CN105008698A - 燃气发动机的排气控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明的目的在于提供一种燃气发动机的排气控制装置，在需要暂时抑制NOx排出量的环境条件或地理条件的情况下，进行NOx抑制运行，在除此之外的情况下进行重视燃料经济性的稳定运行，实现NOx降低和燃料经济性的提高。燃气发动机的排气控制装置的特征在于，具备：基于燃料消耗率最佳的第一目标点火正时和第一目标空气过剩系数的基本运行模式(80)；基于使第一目标点火正时延迟的第二目标点火正时和使所述第一目标空气过剩系数增大的第二目标空气过剩系数的低NOx运行模式(82)；判定是否暂时抑制NOx排出量的NOx降低要求判定机构(86)；在利用NOx降低要求判定机构判定满足降低要求条件期间，切换至低NOx运行模式的运行模式切换机构(84)。

Description

燃气发动机的排气控制装置
技术领域
本发明涉及燃气发动机的排气净化装置，特别是涉及对用于固定式发电机或船舶的燃气发动机的有效抑制NOx(氮氧化物)排出的排气控制装置。
背景技术
公知从发动机排出的NOx排出量与燃料消耗率处于折衷关系，期望在满足NOx限制值的同时使燃料消耗率降低地运行。
作为抑制NOx生成的方法，控制点火正时和空燃比是有效的，例如，在专利文献1(特开2003-148187号公报)中公开了在供给组成变化的燃料的燃气发动机中，根据燃料组成测量机构、负荷测量机构、转速测量机构的输出来控制燃气发动机的点火正时和空燃比，对燃料组成变化时的爆震和NOx的产生进行抑制。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：(日本)特开2003-148187号公报
发明内容
发明所要解决的技术问题
但是，在专利文献1中，抑制的是燃气发动机的燃料组成变化时的NOx排出量，并未根据应抑制NOx排出量的环境状态或地理状态来抑制NOx排出量。
即，产生需要暂时抑制NOx排出量的环境条件或地理条件的情况，例如：城市中在夏季发出光化学烟雾的命令警报时需要暂时抑制作为光化学烟雾的产生原因的NOx的情况；在发动机运行时间接近规定的维护时间而担心排气浓度恶化的时期内，在直到维护的执行为止的期间暂时抑制的情况；在外气环境条件为高温且低湿度状态下燃烧温度高温化的情况；如船舶用或移动体的发动机进入NOx限制区域内或限制国家内时需要暂时抑制的情况等。
为了应对这样的需要暂时进行NOx抑制的情况，如果设置高级的应对设备或始终使应对控制工作，会导致设备费用的增大或发动机的燃料消耗率的恶化。
因此，通过暂时执行NOx抑制运行，与始终进行NOx抑制运行的情况相比，能够抑制燃料经济性恶化和设备费用的增大，更为经济。
特别是在发电机用的燃气发动机中，为了NOx限制而必须设置昂贵的脱硝设备来抑制发电输出地运行，因此进行暂时的抑制运行对于保持发电输出恒定并且抑制燃气发动机的燃料经济性恶化是有效的。
于是，本发明鉴于上述技术课题，目的在于提供一种燃气发动机的排气控制装置，通过在产生需要暂时抑制NOx排出量的环境条件或地理条件的情况下，进行NOx抑制运行，并在除此之外的情况下进行重视燃料经济性的稳定运行，来实现NOx的降低和燃料经济性的提高。
用于解决技术问题的技术方案
本发明为了解决上述课题，提出一种燃气发动机的排气控制装置，其混合燃气和空气，将混合后的混合气体向燃烧室供给，该燃气发动机的排气控制装置的特征在于，具备：点火正时控制机构，其控制被供给到燃烧室内的混合气体的点火正时；空气过剩系数控制机构，其控制燃烧室内的空气过剩系数；基本运行模式，以基于发动机转速和发动机负荷将点火正时和空气过剩系数设定为燃料消耗率最佳的第一目标点火正时和第一目标空气过剩系数作为目标值，对所述点火正时控制机构和所述空气过剩系数控制机构进行控制；NOx降低要求判定机构，利用环境条件、地理条件、发动机运行历史条件中的至少一个条件，判定是否暂时抑制NOx排出量；低NOx运行模式，以使所述第一目标点火正时延迟的第二目标点火正时和使所述第一目标空气过剩系数增大的第二目标空气过剩系数作为目标值，对所述点火正时控制机构和空气过剩系数控制机构进行控制；运行模式切换机构，其在利用所述NOx降低要求判定机构判定存在降低要求的情况下，切换至所述低NOx运行模式，使该低NOx运行模式持续直到所述NOx降低要求被解除，在所述NOx降低要求被解除的情况下切换至所述基本运行模式。
