JP2005226621A - 計測用エンジンを備えたエンジンシステム及びその運転方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 発熱量変動や組成の変動つまり燃料ガス性状の変動が大きい燃料を使用するエンジンにおいて、ガス分析計等の格別な機器を用いることなく、該燃料の性状の変動に応じてエンジンの運転条件を自在に制御可能として、常時安定運転を可能とする計測用エンジンを備えたエンジンシステムを提供する。
【解決手段】 発熱量（カロリー）、燃料組成等の燃料性状が変化する燃料を用いるエンジン（内燃機関）システムの運転方法において、前記エンジン（メインエンジン）の１台または複数台に対して１台の計測用エンジンを設置し、該計測用エンジン及びメインエンジンを同時に運転し、該計測用エンジンから運転データを採り、この運転データに基づき前記メインエンジンの運転条件を制御することを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

本発明は、主としてガスエンジンに適用され、発熱量（カロリー）、燃料組成等の燃料性状が変化する燃料を用いるとともに、エンジン（メインエンジン）の１台または複数台に対して１台の計測用エンジンを設置して該計測用エンジンからメインエンジンの運転条件を制御するようにした計測用エンジンを備えたエンジンシステム及びその運転方法に関する。

希薄燃焼ガスエンジンにおいては、ガス燃料と空気とをガス混合器において所要の空燃比で混合し、この混合気（混合ガス）を給気管を通して、エンジンの主燃焼室に供給し着火燃焼するように構成されている。
かかるガスエンジンにおいては、近年、燃料として高発熱量の都市ガスの他に、廃棄物燃焼ガス、消化ガスのように、組成が一定しておらず、発熱量が低くかつ該発熱量の変動が大きく、燃料性状が時間によって変化し易い燃料が使用されるようになってきた。

かかるガスエンジンにおいて、エンジン負荷とガス部分析計とにより燃料ガスの組成を検出して、ノッキング判定マップを用いてノッキングが発生しない空燃比、点火時期を算出するようにした技術が、特許文献１（特開平８−１２１２０１号公報）にて提供されている。

特開平８−１２１２０１号公報

前記のように、廃棄物燃焼ガス、消化ガスのような組成が一定せず、発熱量が低くかつその変動の大きい燃料ガスを使用するガスエンジンにあっては、エンジンの運転中、該燃料ガスの性状を常時監視して、該燃料ガスの性状の変化に応じてエンジンの運転条件を制御し、常時安定燃焼を保持することが望まれるが、前記特許文献１においてはガス分析計で燃料ガスの組成を検出しているにとどまり、かつ、ガス分析計固有の応答性及び腐食性の面から、かかる要求に応えられる技術は提供されていない。

従って、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、発熱量変動や組成の変動つまり燃料ガス性状の変動が大きい燃料を使用するエンジンにおいて、ガス分析計等の応答性の低い燃料ガスの組成検出法では追従できなかった燃料ガス性状の変動にも対応できる高い応答性、耐腐食性により、該燃料の性状の変動に応じてエンジンの運転条件を自在に制御可能として、常時安定運転を可能とする計測用エンジンを備えたエンジンシステムを提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、発熱量（カロリー）、燃料組成等の燃料性状が変化する燃料を用いるエンジン（内燃機関）システムの運転方法において、前記エンジン（メインエンジン）の１台または複数台に対して１台の計測用エンジンを設置し、該計測用エンジン及びメインエンジンを同時に運転し、該計測用エンジンから運転データを採り、この運転データに基づき前記メインエンジンの運転条件を制御することを特徴とする。
そして、かかるエンジンシステムの運転方法を実施するための装置として、発熱量（カロリー）、燃料組成等の燃料性状が変化する燃料を用いるエンジン（内燃機関）において、前記エンジン（メインエンジン）の１台または複数台に対して１台設置されて該メインエンジンと同時に運転され、該メインエンジンの運転制御用の運転データを該メインエンジンに出力する計測用エンジンを備えたことを特徴とする計測用エンジンを備えたエンジンシステムを提案する。

また、かかる発明において好ましくは、前記計測用エンジンから採られた運転データのうち、前記燃料性状に関連する運転データの検出値と該運転データの目標値との比較に基づく判断結果により、前記メインエンジンの運転条件を前記運転データの検出値が前記運転データの目標値になるように制御する。
そして、かかる運転方法を実施するための装置として、前記計測用エンジンの運転状態を計測する運転状態計測手段と、該運転状態計測手段からの計測値に基づき検出された前記燃料性状に関連する運転データの検出値と該運転データの目標値とを比較して燃料性状のエンジン適合性を判断する計測用エンジンコントローラと、該計測用エンジンコントローラからの判断結果が入力されて該判断結果に基づき前記メインエンジンの運転条件を、前記運転データの検出値が前記運転データの目標値になるように制御するメインエンジンコントローラとを備えたことを特徴とする計測用エンジンを備えたエンジンシステムを提案する。

