JP2003328800A

JP2003328800A - ガスエンジン及びその制御方法

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Publication number: JP2003328800A
Application number: JP2002136939A
Authority: JP
Inventors: Tomohito Morimoto; 本智史森; Minoru Seto; 戸実瀬; Toru Matsui; 井徹松; Kazuhisa Okamoto; 本和久岡; Nobuhiko Fukaya; 谷信彦深; Hiroshi Yasukawa; 川宏安; Shonosuke Koga; 賀祥之助古; Shunsaku Nakai; 井俊作中; Hironori Sato; 藤裕紀佐
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd
Priority date: 2002-05-13
Filing date: 2002-05-13
Publication date: 2003-11-19

Abstract

(57)【要約】【課題】ガスエンジンの燃焼運転中に燃料ガスの性状
が変化したとしても、運転状態を悪化させることが無い
ようなガスエンジン及びその制御方法の提供。【解決手段】燃料ガス供給ライン（４）を流れる燃料
ガス（Ｇ）の発熱量を計測する手段（燃料ガス発熱量計
測手段６Ａ）を当該燃料ガス供給ライン（４）に介装
し、燃料ガス（Ｇ）の発熱量を計測する手段（燃料ガス
発熱量計測手段６Ａ）の計測結果に基いて燃料ガス
（Ｇ）供給量を制御する制御手段（コントロールユニッ
ト１０Ａ）を有することを特徴としている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ガスエンジン及び
その燃焼運転の制御方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図６に示す従来のガスエンジン１では、
吸気管２に介装したミキサ３によって燃料ガス供給ライ
ン４から供給される燃料ガスＧと、前記吸気管２から供
給される空気Ａが混合され、混合燃料ガスＧＡとなって
シリンダ５に流入するように構成されている。

【０００３】又、前記燃料ガス供給ライン４には上流側
にガバナ６が、下流側には第１の流量制御弁Ｖ１が介装
され、更に、該燃料ガス供給ライン４における前記ガバ
ナ６と第１の流量制御弁Ｖ１との間の領域と、前記吸気
管２の前記ミキサ３の下流側とが第２の流量制御弁Ｖ２
を介装したバイパス管７によって連通している。

【０００４】一方、排気管８には酸素センサ９が介装さ
れ、該酸素センサ９からの排気ガスＥ中の酸素濃度に関
する信号を信号ラインＬｉを介してコントロールユニッ
ト１０に発信している。該コントロールユニット１０は
前記酸素センサ９からの排気ガスＥ中の酸素濃度情報に
基づいてガスエンジン１の運転状態を判断しており、出
力信号ラインＬｏを介して出力信号を発信し、前記第１
の流量制御弁Ｖ１及び第２の流量制御弁Ｖ２の開度を制
御している。

【０００５】詳しくは、前記コントロールユニット１０
は、前記酸素センサ９の出力を一定に保つように、前記
第１及び第２の流量制御弁Ｖ１、Ｖ２を制御することに
より、供給混合ガスの空気比を一定に調整し、排気ガス
成分等のエンジン性能を制御している。

【０００６】しかし、上述制御方法では供給される燃料
ガスの性状が一定であることを前提に制御しており、供
給する燃料ガスの組成（熱量）が変化した場合に、前記
排気酸素センサ９も出力を一定に制御するだけでは、混
合ガスの空気比がずれてしまう為、排気ガス性能の悪化
や、失火（着火性）などの問題を引き起こす可能性があ
る。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した様な
従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、ガス
エンジンの燃焼運転中に燃料ガスの性状が変化したとし
ても、運転状態を悪化させることが無いようなガスエン
ジン及びその制御方法を提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明のガスエンジン
（１Ａ）は、燃料ガス供給ライン（４）を流れる燃料ガ
ス（Ｇ）の発熱量を計測する手段（燃料ガス発熱量計測
手段６Ａ）を当該燃料ガス供給ライン（４）に介装し、
燃料ガス（Ｇ）の発熱量を計測する手段（燃料ガス発熱
量計測手段６Ａ）の計測結果に基いて燃料ガス（Ｇ）供
給量を制御する制御手段（コントロールユニット１０
Ａ）を有することを特徴としている（請求項１：図
１）。

【０００９】本発明のガスエンジンの制御方法は、燃料
ガス供給ライン（４）に介装された燃料ガス発熱量計測
手段（６Ａ）により当該燃料ガス供給ライン（４）を流
れる燃料ガス（Ｇ）の発熱量を計測する燃料ガス発熱量
計測工程（Ｓ３、Ｓ１１）と、燃料ガス発熱量計測工程
（Ｓ３、Ｓ１１）の計測結果に基いて燃料ガス供給量を
制御する工程（Ｓ４、Ｓ１２〜Ｓ１８）、とを有するこ
とを特徴としている（請求項３：図２、３）。