根据本发明，仅在利用环境条件、地理条件、发动机运行历史条件中的至少一个条件，判定需要暂时抑制NOx排出量时，运行模式切换机构切换至低NOx运行模式，利用所述空气过剩系数控制机构进行基于使第一目标空气过剩系数增大的第二目标空气过剩系数的控制，再利用所述点火正时控制机构进行基于使第一目标点火正时延迟的第二目标点火正时的控制。
因此，能够得到如下燃气发动机的排气控制装置，不需要始终使目标空气过剩系数增大，使点火正时延迟地进行NOx降低运行，在必要情况之外进行重视燃料经济性的稳定运行，由此实现NOx降低和燃料经济性提高。
并且，在本发明中优选的是，所述NOx降低要求判定机构在所述燃气发动机所设置的区域及其周边发出了光化学烟雾警报时，判定为需要。
通过这样地构成，特别是在城市中在夏季，在发出了光化学烟雾警报的情况下，为了降低光化学烟雾的产生原因即NOx排出量，暂时地切换至低NOx运行模式进行NOx降低运行，由此不会伴随着整个(全部运转时间)运行的燃料经济性恶化地得到高效地降低NOx的效果。
并且，在本发明中优选的是，所述NOx降低要求判定机构在所述燃气发动机所设置的外气温度在规定值以上、且湿度在规定值以下的高温低湿度状态时，判定为需要。
通过这样地构成，在外气温度在规定值以上、且湿度在规定值以下的高温低湿度状态时，由于处于供气温度变高容易产生NOx的情况，因此暂时地切换至低NOx运行模式而进行NOx降低运行，由此能够高效地得到降低NOx的效果。
作为高温低湿度的条件，例如是气温在30℃以上且相对湿度在40％以下的情况。
并且，在本发明中优选的是，所述NOx降低要求判定机构基于所述燃气发动机的运行经年数据，在达到下一次维护时间前的规定期间，或从最初的运行开始达到规定期间时，判定为需要。
通过这样地构成，在进行燃气发动机的部件更换等的维护时间之前，处于排气状态恶化的倾向，因此在这样的时期内，或者在从最初的运行开始达到规定时间时，与维护时间无关而处于排气状态恶化的倾向，因此在这样的时期内，暂时地切换至低NOx运行模式并进行NOx降低运行，能够高效地得到降低NOx的效果。
并且，在本发明中优选的是，所述NOx降低要求判定机构在搭载所述燃气发动机的移动体接近或进入NOx排出量限制区域时，判定为需要。
通过这样地构成，在所述燃气发动机是搭载于作为移动体的车辆或船舶的发电机用的动力源的情况下，或者，在用作移动体的车辆或船舶的主动力源的情况下，当该移动体接近或进入NOx排出量限制区域时，暂时地切换至低NOx运行模式并进行NOx降低运行，能够高效地得到降低NOx的效果。
并且，在本发明中优选的是，在所述燃气发动机中具备增压器，在所述低NOx运行模式中，控制所述增压器，以增大空气过剩系数。
通过这样地构成，控制增压器的排气支路流量来增大增压量，能够增大空气过剩系数。由此，能够进行NOx降低的运行。
因此，在具有增压器的燃气发动机中，暂时地切换至低NOx运行模式并进行NOx降低运行，能够高效地得到降低NOx的效果。
并且，在本发明中优选的是，所述燃气发动机利用引燃喷射式的燃烧室结构构成，通过使向副室内或主室内喷射的引燃燃料减少来进行所述低NOx运行模式中的空气过剩系数的增大。
通过这样地构成，通过使引燃燃料减少能够增大空气过剩系数。由此，能够进行NOx降低运行。
因此，在燃气发动机利用引燃喷射式的燃烧室结构构成的情况下，通过暂时地切换至低NOx运行模式并进行NOx降低运行，能够高效地得到降低NOx的效果。