かかる発明によれば、前記エンジン（メインエンジン）の１台または複数台に対して１台の計測用エンジンを設置して、該計測用エンジン及びメインエンジンを同時に運転し、該計測用エンジンを運転データ検出専用のエンジンとし、計測用エンジンコントローラにおいて、運転状態計測手段からの計測用エンジンの運転状態計測値に基づき検出された燃料性状に関連する運転データの検出値と該運転データの目標値とを比較し、燃料性状のエンジン適合性を判断して、該判断結果を連続的にメインエンジンコントローラに送り、該メインエンジンコントローラにおいて、前記計測用エンジンコントローラでの判断結果に基づき、前記メインエンジンの運転条件を前記運転データの検出値が前記運転データの目標値になるように制御することにより、該メインエンジンを常時かかる適正運転条件にて運転することが可能となる。

従って、かかる発明によれば、発熱量（カロリー）、燃料組成等の燃料性状が変動する燃料を用いる場合においても、計測用エンジンにおいて連続的に検出される運転データに基づき、メインエンジンの適正な運転条件を求めて該メインエンジンをかかる適正運転条件にて運転できるので、燃料性状の変動によるメインエンジンの出力変動を回避でき、該メインエンジンを前記燃料性状の変動の影響を受けることなく安定運転することができる。
また、計測用エンジンの運転データにより、使用燃料の発熱量（カロリー）及び燃料組成の変化を検知してメインエンジンの運転条件を制御するので、従来技術のような発熱量（カロリー）測定及び燃料組成の測定が不要となり、運転設備が簡単かつ低コストとなるとともに、運転の附帯工数を低減できる。

また、計測用エンジンからの運転データを連続的に検出してメインエンジンに送り、メインエンジンを該運転データに基づく適正な運転条件で運転するので、制御の遅れを生ずることなく高い応答性で以ってメインエンジンを適正な運転条件で運転できる。
さらに、前記計測用エンジンにおけるエンジン運転状態の計測から、メインエンジンにおける適正な運転条件での運転まで連続的になすことができ、較正がないのでメンテナンス性が向上する。

また本発明は、前記運転方法をガスエンジンに適用した発明であって、発熱量（カロリー）、燃料組成等の燃料ガス性状が変化する燃料を用い、ガス量調整弁によりガス流量を調整されるガス燃料と空気とを混合し、この混合ガスを給気通路を通して燃焼室に導入し着火燃焼するように構成されるガスエンジンの運転方法において、前記ガスエンジン（メインガスエンジン）の１台または複数台に対して１台の計測用ガスエンジンを設置し、該計測用ガスエンジン及びメインガスエンジンを同時に運転し、該計測用ガスエンジンから運転データを採り、この運転データに基づき前記メインガスエンジンの運転条件を制御することを特徴としている。
そして、かかる運転方法を実施するための装置として、前記ガスエンジン（メインガスエンジン）の１台または複数台に対して１台設置されて該メインエンジンと同時に運転され、該メインガスエンジンの運転制御用の運転データを該メインガスエンジンに出力する計測用ガスエンジンを備えたことを特徴とする計測用エンジンを備えたエンジンシステムを提案する。

また、かかる発明において好ましくは、前記計測用エンジンにおける筒内圧力、給気圧力、給気温度、ガス流量、及び排気ガス状態を計測し、かかる計測値に基づき少なくとも筒内圧力波形、受熱率を含む前記燃料ガス性状に関連する運転データをエンジン回転数、エンジンの負荷等のエンジン出力状態に対応して検出し、該運転データの検出値と予め設定された該運転データの目標値とを比較して前記燃料ガス性状のエンジン適合性を判断し、この判断結果に基づき前記メインガスエンジンの空燃比、着火タイミング等の運転条件を、前記運転データの検出値が運転データの目標値になるように制御する。
そして、かかる運転方法を実施するための装置として、前記計測用ガスエンジンにおける筒内圧力、給気圧力、給気温度、ガス流量、及び排気ガス状態を計測するエンジン運転状態計測手段と、該エンジン運転状態計測手段からのエンジン運転状態の計測値に基づき少なくとも筒内圧力波形、受熱率を含む前記燃料性状に関連する運転データをエンジン回転数、エンジンの負荷等のエンジン出力状態に対応して検出し、該運転データの検出値と予め設定された該運転データの目標値とを比較して前記燃料性状のエンジン適合性を判断する計測用エンジンコントローラと、該計測用エンジンコントローラからの判断結果が入力されて、この判断結果に基づき前記メインエンジンの空燃比、着火タイミング等の運転条件を、前記運転データの検出値が前記運転データの目標値になるように制御するメインエンジンコントローラとを備えたことを特徴とする計測用エンジンを備えたエンジンシステムを提案する。