【００１０】また本発明のガスエンジン（１Ｂ）は、燃
料ガス供給ライン（４）を流れる燃料ガス（Ｇ）の発熱
量を計測する手段（燃料ガス発熱量計測手段６Ａ）を当
該燃料ガス供給ライン（４）に介装し、燃料ガス（Ｇ）
の発熱量を計測する手段（燃料ガス発熱量計測手段６
Ａ）の計測結果に基いて点火時期を制御する（進角し或
いは遅角する）制御手段（コントロールユニット１０
Ｂ）を有することを特徴としている（請求項２：図
４）。

【００１１】さらに本発明のガスエンジン（１Ｂ）の制
御方法は、燃料ガス供給ライン（４）に介装された燃料
ガス発熱量計測手段（６Ａ）により当該燃料ガス供給ラ
イン（４）を流れる燃料ガス（Ｇ）の発熱量を計測する
燃料ガス発熱量計測工程（Ｓ２１）と、燃料ガス発熱量
計測工程（Ｓ２１）の計測結果に基いて点火時期を制御
する（進角し或いは遅角する）工程（Ｓ２４、Ｓ２
７）、とを有することを特徴としている（請求項４：図
５）。

【００１２】係る構成を具備する本発明によれば、燃料
ガス供給ライン（４）を流れる燃料ガス（Ｇ）の発熱量
に基いて燃料ガス供給及び／又は点火時期を決定してい
るので、燃料ガス（Ｇ）の性状が、仮に、変化してしま
っても、燃料ガス（Ｇ）の性状に応じた供給量及び／又
は点火時期に制御されるので、運転状態が変化すること
が防止され、安定した運転が維持される。その結果、機
関性能が劣化することも無く、排気ガス性能が悪化する
ことも無くなる。

【００１３】本発明の実施に際して、燃料の性状を判定
するルーチンは、（ａ）運転継続時間が所定の時間を
経過した時、（ｂ）エンジンの出力が、上限閾値以上
となった時、或いは、下限閾値以下となった時、（ｃ）
エンジンの回転数が、上限閾値以上となった時、或い
は、下限閾値以下となった時、（ｄ）スロットル開度
が、上限閾値以上に開放された時、或いは、下限閾値以
下まで減少した時、に開始されるのが好ましい。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照して、本発
明の実施形態について説明する。

【００１５】図１〜図３は、本発明の第１実施形態を示
す。先ず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係
るガスエンジンについて説明する。ガスエンジン１Ａ
は、吸気管２に介装したミキサ３によって燃料ガス供給
ライン４から該ミキサ３に供給される燃料ガスＧと、前
記吸気管２から供給される空気Ａが混合され、混合燃料
ガスＧＡとなってシリンダ５に流入するように構成され
ている。

【００１６】又、前記燃料ガス供給ライン４には上流側
に燃料ガス発熱量計測手段６Ａが、下流側には第１の流
量制御弁Ｖ１が介装され、更に、該燃料ガス供給ライン
４における前記燃料ガス発熱量計測手段６Ａと前記第１
の流量制御弁Ｖ１との間の領域と、前記吸気管２の前記
ミキサ３の下流側と、が第２の流量制御弁Ｖ２を介装し
たバイパス管７によって連通している。

【００１７】前記燃料ガス発熱量計測手段６Ａは信号ラ
インＬｉを介して流過する燃料ガスの発熱量情報をコン
トロールユニット１０Ａに発信している。

【００１８】一方、排気管８には酸素センサ９が介装さ
れ、該酸素センサ９は排気ガス中の酸素濃度に関する信
号を信号ラインＬｉを介してコントロールユニット１０
Ａに発信している。

【００１９】尚、該コントロールユニット１０Ａにはデ
ータベース１１が装備され、該データベース１１にはエ
ンジンの諸情報（例えば、燃料ガスの発熱量と投入燃料
ガス流量、及びエンジン負荷に対する排気中の酸素濃度
との関係等）及び、エンジン運転状態に即した燃焼制御
マップ等が記憶されている。