发明效果
根据本发明，基于产生需要暂时抑制NOx排出量的环境条件或地理条件的状态，进行NOx抑制运行的持续和解除，并对NOx抑制运行和重视燃料经济性的稳定运行进行切换，由此能够实现NOx的降低和燃料经济性的提高。
附图说明
图1表示本发明的第一实施方式，是表示具备排气控制装置的燃气发动机的整体结构的系统图。
图2是表示第一实施方式的燃烧室周围的结构的局部剖面说明图。
图3是发动机控制装置的结构框图。
图4是发动机控制装置的控制流程图。
图5是低NOx模式运行的子程序的流程图。
图6是低NOx模式运行时的NOx浓度、发动机输出、点火正时、空气量各自的时序图。
图7表示本发明的第二实施方式的燃烧室结构的局部剖面说明图。
图8是第二实施方式的发动机控制装置的结构框图。
图9表示第一、第二实施方式的变形例。
具体实施方式
以下，使用附图，对本发明的实施方式进行详细说明。需要说明的是，以下实施方式中所记载的构件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特定的记载，就不表示将该发明的范围仅限定于此，只不过是说明例。
(第一实施方式)
图1表示本发明第一实施例的燃气发动机系统的整体结构图，图2是燃烧室周围的局部剖面图。在本实施例中，作为一个例子，对具有用于驱动发电机的增压器的燃气发动机、且具有点火用副室的结构进行说明。
不限定于本实施方式的燃气发动机，也可以应用于后述第二实施方式的燃烧方式的燃气发动机。并且，如图所示，驱动对象优选为发电机1，但也可以应用于发电机以外的情况。
在图1中，发动机(燃气发动机)2具备气缸体4、气缸盖6和飞轮8，该具备利用排气涡轮10a和压缩机10b构成的增压器10。并且，发电机1直接安装于飞轮8。
在各气缸盖6的供气入口分别连接有供气支管12，各供气支管12与供气管14和压缩机10b的供气出口连接。在供气管14设有对在该供气管14中流动的供气进行冷却的供气冷却器16。
另一方面，在各气缸盖6的排气出口分别连接有排气管18，各排气管18与排气涡轮10a的排气入口和排气歧管20连接。在排气涡轮10a的排气出口连接有用于排出排气的排气出口管22。
并且，设有排气旁通管24，其从排气歧管20的排气涡轮10a入口侧分支，绕过排气涡轮10a，并与该排气涡轮10a出口侧的排气出口管22连接，并且在该排气旁通管24上设有使排气旁通管24的通路面积变化来调整压缩机10b的增压压力的排气旁通阀26。
增压器10的压缩机10b与导入来自外部的空气的增压器入口空气通路28连接。并且，从收纳燃气的燃气箱(省略图示)导入燃气的气体供给管30与气体供给主管32连接，在该气体供给主管32的中途分支到每个气缸，形成气体供给支管34而与各供气支管12连接。并且，利用气体压缩机31向气体供给主管32压送燃气。
在各气体供给支管34设有控制各气体供给支管34的通路面积即燃气流量的燃料流量控制阀36。
并且，在各气缸盖6分别连接有经由单向阀42向具有副燃烧室38的点火装置40供给燃气的副室用燃气供给管44。
设置检测发动机转速的转速传感器46、检测发电机1的负荷即发动机负荷的负荷传感器48，并设置检测外气温度检测的温度传感器50、检测外气的相对湿度的湿度传感器52。
图2是示意地表示图1的发动机2的燃烧室周围的结构的局部剖面说明图。具备：往复滑动自如地嵌合在气缸54内的活塞56；在活塞56的上表面与气缸体4的内表面之间划分形成的主燃烧室58；与该主燃烧室58连接的进气道60；开闭该进气道60的进气阀62等。
在进气道60的上游侧的供气支管12设置有气体混合器64，并连接有气体供给支管34，利用气体混合器64对通过该气体供给支管34供给的燃气和通过供气支管12供给的空气进行予混合。此外，也可以不经由气体混合器64而直接使气体供给支管34连接于供气支管12来进行混合。
然后，经由进气道60到达进气阀62，通过进气阀62的开阀而被供给到主燃烧室58。