かかる発明によれば、前記ガスエンジン（メインガスエンジン）の１台または複数台に対して１台の計測用ガスエンジンを設置して、該計測用ガスエンジン及びメインガスエンジンを同時に運転し、該計測用ガスエンジンを運転データ検出専用のエンジンとし、計測用エンジンコントローラにおいて、運転状態計測手段からの前記計測用ガスエンジンにおける筒内圧力、給気圧力、給気温度、ガス流量、及び排気ガス状態等の運転状態の計測値に基づき検出された、少なくとも筒内圧力波形、受熱率を含む前記燃料ガス性状に関連する運転データの検出値と該運転データの目標値とを比較して燃料ガス性状のエンジン適合性を判断して該判断結果を連続的にメインエンジンコントローラに送る。
そして、該メインエンジンコントローラにおいて、前記計測用エンジンコントローラでの判断結果に基づき、前記メインガスエンジンのガス供給流量、着火タイミング等の運転条件を前記運転データの検出値が前記運転データの目標値になるように制御することにより、該メインガスエンジンを常時かかる適正運転条件にて運転することができる。

従って、かかる発明によれば、発熱量（カロリー）、燃料ガス組成等の燃料ガス性状が変動する燃料ガスを用いる場合においても、計測用ガスエンジンにおいて連続的に検出される運転データに基づき、メインガスエンジンの適正な運転条件を求めて該メインガスエンジンをかかる適正運転条件にて運転できるので、燃料ガス性状の変動によるメインガスエンジンの出力変動を回避でき、該メインガスエンジンを前記燃料ガス性状の変動の影響を受けることなく安定運転することができる。

また、計測用ガスエンジンの運転データにより、使用燃料ガスの発熱量（カロリー）及び燃料ガス組成の変化を検知してメインガスエンジンの運転条件を制御するので、従来技術のような燃料ガスの発熱量（カロリー）測定及び燃料ガス組成の測定が不要となり、運転設備が簡単かつ低コストとなるとともに、運転の附帯工数を低減できる。
また、計測用ガスエンジンからの運転データを連続的に検出してメインガスエンジンに送り、該メインガスエンジンを該運転データに基づく適正な運転条件で運転するので、制御の遅れを生ずることなく高い応答性で以ってメインガスエンジンを適正な運転条件で運転できる。
さらに、計測用ガスエンジンにおけるエンジン運転状態の計測から、メインガスエンジンにおける適正な運転条件で運転まで連続的になすことができ、較正がないのでメンテナンス性が向上する。

また、かかる発明において好ましくは、前記メインエンジンに助燃燃料ガスを供給する助燃燃料供給手段を設け、前記運転データの検出値が運転データの目標値よりも小さくなったとき前記助燃燃料供給手段から前記メインエンジンに前記助燃燃料ガスを供給する。
そして、かかる運転方法を実施するための装置として、前記メインガスエンジンへの燃料ガス通路に接続されて該メインガスエンジンへ助燃燃料ガスを供給する助燃燃料供給手段を備え、メインエンジンコントローラは、前記運転データの検出値が運転データの目標値よりも小さくなった判断結果が前記計測用エンジンコントローラから入力されたとき、前記助燃燃料供給手段から前記メインガスエンジンに前記助燃燃料ガスを供給せしめるように構成されてなることを特徴とする計測用エンジンを備えたエンジンシステムを提案する。

このように構成すれば、発熱量（カロリー）、燃料ガス組成等の燃料ガス性状の悪化等より燃料ガスのガス供給流量が目標範囲以下となって、燃焼状態が悪化した際には、これを検知して、助燃燃料供給手段からメインガスエンジンへ助燃燃料ガスを供給することにより、メインエンジンの空燃比、着火タイミング等の運転条件を適正値に保持することができ、安定運転を継続することができる。

また、かかる発明において好ましくは、前記計測用エンジンを無負荷で運転してエンジン回転数の変化を検出し、該エンジン回転数変化を監視することにより燃料ガスの発熱量（カロリー）の変化を検知し、該発熱量の変化に対応して前記メインエンジンの空燃比、着火タイミング等の運転条件を制御する。
このように構成すれば、燃料ガスの発熱量（カロリー）の変動を正しく検知でき、かかる発熱量の変動に対応して、メインエンジンの空燃比、着火タイミング等の運転条件を最適条件で運転できる。