【００２０】そして、コントロールユニット１０Ａは前
記酸素センサ９からの排気ガスＥ中の酸素濃度情報、及
び前記該酸素センサ９からの排気ガスＥ中の酸素濃度情
報に基づいてガスエンジン１Ａの運転状態を判断してお
り、前記データベース１１に記憶された図示しない燃焼
制御マップに従って、最適な運転状態を保つように、出
力信号ラインＬｏを介して前記第１の流量制御弁Ｖ１及
び第２の流量制御弁Ｖ２の開度を制御している。

【００２１】具体的な制御については、図２、図３参照
して説明する。図２に基づいて、図１をも参照して、始
動時の制御を説明する。ステップＳ１において、例えば
図示しない始動スイッチを入れると、ステップＳ２では
クランキング操作を行って、エンジン１Ａは空転を始め
る。

【００２２】ステップＳ３では、前記供給ガス発熱量計
測手段６Ａによって供給燃料ガスの発熱量を計測する。

【００２３】次のステップＳ４において、前記コントロ
ールユニット１０Ａは検出された発熱量情報と、前記デ
ータベース１１の図示しない燃焼制御マップによって、
燃料ガスの供給量（弁開度）、及び点火時期を決定して
次のステップＳ５に進む。

【００２４】ステップＳ５では、点火を行い、ステップ
Ｓ６に進む。

【００２５】ステップＳ６では、コントロールユニット
１０Ａは着火したか否かを判断しており、着火したので
あれば（ステップＳ６のＹＥＳ）、ステップＳ７に進
み、定常運転に入る。着火しないのであれば（ステップ
Ｓ６のＮＯ）、ステップＳ８に置いてガス供給量を調整
した後、ステップＳ５以降を繰り返す。

【００２６】次に、図３に基づいて、図１をも参照し
て、定常運転時の制御を説明する。ここで、図３の制御
フローチャートで示す制御は、常時行われるものではな
く、例えば、（ａ）運転継続時間が所定の時間を経過
したとき、（ｂ）エンジンの出力が、上限閾値以上と
なったとき、或いは、下限閾値以下となったとき、
（ｃ）エンジンの回転数が、上限閾値以上となったと
き、或いは、下限閾値以下となったとき、（ｄ）スロ
ットル開度が、上限閾値以上に開放されたとき、或い
は、下限閾値以下まで減少したとき、に開始される。ま
た、スタートを示すステップ（ステップ符号無し）は、
図２で示す制御フローチャート末尾の「定常運転」に対
応するものである。

【００２７】ステップＳ１１において、前記供給ガス発
熱量計測手段６Ａによって供給燃料ガスの発熱量を計測
し、次のステップＳ１２に進む。

【００２８】ステップＳ１２ではコントロールユニット
１０Ａは、前記供給ガス発熱量計測手段６Ａからの情報
に基づき、発熱量が「基準値」を超えているか否かを判
断する。発熱量が基準値を超えている場合（ステップＳ
１２のＹＥＳ）は、ステップＳ１３に進み、超えていな
い場合（ステップＳ１２のＮＯ）は、ステップＳ１６に
進む。ここで、「基準値」とは、現状のメモリに残留し
ている数値（データ）である。

【００２９】ステップＳ１３ではコントロールユニット
１０Ａは、前記データベース１１に記憶された「リッチ
ガスマップ」を選択し、ステップＳ１４において、燃料
供給量を減少させるような制御信号を出力ラインＬｏを
介して前記第１及び第２の流量制御弁Ｖ１、Ｖ２に発信
する。

【００３０】次のステップＳ１５ではコントロールユニ
ット１０Ａは、前記酸素センサ９からの排気ガスＥ中の
酸素濃度情報をも参照して、燃焼状態が制御マップと比
較してＯＫか否かを判断する。ＯＫであれば（ステップ
Ｓ１５のＹＥＳ）、制御を終了し、ＮＧであれば（ステ
ップＳ１５のＮＯ）、ステップＳ１４以降を繰り返す。

【００３１】一方、ステップＳ１６ではコントロールユ
ニット１０Ａは、前記データベース１１に記憶された
「リーンガスマップ」を選択し、ステップＳ１７におい
て、燃料供給量を増加させるような制御信号を出力ライ
ンＬｏを介して前記第１及び第２の流量制御弁Ｖ１、Ｖ
２に発信する。

【００３２】次のステップＳ１８ではコントロールユニ
ット１０Ａは、前記酸素センサ９からの排気ガスＥ中の
酸素濃度情報をも参照して、燃焼状態が制御マップと比
較してＯＫか否かを判断する。ＯＫであれば（ステップ
Ｓ１８のＹＥＳ）、制御を終了し、ＮＧであれば（ステ
ップＳ１８のＮＯ）、ステップＳ１７以降を繰り返す。