并且，在副室喷管66的内部形成有副燃烧室38。在副室喷管66的前端部周围形成有多个向主燃烧室58内喷射火焰进行主燃烧的喷孔68。
该副室喷管66安装在喷嘴保持器67的前端部，在喷嘴保持器67的内部收纳有副室用燃气通路70和对从该副室用燃气通路70供给到副燃烧室38内的燃气70进行点火的火花塞72。副室用燃气通路70与副室用燃气供给管44连接，经由单向阀42向副燃烧室38内进行燃气的供给。从单向阀42的上游侧与火花塞72的点火正时相匹配地供给加压燃气。
接下来，对具备以上结构的燃气发动机中的发动机控制装置74进行说明。
如图3所示，发动机控制装置74主要具备：点火正时控制机构76，其控制所述火花塞72的点火正时并对供给到副燃烧室38内的燃气点火，对主燃烧室58内的混合气体的点火正时进行控制；空气过剩系数控制机构78，其控制主燃烧室58内的空气过剩系数；运行模式切换机构84，其进行基本运行模式80和低NOx运行模式82的运行模式的切换；NOx降低要求判定机构86，其根据环境条件、地理条件、发动机运行历史条件中的至少一个条件，判定是否需要暂时抑制NOx排出量；以及输出控制机构88，其控制发动机输出即发电机1的输出功率。
基本运行模式80是指，基于从转速传感器46和负荷传感器48检测的发动机转速和发动机负荷的信号，将使用预先设定的相对于发动机转速和发动机负荷最佳的、即燃料消耗率最好的目标空气过剩系数(第一目标空气过剩系数)和目标点火正时(第一目标点火正时)的图表计算出的目标空气过剩系数(第一目标空气过剩系数)和目标点火正时(第一目标点火正时)作为目标值，对点火正时控制机构76和空气过剩系数控制机构78进行控制的运行。
并且，低NOx运行模式82是指，将使所述第一目标点火正时延迟规定量的第二目标点火正时和使所述第一目标空气过剩系数增大规定量的第二目标空气过剩系数作为目标值，对所述点火正时控制机构和所述空气过剩系数控制机构进行控制的运行。
即，低NOx运行模式82利用从燃料经济性良好的第一目标点火正时延迟到第二目标点火正时的点火正时延迟机构90、以及将空气量从燃料经济性良好的第一目标空气过剩系数增大至第二目标空气过剩系数的空气量增大机构92构成。点火正时延迟机构90使火花塞72的点火正时延迟来进行。并且，空气量增大机构92通过缩小增压器10的排气旁通阀26的开度来增大增压量进行。
并且，NOx降低要求判定机构86根据环境条件、地理条件、发动机运行历史条件等来判定是否需要暂时抑制NOx排出量。
为了达到排气限制值而实施基本的排气应对措施，在此基础上对发动机2设定最佳燃料经济性下的运行条件(第一目标点火正时、第一目标空气过剩系数)。
但是，如果为了应对环境变化、运转时间、其他特殊的NOx排气限制而在进一步牺牲燃料经济性来实施NOx应对措施的条件下运行，则反而存在使燃料经济性恶化、不经济的问题。
因此，利用NOx降低要求判定机构86，判定是否需要应对环境变化、运转时间、其他特殊的NOx排气限制等。
利用该NOx降低要求判定机构86判定的条件如下。
例如，作为判定条件(第一条件)，在发动机2所设置的区域及其周边发出了光化学烟雾警报时，NOx降低要求判定机构86判定为需要降低NOx。
该光化学烟雾警报在城市的夏季经常发生。并且，对于发电设备来说，通常夏季发电量是必要的。因此，在夏季发生光化学烟雾时，暂时需要使发电机的发电量维持一定，并且抑制NOx排出量的运行。在该情况下，即使伴随着燃料经济性的恶化，也要选择用于降低NOx的低NOx运行模式82。
特别是对于在城市近郊设置的用于发电的燃气发动机，考虑降低燃料经济性来使夏季的电量增大运行与NOx降低运行的关系适当的手段是有效的。
在涂料或粘接剂等中作为溶剂所含有的挥发性有机化合物和来自机动车或工厂的排气中含有的NOx(氮氧化物)受到来自太阳的紫外线而发生化学反应，产生被称作光化学氧化剂的新物质，在气温高、风力弱、日照强的天气里，大气中的光化学氧化剂的浓度变高，产生所谓的光化学烟雾。