本発明によれば、発熱量（カロリー）、燃料組成等の燃料性状が変動する燃料を用いる場合においても、計測用エンジンにおいて連続的に検出される運転データに基づき、メインエンジンの適正な運転条件を求めて該メインエンジンをかかる適正運転条件にて運転できるので、燃料性状の変動によるメインエンジンの出力変動を回避でき、該メインエンジンを前記燃料性状の変動の影響を受けることなく安定運転することができる。

また、計測用エンジンの運転データにより、使用燃料の発熱量（カロリー）及び燃料組成の変化を検知してメインエンジンの運転条件を制御するので、従来技術のような発熱量（カロリー）測定及び燃料組成の測定が不要となり、運転設備が簡単かつ低コストとなるとともに、運転の附帯工数を低減できる。
また、計測用エンジンからの運転データを連続的に検出してメインエンジンに送り、メインエンジンを該運転データに基づく適正な運転条件で運転するので、制御の遅れを生ずることなく高い応答性で以ってメインエンジンを適正な運転条件で運転できる。
さらに、前記計測用エンジンにおけるエンジン運転状態の計測から、メインエンジンにおける適正な運転条件での運転まで連続的になすことができ、較正がないのでメンテナンス性が向上する。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、エンジンの形成その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１は本発明の実施例に係る計測用エンジンを備えたガスエンジンシステムの全体構成図、図２は前記ガスエンジンシステムの制御ブロック図である。

先ず、以下の実施例では、本発明を過給機入口の空気に燃料ガスを混合する方式のガスエンジンに適用する場合について説明するが、過給機出口の空気通路にガス混合器を設けて、該ガス混合器において空気と燃料ガスとを混合する方式のガスエンジンにも、勿論本発明を適用できる。
本発明の実施例に係るガスエンジンシステムを示す図１において、１００はメインガスエンジン、１０９は該メインガスエンジン１００に直結駆動される発電機、１１５は過給機である。
該メインガスエンジン１００において、１０７はピストン、１０８はクランク軸、１０１は主燃焼室、１０２は該主燃焼室１０１に図示しない連絡孔を介して連通される副室、１１０は該副室１０２内にパイロット燃料（液体燃料）を噴射する燃料噴射弁である。１０３は給気通路、１０４は給気弁、１０５は排気通路、１０６は排気弁である。前記排気通路１０５は前記過給機１１５の排気タービン入口に接続されている。

１１７は前記過給機１１５の給気出口に接続される給気通路、１１３は該給気通路１１７からの給気流量を調整する給気制御装置、１１６は燃料ガス通路、１１２は該燃料ガス通路１１６に設けられて燃料ガス流量を調整するガス量調整弁である。
前記燃料ガス通路１１６及びガス量調整弁１１２を通った燃料ガスと空気とが前記過給機１１５の空気入口で混合され、この混合ガスが該過給機１１５に供給されるようになっている。そして、該過給機１１５で加圧された混合ガスは、前記給気通路１０３を通って前記主燃焼室１０１内に供給される。
１１４は前記燃料噴射弁１１０に高圧のパイロット燃料を圧送するパイロット燃料噴射ポンプ、１１４ａは該パイロット燃料噴射ポンプ１１４と前記燃料噴射弁１１０とを接続するパイロット燃料管である。
１０は助燃ガス供給装置で、前記燃料ガス通路１１６に追加の助燃ガスを供給するものである。

かかるメインガスエンジン１００の運転時において、前記燃料ガス通路１１６及びガス量調整弁１１２を通った燃料ガスは、前記過給機１１５の空気入口で空気と混合され、この混合ガスが該過給機１１５に供給される。そして、該過給機１１５で加圧された混合ガスつまり希薄混合気は、給気制御装置１１３において流量を制御され、前記給気通路１０３を通って前記主燃焼室１０１内に導入される。

一方、前記パイロット燃料噴射ポンプ１１４で高圧に加圧されたパイロット燃料はパイロット燃料管１１４ａを通って前記燃料噴射弁１１０に送り込まれ、該燃料噴射弁１１０から後述するような適当な噴射タイミングで副室１０２内に噴射され、該副室１０２内に前記主燃焼室１０１から図示しない連絡孔を通って導入されている希薄混合気を着火せしめる。
この着火火炎は前記連絡孔を通って前記主燃焼室１０１内に噴出され、該主燃焼室１０１内の希薄混合気を燃焼せしめる。該主燃焼室１０１からの燃焼ガスは排気弁１０６の開弁とともに排気通路１０５を通って過給機１１５の排気タービンを駆動する。