【００３３】ここで、図３中の「リーンガスマップ」な
る文言は、現状のメモリに残留している数値（前回の定
常運転時に供給された燃料ガスの性状を示す数値）に比
較して、今回供給された燃料ガスの単位体積当たりの発
熱量が低い場合に参照されるマップを意味している。

【００３４】一方、「リッチガスマップ」なる文言は、
現状のメモリに残留している数値（前回の定常運転時に
供給された燃料ガスの性状を示す数値）に比較して、今
回供給された燃料ガスの単位体積当たりの発熱量が高い
場合に参照されるマップを意味している。

【００３５】係る構成及び制御方法を具備する本発明の
第１実施形態によれば、燃料ガス供給ライン４を流れる
燃料ガスＧの発熱量に基いて燃料ガス供給量を決定して
いるので、燃料ガスＧの性状が、仮に、変化してしまっ
ても、燃料ガスＧの性状に応じた供給量に制御されるの
で、運転状態が変化することが防止され、安定した運転
が維持される。その結果、機関性能が劣化することも無
く、排気ガス性能が悪化することも無くなる。

【００３６】次に、図４及び図５を参照して、本発明の
第２実施形態について説明する。図１〜図３の第１実施
形態では、図３で示す制御に際して、燃料ガス供給量を
制御するものであった。これに対して、図４及び図５の
第２実施形態では、点火時期を制御（遅角、進角）する
ものであり、図１〜図３の第１実施形態と異なる点に重
点をおいて説明する。

【００３７】図４で示す第２実施形態の構成は図１の第
１実施形態の構成に対して、点火手段１２とコントロー
ルユニット１０Ｂとを出力ラインＬｏで接続して点火時
期を制御可能としたものであり、その他の構成は実質的
には図１の第１実施形態の構成と同様である。

【００３８】次に図５に基づいて、図４をも参照して第
２実施形態の制御について説明する。ステップＳ２１で
は前記供給ガス発熱量計測手段６Ａによって供給燃料ガ
スの発熱量を計測する。

【００３９】次のステップＳ２２においてコントロール
ユニット１０Ｂは、前記供給ガス発熱量計測手段６Ａか
らの情報に基づき、発熱量が「基準値」を超えているか
否かを判断する。発熱量が基準値を超えている場合（ス
テップＳ２２のＹＥＳ）は、ステップＳ２３に進み、超
えていない場合（ステップＳ２２のＮＯ）は、ステップ
Ｓ２６に進む。ここで、「基準値」とは、現状のメモリ
に残留している数値（データ）である。

【００４０】ステップＳ２３ではコントロールユニット
１０Ｂは、前記データベース１１に記憶された「リッチ
ガスマップ」を選択し、ステップＳ２４において、点火
時期を遅らせるような制御信号を出力ラインＬｏを介し
て前記第１及び第２の流量制御弁Ｖ１、Ｖ２に発信す
る。

【００４１】次のステップＳ２５ではコントロールユニ
ット１０Ｂは、前記酸素センサ９からの排気ガスＥ中の
酸素濃度情報をも参照して、燃焼状態が制御マップと比
較してＯＫか否かを判断する。ＯＫであれば（ステップ
Ｓ２５のＹＥＳ）、制御を終了し、ＮＧであれば（ステ
ップＳ２５のＮＯ）、ステップＳ２４以降を繰り返す。

【００４２】一方、ステップＳ２６ではコントロールユ
ニット１０Ｂは、前記データベース１１に記憶された
「リーンガスマップ」を選択し、ステップＳ２７におい
て、点火時期を進ませるような制御信号を出力ラインＬ
ｏを介して前記第１及び第２の流量制御弁Ｖ１、Ｖ２に
発信する。

【００４３】次のステップＳ２８ではコントロールユニ
ット１０Ｂは、前記酸素センサ９からの排気ガスＥ中の
酸素濃度情報をも参照して、燃焼状態が制御マップと比
較してＯＫか否かを判断する。ＯＫであれば（ステップ
Ｓ２８のＹＥＳ）、制御を終了し、ＮＧであれば（ステ
ップＳ２８のＮＯ）、ステップＳ２７以降を繰り返す。

【００４４】係る構成及び制御方法を具備した本発明の
第２実施形態によれば、燃料ガス供給ライン４を流れる
燃料ガスＧの発熱量に基いて点火時期を決定しているの
で、燃料ガスＧの性状が、仮に、変化してしまっても、
燃料ガスＧの性状に応じた点火時期に制御されるので、
運転状態が変化することが防止され、安定した運転が維
持される。その結果、機関性能が劣化することも無く、
排気ガス性能が悪化することも無くなる。