因此，在发出了光化学烟雾警报的情况下，为了降低作为光化学烟雾的产生原因的NOx排出量，通过暂时地切换至低NOx运行模式而进行NOx降低运行，能够高效地得到降低NOx的效果。
并且，作为判定条件(第二条件)，在发动机2所设置的外气温度在规定值以上、且湿度在规定值以下的高温低湿度状态时，NOx降低要求判定机构86也判定为需要降低NOx。
在外气温度在规定值以上、且湿度在规定值以下的高温低湿度状态时，供气温度变高具有主燃烧室58内的燃烧温度也处于高温化的倾向，由于处于容易产生NOx的情况，因此通过暂时地切换至低NOx运行模式并进行NOx降低运行，能够高效地得到降低NOx的效果。
需要说明的是，作为高温低湿度的条件，例如考虑气温在30℃以上、且相对湿度在40％以下的情况。
并且，作为判定条件(第三条件)，所述NOx降低要求判定机构86基于所述燃气发动机的运行经年数据，在达到下一次维护时间前的规定期间，或从最初的运行开始达到规定期间时，判定为需要。
发动机2是用于发电的燃气发动机，为了针对经年劣化进行部件更换等而定期进行维护，但在邻近其维护时间之前，运转时间达到长时间，从而处于排气状态恶化的倾向。
在这样的时期中，通过暂时地切换至低NOx运行模式来进行NOx降低运行，能够高效率地获得降低NOx的效果。并且，与定期的维护时间无关而从初始的运行开始达到规定期间时，处于排气状态恶化的倾向，因此在这样的时期内，暂时地切换至低NOx运行模式而进行NOx降低运行对于降低NOx是有效的。
并且，作为判定条件(第四条件)，所述NOx降低要求判定机构86在所述发动机2作为车辆、船舶或航空器的主动力机的情况、或在作为在该车辆、船舶、航空器中设置的发电机用的动力源的情况下，在车辆、船舶、航空器的移动体接近或进入NOx排出量限制区域时，例如，在移动到排气限制值不同的国家(领海、领空)时，或者即使是同一国家内移动到作为特殊区域限制严格的区域时，判定为需要。
具体地说，对位置信息的检测结果与预先存储的全世界区域(包括空域、海域)中的NOx限制值水平数据进行对比，在进入到该区域时判定需要降低NOx。
此外，可以在接近时和进入时，使NOx降低水平不同，在接近到一定距离内的时刻使NOx降低一个等级，在进入该区域内的阶段进一步使NOx降低一个阶段。
通过采取这样的方式，容易应用于在NOx限制值不同的区域移动的移动体。
并且，通过适当组合前述NOx降低要求判定机构86的判定条件，能够更准确地判定降低要求。例如，通过组合发出光化学烟雾警报时的第一条件和外气条件处于高温低湿度状态时的第二条件，来判定需要进一步降低NOx的状态。
并且，尤其在外气条件处于高温低湿度状态时的第二条件与邻近维护时间之前的时间的第三条件的组合，或者邻近维护时间之前的时间的第三条件与接近或进入NOx排出量限制区域时的第四条件的组合的情况下是有效的。
发动机控制装置74的运行模式切换机构84在利用NOx降低要求判定机构86判定降低要求为需要的情况下，进行运行模式从基本运行模式80向低NOx运行模式82的切换，并在判定降低要求为否的情况下，如果处于基本运行模式80，则维持该运行模式，如果处于低NOx运行模式82，则切换为返回基本运行模式80。
并且，输出控制机构88使发动机输出即发动机转速一定，来保持发电机1的输出功率一定。在低NOx运行模式82的运行时，以使点火正时延迟和空气量增大但发动机输出没有较大变动的方式来控制点火正时的延迟角度、空气增大量和燃气量。
接下来，参照图4的流程图，对发动机控制装置74的控制流程进行说明。
首先，当开始运行时，在步骤S1中，判定NOx降低条件是否成立。该判定是利用NOx降低要求判定机构86基于NOx总量限制命令信号(光化学烟雾命令信号)91是否发出，或者外气条件信号(利用来自温度传感器50和湿度传感器52的检测信号判定处于规定的高温低湿度状态的信号)93来进行的。
