率增加上述燃料气体量Q1，抑制通过上述混合器混合并被导入增压器的混合燃料气体的燃气浓度的下降，使其保持为大致固定值。
4.根据权利要求2所述的燃气发动机的燃料气体供给方法，其特征在于，保持为上述大致固定值的燃气浓度是燃料气体相对于空气不足可燃下限燃气浓度的预定浓度。
5.根据权利要求3所述的燃气发动机的燃料气体供给方法，其特征在于，保持为上述大致固定值的燃气浓度是燃料气体相对于空气不足可燃下限燃气浓度的预定浓度。
6.根据权利要求1所述的燃气发动机的燃料气体供给方法，其特征在于，上述燃气发动机为发电用发动机，通过使上述发动机输出维持固定，而以该燃气发动机的发电输出固定的方式运转。
7.根据权利要求1所述的燃气发动机的燃料气体供给方法，其特征在于，上述燃料气体为发热量低且易发生变动的煤矿沼气。
8.一种燃气发动机的燃料气体供给装置，其中，
供给卡路里低且存在变动的燃料气体的燃料气体通路分岔为增压器侧气体供给通路和气缸侧气体供给通路，所述增压器侧气体供给通路与设置于增压器的空气入口侧的混合器连接，所述气缸侧气体供给通路与通向气缸的供气通路连接，并且安装有用于压缩上述燃料气体的气体压缩机，
上述燃料气体供给装置具备第1燃料气体调节阀和第2燃料气体调节阀，所述第1燃料气体调节阀控制上述增压器侧气体供给通路的流量，所述第2燃料气体调节阀控制上述气缸侧气体供给通路的流量，
上述燃料气体供给装置的特征在于，
具备控制上述第1燃料气体调节阀和上述第2燃料气体调节阀的开度的气体供给控制器，
在该气体供给控制器中设置有：
流量比率保持单元，使通过上述第1燃料气体调节阀调节的增压器供给通路的燃料气体量Q1和通过上述第2燃料气体调节阀调节的气缸侧气体供给通路的燃料气体量Q2的流量比率Q1/Q2保持为固定值；
第2燃料气体调节阀控制单元，在燃料气体的燃气浓度发生变化时，调节上述第2燃料气体调节阀从而调节上述燃料气体量Q2，以使发动机输出维持固定；以及
第1燃料气体调节阀控制单元，在通过该第2燃料气体调节阀控制单元调节燃料气体量Q2后，基于上述流量比率计算上述燃料气体量Q1，并根据该燃料气体量Q1调节上述第1燃料气体调节阀的开度。
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