【００４５】図示の実施形態はあくまでも例示であり、
本発明の技術的範囲を限定する趣旨の記述ではない。例
えば、図３或いは図５において、リッチガスマップに基
いて制御を行う際には、燃料ガス供給量を減少すると共
に、点火時期を遅角し、一方、リーンガスマップに基い
て制御を行う際には、燃料ガス供給量を増加すると共
に、点火時期を進角する様な制御を行っても良い。

【００４６】

【発明の効果】本発明の作用効果を以下に列挙する。（１）燃料ガス供給ラインを流れる燃料ガスの発熱量
に基いて燃料ガス供給及び／又は点火時期を決定してい
るので、燃料ガスの性状が、仮に、変化してしまって
も、燃料ガスの性状に応じた供給量及び／又は点火時期
に制御されるので、運転状態が変化することが防止さ
れ、安定した運転が維持される。（２）運転状態が変化することが防止され、安定した
運転が維持される結果、機関性能が劣化することも無
く、排気ガス性能が悪化することも無くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施形態の構成を示す模式図。

【図２】本発明の第１実施形態の始動時の制御方法を示
すフローチャート。

【図３】本発明の第１実施形態の定常時の制御方法を示
すフローチャート。

【図４】本発明の第２実施形態の構成を示す模式図。

【図５】本発明の第２実施形態の定常時の制御方法を示
すフローチャート。

【図６】従来技術の構成を示す模式図。

【符号の説明】

１Ａ・・・ガスエンジン２・・・吸気管３・・・ミキサ４・・・燃料ガス供給ライン５・・・シリンダ６Ａ・・・燃料ガス発熱量計測手段７・・・バイパス管８・・・排気管９・・・酸素センサ１０Ａ・・・コントロールユニット１１・・・データベース

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｍ 21/02 ３１１Ｆ０２Ｍ 21/02 ３１１ＢＦ０２Ｐ 5/15 Ｆ０２Ｐ 5/15 Ｚ (72)発明者瀬戸実東京都港区海岸一丁目５番20号東京瓦斯株式会社内 (72)発明者松井徹東京都港区海岸一丁目５番20号東京瓦斯株式会社内 (72)発明者岡本和久東京都港区海岸一丁目５番20号東京瓦斯株式会社内 (72)発明者深谷信彦大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者安川宏大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者古賀祥之助大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者中井俊作大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内 (72)発明者佐藤裕紀大阪府大阪市中央区平野町四丁目１番２号大阪瓦斯株式会社内Ｆターム(参考） 3G022 AA00 DA01 DA02 DA10 FA06 GA00 3G084 AA05 BA11 BA17 CA01 CA05 DA10 DA11 EB08 FA00 FA14 FA29 3G092 AB06 BA09 BB01 EA08 EC09 FA05 FA06 FA15 GA04 GA06 GA17 GA18 HA06Z HB01Z HB05Z HD05X HD05Z HE01Z 3G301 HA22 JA04 JA21 KA01 KA21 LA00 LB00 NA08 NC02 NE11 NE12 NE17 NE19 PB00Z PB02Z PD02Z

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガス供給ラインを流れる燃料ガスの
発熱量を計測する手段を当該燃料ガス供給ラインに介装
し、燃料ガスの発熱量を計測する手段の計測結果に基い
て燃料ガス供給量を制御する制御手段を有することを特
徴とするガスエンジン。
【請求項２】燃料ガス供給ラインを流れる燃料ガスの
発熱量を計測する手段を当該燃料ガス供給ラインに介装
し、燃料ガスの発熱量を計測する手段の計測結果に基い
て点火時期を制御する制御手段を有することを特徴とす
るガスエンジン。
【請求項３】燃料ガス供給ラインに介装された燃料ガ
ス発熱量計測手段により当該燃料ガス供給ラインを流れ
る燃料ガスの発熱量を計測する燃料ガス発熱量計測工程
と、燃料ガス発熱量計測工程の計測結果に基いて燃料ガ
ス供給量を制御する工程、とを有することを特徴とする
ガスエンジンの制御方法。
【請求項４】燃料ガス供給ラインに介装された燃料ガ
ス発熱量計測手段により当該燃料ガス供給ラインを流れ
る燃料ガスの発熱量を計測する燃料ガス発熱量計測工程
と、燃料ガス発熱量計測工程の計測結果に基いて点火時
期を制御する工程、とを有することを特徴とするガスエ
ンジンの制御方法。