并且，基于经年变化信号(根据维护时间信号信息判定处于维护时间的规定期间前的信号，或者从运行初期开始的经过时间达到规定时间的信号)94来进行判定。
并且，基于NOx排出量限制区域信号(位置信息信号)96，判定是否接近NOx排出量限制区域或进入到该范围内。
在步骤S1的判定中，反复进行判定直到NOx降低条件成立，如果成立，则进入步骤S2，利用运行模式切换机构84使低NOx运行模式为开。之后进入步骤S3，实施低NOx运行模式。
该低NOx运行模式的实施按照图5所示的子程序的流程进行。在步骤S4中，通过实施图5所示的流程，来完成向低NOx运行模式的切换。
接下来，进入步骤S5，与步骤S1同样地判定NOx降低条件是否成立。在判定结果为是的情况下，进入步骤S6使低NOx运行模式82持续，反复进行判定直到NOx降低条件为否。然后，在NOx降低条件为否的情况下，进入步骤S7，使低NOx运行模式82为关。之后进入步骤S8，进行低NOx运行模式的解除。低NOx运行模式的解除与图5所示的子程序相反地进行，使空气量指令值向减少侧变化，并且使点火正时提前。
然后，在步骤S9中，实施图5所示的流程的相反过程，完成低NOx运行模式停止，返回基本运行模式80。
图5所示的低NOx运行模式的子程序，首先在步骤S11中，对空气量增大机构92发出空气量增加的指令，在步骤S12中使排气旁通阀26的开度向关闭方向动作来使供气压力增加(供气量增加)。同时，在步骤S21中，对点火正时延迟机构90发出延迟指令，在步骤S22中，使火花塞72的点火正时延迟。
以上发动机控制装置74的低NOx运行模式82的时序图如图6所示。表示低NOx运行模式82从开到关的排气中的NOx浓度、发动机输出(发电机输出)、点火正时的延迟、空气量增大的变化。
在向低NOx运行模式82切换的情况下，例如，点火正时以2deg/5分的比例延迟，空气量以1％/5分的比例增加。发动机输出被控制为大致维持一定。并且，在返回基本运行模式80的情况下，也与向低NOx运行模式82切换的情况同样地，通过从关的时刻，使空气量和点火正时以相同的比例恢复来进行切换。
根据以上第一实施方式，运行模式切换机构84仅在利用温度和湿度的环境条件、地理条件、发动机运行历史条件判定需要暂时抑制NOx排出量时，从基本运行模式80切换至低NOx运行模式82，利用所述空气过剩系数控制机构78进行基于使第一目标空气过剩系数增大的第二目标空气过剩系数的控制，再利用所述点火正时控制机构76进行基于使第一目标点火正时延迟的第二目标点火正时的控制。
因此，能够得到以下燃气发动机的排气控制装置，其不需要始终以使目标空气过剩系数增大，进而使点火正时延迟地进行NOx降低运行，通过使其在必要情况之外以重视燃料经济性的基本运行模式80进行稳定运行，来实现NOx降低和燃料经济性提高。
(第二实施方式)
参照图5、图7、图8对第二实施方式进行说明。
第二实施方式与第一实施方式仅燃烧方式不同，形成微引燃式的副燃烧室结构来代替第一实施方式的火花塞式的副燃烧室结构。其他结构与第一实施方式相同，对于同一结构标注同一标记并省略说明。
如图7所示，点火装置100在安装于喷嘴保持器102的前端部分的副室喷管66的内部形成有副燃烧室38，在喷嘴保持器102的内部设置有燃料喷射阀104。从液体燃料(轻油)的入口管106向燃料喷射阀104供给液体燃料。
然后，在进气行程时经由进气阀62导入主燃烧室58的予混合的混合气体在压缩行程时从主燃烧室58通过在副室喷管66的前端部分形成的喷孔68，被导入到副燃烧室38内，从燃料喷射阀104向该混合气体中引燃喷射液体燃料并使其燃烧，利用该燃烧产生的点火火焰穿过喷孔68环流喷出到该主燃烧室58使主燃烧室58的予混合的混合气体燃烧。