一方、２００は計測用ガスエンジン、２０９は該計測用ガスエンジン２００に直結駆動される発電機、２１５は過給機である。
該計測用ガスエンジン２００は、この実施例では前記メインガスエンジン１００と同形式のガスエンジンであるが、必ずしも同形式でなくてもガスエンジン、もしくはデュアルフューエルエンジンであればよい。
該計測用ガスエンジン２００において、２０７はピストン、２０８はクランク軸、２０１は主燃焼室、２０２は該主燃焼室２０１に図示しない連絡孔を介して連通される副室、２１０は該副室２０２内にパイロット燃料（液体燃料）を噴射する燃料噴射弁である。２０３は給気通路、２０４は給気弁、２０５は排気通路、２０６は排気弁である。前記排気通路２０５は前記過給機２１５の排気タービン入口に接続されている。

２１７は前記過給機２１５の給気出口に接続される給気通路、２１３は該給気通路２１７からの給気流量を調整する給気制御装置、２１６は燃料ガス通路、２１２は該燃料ガス通路２１６に設けられて燃料ガス流量を調整するガス量調整弁である。
前記燃料ガス通路２１６及びガス量調整弁２１２を通った燃料ガスと空気とが前記過給機２１５の空気入口で混合され、この混合ガスが該過給機２１５に供給されるようになっている。そして、該過給機２１５で加圧された混合ガスは、前記給気通路２０３を通って前記主燃焼室２０１内に供給される。
２１４は前記燃料噴射弁２１０に高圧のパイロット燃料を圧送するパイロット燃料噴射ポンプ、２１４ａは該パイロット燃料噴射ポンプ２１４と前記燃料噴射弁２１０とを接続するパイロット燃料管である。

かかる計測用ガスエンジン２００の運転時において、前記燃料ガス通路２１６及びガス量調整弁２１２を通った燃料ガスは、前記過給機２１５の空気入口で空気と混合され、この混合ガスが該過給機２１５に供給される。そして、該過給機２１５で加圧された混合ガスつまり希薄混合気は、給気制御装置２１３において流量を制御され、前記給気通路２０３を通って前記主燃焼室２０１内に導入される。

一方、前記パイロット燃料噴射ポンプ２１４で高圧に加圧されたパイロット燃料はパイロット燃料管２１４ａを通って前記燃料噴射弁２１０に送り込まれ、該燃料噴射弁２１０から適当な噴射タイミングで副室２０２内に噴射され、該副室２０２内に前記主燃焼室２０１から図示しない連絡孔を通って導入されている希薄混合気を着火せしめる。
この着火火炎は前記連絡孔を通って前記主燃焼室２０１内に噴出され、該主燃焼室２０１内の希薄混合気を燃焼せしめる。該主燃焼室２０１からの燃焼ガスは排気弁２０６の開弁とともに排気通路２０５を通って過給機２１５の排気タービンを駆動する。
前記計測用ガスエンジン２００は、前記メインガスエンジンの１台または複数台に対して１台設置する。

次に、１は計測用エンジンコントローラ、０２は前記計測用ガスエンジン２００のクランク角を検出するクランク角検出器、３は前記発電機２０９の負荷つまりエンジン負荷を検出する負荷検出器、７は前記計測用ガスエンジン２００のエンジン回転数を検出するエンジン回転数検出器である。
４は前記計測用ガスエンジン２００の筒内圧力を検出する筒内圧力センサ、６は前記給気通路２０３における給気圧力を検出する給気圧力センサ、５は前記給気通路２０３における給気温度を検出する給気温度センサ、１５は前記ガス量調整弁２１２で流量を制御されてガス混合器２１１に送られる燃料ガスの流量を検出するガス流量検出器である。８は前記排気通路２０５における排気ガス中のＮＯｘ（窒素酸化物）及びＣＯ（一酸化炭素）、Ｏ_２（酸素）の濃度を検出する排ガスセンサである。

前記クランク角検出器０２からのクランク角の検出値、前記負荷検出器３からのエンジン負荷の検出値、前記エンジン回転数検出器７からのエンジン回転数の検出値、前記筒内圧力センサ４からの筒内圧力の検出値、前記給気圧力センサ６からの給気圧力の検出値、前記給気温度センサ５からの給気温度の検出値、前記ガス流量検出器１５からの燃料ガス流量の検出値、及び前記排ガスセンサ８からの排気ガス中におけるＮＯｘ濃度、ＣＯ濃度及びＯ_２濃度の検出値は、前記計測用エンジンコントローラ１に入力される。