如图5的虚线部分所示，以上第二实施方式中的发动机控制装置110在第一实施方式中增加了使引燃喷射量降低的步骤，在低NOx运行模式114中利用引燃喷射量减少机构112使引燃喷射的燃料量减少，由此减弱点火火焰的火焰强度并使主燃烧室58内的燃烧温度降低而使NOx产生量降低。如图5的流程图所示，该低NOx运行模式114的实施是在步骤S31中，进行引燃喷射量的减少指令，在步骤S32中利用引燃喷射控制器(未图示)使喷射量减少。
需要说明的是，在第二实施方式中，图5中的步骤S21、S22的火花塞的点火正时的延迟改称为引燃喷射的喷射正时的延迟。
在第二实施方式这样的微引燃式的副燃烧室结构中，与第一实施方式相同，能够得到如下燃气发动机的排气控制装置，其不需要始终使目标空气过剩系数增大，进而使点火正时延迟地进行NOx降低运行，通过使其在必要情况之外以重视燃料经济性的基本运行模式80进行稳定运行，来实现NOx的降低和燃料经济性的提高。
并且，在第二实施方式中，对具备副燃烧室结构的燃烧室结构进行了说明，但也可以是向主燃烧室直接喷射引燃燃料(液体燃料)的直喷式结构。
此外，如图1所示，第一实施方式、第二实施方式表示了从燃气箱(省略图示)导入燃气的气体供给管30与气体供给主管32连接，在该气体供给主管32的中途分支到每个气缸，形成气体供给支管34并与各供气支管12连接的结构，但是不一定向各供气支管12供给燃气而生成予混合的混合气体，可以在增压器10的压缩机10b的上游侧设置气体混合器116，并经由气体调整阀118供给燃气生成予混合的混合气体，而且也可以如图9所示，同时设置供气支管12处的混合和增压器10的上游处的混合。
如图9所示，导入来自未图示的燃气箱的燃气的气体供给管30分支为增压器侧气体供给管30a和气缸侧气体供给管30b，并且该增压器侧气体供给管30a与气体混合器116连接。由气体调整阀118调整的燃气量与空气予混合。并且，气体混合器116优选使用文丘里混合器。
工业实用性
根据本发明，通过在产生需要暂时抑制NOx排出量的环境条件或地理条件的情况下，进行NOx抑制运行，并在除此之外的情况下进行重视燃料经济性的稳定运行，能够实现NOx降低和燃料经济性提高，因此适用于发电用燃气发动机或移动体所具备的燃气发动机。
附图标记说明
1 发电机
2 发动机(燃气发动机)
4 气缸体
6 气缸盖
8 飞轮
10 增压器
10a 排气涡轮
10b 压缩机
26 排气旁通阀
38 副燃烧室
46 转速传感器
48 负荷传感器
50 温度传感器
52 湿度传感器
58 主燃烧室(燃烧室)
74、110 发动机控制装置(排气控制装置)
76 点火正时控制机构
78 空气过剩系数控制机构
80 基本运行模式
82 低NOx运行模式
84 运行模式切换机构
86 NOx降低要求判定机构
88 输出控制机构
90 点火正时延迟机构
91 NOx总量限制命令信号
92 空气量增大机构
93 外气条件信号
94 经年变化信号
96 NOx排出量限制区域信号
112 引燃喷射量减少机构
权利要求书(按照条约第19条的修改)
1.一种燃气发动机的排气控制装置，混合燃气和空气，将混合后的混合气体向燃烧室供给，
该燃气发动机的排气控制装置的特征在于，具备：
点火正时控制机构，其控制被供给到燃烧室内的混合气体的点火正时；
空气过剩系数控制机构，其控制燃烧室内的空气过剩系数；
基本运行模式，以基于发动机转速和发动机负荷将点火正时和空气过剩系数设定为燃料消耗率最好的第一目标点火正时和第一目标空气过剩系数作为目标值，对所述点火正时控制机构和所述空气过剩系数控制机构进行控制；
NOx降低要求判定机构，利用NOx排出量限制区域的地理条件和发动机运行历史条件中的至少一个条件，判定是否暂时抑制NOx排出量；
低NOx运行模式，以使所述第一目标点火正时延迟的第二目标点火正时和使所述第一目标空气过剩系数增大的第二目标空气过剩系数作为目标值，对所述点火正时控制机构和所述空气过剩系数控制机构进行控制；
运行模式切换机构，其在利用所述NOx降低要求判定机构判定存在降低要求的情况下，切换至所述低NOx运行模式，使该低NOx运行模式持续直到所述NOx降低要求被解除，在所述NOx降低要求被解除的情况下切换至所述基本运行模式。