２はメインエンジンコントローラで、前記計測用エンジンコントローラ１における演算制御結果（詳細は後述）が入力される。該メインエンジンコントローラ２は、前記計測用エンジンコントローラ１からの演算制御結果に基づき後述するような演算制御を行い、その結果により前記ガス量調整弁１１２、パイロット燃料噴射ポンプ１１４、給気制御装置１１３及び助燃ガス供給装置１０を制御操作するものである。

次に、図２及び図１に基づきかかるガスエンジンシステムの動作を説明する。
前記筒内圧力センサ４からの筒内圧力の検出値、給気圧力センサ６からの給気圧力の検出値、給気温度センサ５からの給気温度の検出値、ガス流量検出器１５からの燃料ガス流量の検出値、エンジン回転数検出器７からのエンジン回転数の検出値、負荷検出器３からのエンジン負荷の検出値、前記排ガスセンサ８を構成するＮＯｘ検出器８ａからのＮＯｘ濃度の検出値及び、ＣＯ検出器８ｂからのＣＯ濃度の検出値、及びＯ_２検出器８ｃからのＯ_２濃度の検出値、８ｄからの排気ガス温度センサ、クランク角検出器０２からのクランク角の検出値等のエンジン運転状態の検出値は、前記計測用エンジンコントローラ１のガス発熱量、ガス組成判断部２１に入力される。

ここで、前記ガスエンジンにおいては、燃料ガスの発熱量（カロリー）及び組成によって筒内圧力及び燃焼時における受熱率、排ガス中のＮＯｘ濃度が変化する。即ち、発熱量（カロリー）が大きくなると筒内圧力及び受熱率が大きくなり、ＮＯｘ濃度も増加し、Ｏ_２濃度は減少する。
また、前記発熱量（カロリー）が一定であっても、燃料ガス中の水素量が増大すると前記筒内圧力及び受熱率が大きくなり、ＣＯ量が増大すると前記筒内圧力及び受熱率が小さくなり、排気ガス温度が上昇する。

２２はガス発熱量、ガス組成設定部で、前記筒内圧力、給気圧力、給気温度、該給気圧力と給気温度とにより求まる給気量、燃料ガス流量、ＮＯｘ濃度、ＣＯ濃度と燃料ガスの発熱量及び組成との、前記のような関係が、エンジン回転数あるいはエンジン負荷に対応して設定されている。

そして、前記ガス発熱量、ガス組成判断部２１においては、前記各検出器あるいはセンサから入力された前記筒内圧力、給気圧力、給気温度、燃料ガス流量、ＮＯｘ濃度、ＣＯ濃度、Ｏ_２濃度の検出値つまりエンジン運転状態検出値と、前記ガス発熱量、ガス組成設定部に設定されている前記筒内圧力、給気圧力、給気温度、燃料ガス流量、ＮＯｘ濃度、ＣＯ濃度、Ｏ_２濃度と燃料ガスの発熱量及び組成との関係とを突き合せて、前記エンジン運転状態検出値に対応する燃料ガスの発熱量及び組成つまり燃料ガスの性状を判断して、メインエンジンコントローラ２のメインエンジン運転条件設定部３１に入力する。

３２はメインエンジン運転マップ設定部で、前記燃料ガスの発熱量及び組成と、該メインエンジン１００におけるパイロット燃料噴射量、パイロット燃料の噴射時期、ガス流量、空気量、助燃燃料の供給量等のエンジン運転条件との関係がマップ状に設定されており、前記燃料ガスの発熱量及び組成つまり燃料ガスの状態が決まれば、該燃料ガスの状態に最適なエンジン運転条件が抽出できるようになっている。
前記メインエンジン運転条件設定部３１においては、前記計測用エンジンコントローラ１のガス発熱量、ガス組成判断部２１から入力される燃料ガスの状態（燃料ガスの発熱量及び組成つまり燃料ガスの状態）つまり前記エンジン運転状態検出値に基づく燃料ガスの状態に対応するパイロット燃料噴射量、パイロット燃料の噴射時期、ガス流量、給気量、助燃燃料の供給量等のエンジン運転条件を前記メインエンジン運転マップ設定部３２からそれぞれ抽出する。

そして、前記パイロット燃料噴射量の抽出値はパイロット燃料噴射量算出部３３に入力されて該パイロット燃料噴射量算出部３３において実際のパイロット燃料噴射量が算出される。また前記パイロット燃料噴射時期の抽出値はパイロット燃料噴射時期算出部３４に入力されて該パイロット燃料噴射量算出部３４において実際のパイロット燃料噴射時期が算出される。前記実際のパイロット燃料噴射量及びパイロット燃料噴射時期の算出値は前記パイロット燃料噴射ポンプ１１４に伝送され、該パイロット燃料噴射ポンプ１１４は前記燃料噴射量及び燃料噴射時期で以って運転される。

また前記ガス流量の抽出値はガス流量算出部３５に入力されて該ガス流量算出部３５において実際のガス流量が算出される。前記実際のガス流量算出値は前記ガス流量調整弁１１２に伝送され、該ガス流量調整弁１１２は前記ガス流量算出値に相当する開度で以って運転される。
また前記給気量の抽出値は給気量算出部３６に入力されて該給気量算出部３６において実際の給気量が算出される。前記実際の給気量算出値は前記給気制御装置１１３に伝送され、該給気制御装置１１３は給気量を前記給気量算出値に制御する。

また、燃料ガスの発熱量（カロリー）、組成等の燃料ガス性状の悪化より該燃料ガスのガス供給流量が目標範囲以下となって燃焼状態が悪化した際には、前記ガス発熱量、ガス組成判断部２１はかかる事態の発生を判断して前記メインエンジン運転条件設定部３１に入力する。該メインエンジン運転条件設定部３１においては助燃燃料ガスの必要量を設定し、助燃燃料量算出部３７において助燃燃料量を算出して助燃ガス供給装置１０に入力する。これにより、メインガスエンジンへ助燃燃料ガスを供給することにより、メインガスエンジンの空燃比、着火タイミング等の運転条件を適正値に保持することができて、安定運転を継続することができる。

また、前記計測用ガスエンジン２００を無負荷で運転し、エンジン回転数７で検出されるエンジン回転数の変化を前記計測用エンジンコントローラ１で監視することにより、燃料ガスの発熱量（カロリー）の変化を検知して、前記メインエンジンコントローラ２に入力する。
該メインエンジンコントローラ２においては、前記発熱量の変化に対応して前記メインガスエンジン１００のガス流量及び給気量を設定することにより空燃比を制御し、パイロット燃料噴射ポンプ３３により噴射タイミングを制御する。
このようにすれば、燃料ガスの発熱量（カロリー）の変動を正しく検知でき、かかる発熱量の変動に対応して、メインガスエンジン１００の空燃比、着火タイミング等の運転条件を最適条件で運転できる。

かかる実施例よれば、前記メインガスエンジン１００の１台または複数台に対して１台の計測用ガスエンジン２００を設置して、該計測用ガスエンジン２００及びメインガスエンジン１００を同時に運転し、該計測用ガスエンジン２００を運転データ検出専用のエンジンとし、計測用エンジンコントローラ１において、前記計測用ガスエンジン２００における筒内圧力、給気圧力、給気温度、ガス流量、及び排気ガス状態等の運転状態の計測値に基づき検出された、少なくとも筒内圧力波形、受熱率を含む前記燃料ガス性状に関連する運転データの検出値と該運転データの目標値とを比較して燃料ガス性状のエンジン適合性を判断して該判断結果を連続的にメインエンジンコントローラ２に送ることが可能となる。
そして、該メインエンジンコントローラ２において、前記計測用エンジンコントローラ１での判断結果に基づき、前記メインガスエンジン１００のガス流量、着火タイミング（パイロット燃料噴射タイミング）等の運転条件を前記運転データの検出値が前記運転データの目標値になるように制御することにより、該メインガスエンジン１００を常時かかる適正運転条件にて運転することができる。

従って、かかる実施例によれば、発熱量（カロリー）、燃料ガス組成等の燃料ガス性状が変動する燃料ガスを用いる場合においても、計測用ガスエンジン２００において連続的に検出される運転データに基づき、メインガスエンジン１００の適正な運転条件を求めて該メインガスエンジンをかかる適正運転条件にて運転できるので、燃料ガス性状の変動によるメイガスエンジン１００の出力変動を回避でき、該メインガスエンジン１００を前記燃ガス性状の変動の影響を受けることなく安定運転することができる。

本発明によれば、発熱量変動や組成の変動つまり燃料ガス性状の変動が大きい燃料を使用するエンジンシステムにおいて、ガス分析計等の格別な機器を用いることなく、該燃料の性状の変動に応じてエンジンの運転条件を自在に制御可能として、常時安定運転を可能とする計測用エンジンを備えたエンジンシステムを提供できる。