2.根据权利要求1所述的燃气发动机的排气控制装置，其特征在于，
所述NOx降低要求判定机构对所述燃气发动机所设置的外气温度在规定值以上、且湿度在规定值以下的高温低湿度状态时的条件进行组合。
3.根据权利要求1所述的燃气发动机的排气控制装置，其特征在于，
所述NOx降低要求判定机构基于所述燃气发动机的运行经年数据，在达到下一次维护时间前的规定期间、或从最初的运行开始达到规定期间时，判定为需要。
4.根据权利要求1所述的燃气发动机的排气控制装置，其特征在于，
所述NOx降低要求判定机构在搭载所述燃气发动机的移动体进入NOx排出量限制区域时，判定为需要。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的燃气发动机的排气控制装置，其特征在于，
所述燃气发动机具备增压器，在所述低NOx运行模式中，控制所述增压器，以增大空气过剩系数。
6.根据权利要求1～4中任一项所述的燃气发动机的排气控制装置，其特征在于，
所述燃气发动机利用引燃喷射式的燃烧室结构构成，通过使向副室内或主室内喷射的引燃燃料减少来进行所述低NOx运行模式下的空气过剩系数的增大。

Claims (7)

1.一种燃气发动机的排气控制装置，混合燃气和空气，将混合后的混合气体向燃烧室供给，
该燃气发动机的排气控制装置的特征在于，具备：
点火正时控制机构，其控制被供给到燃烧室内的混合气体的点火正时；
空气过剩系数控制机构，其控制燃烧室内的空气过剩系数；
基本运行模式，以基于发动机转速和发动机负荷将点火正时和空气过剩系数设定为燃料消耗率最佳的第一目标点火正时和第一目标空气过剩系数作为目标值，对所述点火正时控制机构和所述空气过剩系数控制机构进行控制；
NOx降低要求判定机构，利用环境条件、地理条件、发动机运行历史条件中的至少一个条件，判定是否暂时抑制NOx排出量；
低NOx运行模式，以使所述第一目标点火正时延迟的第二目标点火正时和使所述第一目标空气过剩系数增大的第二目标空气过剩系数作为目标值，对所述点火正时控制机构和所述空气过剩系数控制机构进行控制；
运行模式切换机构，其在利用所述NOx降低要求判定机构判定存在降低要求的情况下，切换至所述低NOx运行模式，使该低NOx运行模式持续直到所述NOx降低要求被解除，在所述NOx降低要求被解除的情况下切换至所述基本运行模式。
2.根据权利要求1所述的燃气发动机的排气控制装置，其特征在于，
所述NOx降低要求判定机构在所述燃气发动机所设置的区域及其周边发出了光化学烟雾警报时，判定为需要。
3.根据权利要求1所述的燃气发动机的排气控制装置，其特征在于，
所述NOx降低要求判定机构在所述燃气发动机所设置的外气温度在规定值以上、且湿度在规定值以下的高温低湿度状态时，判定为需要。
4.根据权利要求1所述的燃气发动机的排气控制装置，其特征在于，
所述NOx降低要求判定机构基于所述燃气发动机的运行经年数据，在达到下一次维护时间前的规定期间、或从最初的运行开始达到规定期间时，判定为需要。
5.根据权利要求1所述的燃气发动机的排气控制装置，其特征在于，
所述NOx降低要求判定机构在搭载所述燃气发动机的移动体接近或进入NOx排出量限制区域时，判定为需要。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的燃气发动机的排气控制装置，其特征在于，
所述燃气发动机具备增压器，在所述低NOx运行模式中，控制所述增压器，以增大空气过剩系数。
7.根据权利要求1～5中任一项所述的燃气发动机的排气控制装置，其特征在于，
所述燃气发动机利用引燃喷射式的燃烧室结构构成，通过使向副室内或主室内喷射的引燃燃料减少来进行所述低NOx运行模式下的空气过剩系数的增大。
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