本発明の実施例に係る計測用エンジンを備えたガスエンジンシステムの全体構成図である。 前記ガスエンジンシステムの制御ブロック図である。

符号の説明

１００ メインガスエンジン
２００ 計測用ガスエンジン
１０１、２０１ 主燃焼室
１０２、２０２ 副室
１１０、２１０ 燃料噴射弁
１１１、２１１ ガス混合器
１１２、２１２ ガス量調整弁
１１３、給気制御装置
１１４、２１４ パイロット燃料噴射ポンプ
１１６、１１６ 燃料ガス通路、
１ 計測用エンジンコントローラ
２ メインエンジンコントローラ
０２ クランク角検出器
３ 負荷検出器
４ 筒内圧力センサ
５ 給気温度センサ
６ 給気圧力センサ
７ エンジン回転数検出器
８ 排ガスセンサ
９ 排気バイパス管
１０ 助燃ガス供給装置

Claims (11)

1. 発熱量（カロリー）、燃料組成等の燃料性状が変化する燃料を用いるエンジン（内燃機関）システムの運転方法において、前記エンジン（メインエンジン）の１台または複数台に対して１台の計測用エンジンを設置し、該計測用エンジン及びメインエンジンを同時に運転し、該計測用エンジンから運転データを採り、この運転データに基づき前記メインエンジンの運転条件を制御することを特徴とする計測用エンジンを備えたエンジンシステムの運転方法。
2. 前記計測用エンジンから採られた運転データのうち、前記燃料性状に関連する運転データの検出値と該運転データの目標値との比較に基づく判断結果により、前記メインエンジンの運転条件を前記運転データの検出値が前記運転データの目標値になるように制御することを特徴とする請求項１記載の計測用エンジンを備えたエンジンシステムの運転方法。
3. 発熱量（カロリー）、燃料組成等の燃料ガス性状が変化する燃料を用い、ガス量調整弁によりガス流量を調整されるガス燃料と空気とを混合し、この混合ガスを給気通路を通して燃焼室に導入し着火燃焼するように構成されるガスエンジンの運転方法において、前記ガスエンジン（メインガスエンジン）の１台または複数台に対して１台の計測用ガスエンジンを設置し、該計測用ガスエンジン及びメインガスエンジンを同時に運転し、該計測用ガスエンジンから運転データを採り、この運転データに基づき前記メインガスエンジンの運転条件を制御することを特徴とする計測用エンジンを備えたエンジンシステムの運転方法。
4. 前記計測用エンジンにおける筒内圧力、給気圧力、給気温度、ガス流量、及び排気ガス状態を計測し、かかる計測値に基づき少なくとも筒内圧力波形、受熱率を含む前記燃料ガス性状に関連する運転データをエンジン回転数、エンジンの負荷等のエンジン出力状態に対応して検出し、該運転データの検出値と予め設定された該運転データの目標値とを比較して前記燃料ガス性状のエンジン適合性を判断し、この判断結果に基づき前記メインガスエンジンの空燃比、着火タイミング等の運転条件を、前記運転データの検出値が運転データの目標値になるように制御することを特徴とする請求項３記載の計測用エンジンを備えたエンジンシステムの運転方法。
5. 前記計測用ガスエンジンを無負荷で運転してエンジン回転数の変化を検出し、該エンジン回転数変化を監視することにより燃料ガスの発熱量（カロリー）の変化を検知し、該発熱量の変化に対応して前記メインガスエンジンの空燃比、着火タイミング等の運転条件を制御することを特徴とする請求項３記載の計測用エンジンを備えたエンジンシステムの運転方法。
6. 前記メインガスエンジンに助燃燃料ガスを供給する助燃燃料供給手段を設け、前記運転データの検出値が運転データの目標値よりも小さくなったとき前記助燃燃料供給手段から前記メインガスエンジンに前記助燃燃料ガスを供給することを特徴とする請求項３記載の計測用エンジンを備えたエンジンシステムの運転方法。
7. 発熱量（カロリー）、燃料組成等の燃料性状が変化する燃料を用いるエンジン（内燃機関）において、前記エンジン（メインエンジン）の１台または複数台に対して１台設置されて該メインエンジンと同時に運転され、該メインエンジンの運転制御用の運転データを該メインエンジンに出力する計測用エンジンを備えたことを特徴とする計測用エンジンを備えたエンジンシステム。
8. 前記計測用エンジンの運転状態を計測する運転状態計測手段と、該運転状態計測手段からの計測値に基づき検出された前記燃料性状に関連する運転データの検出値と該運転データの目標値とを比較して燃料性状のエンジン適合性を判断する計測用エンジンコントローラと、該計測用エンジンコントローラからの判断結果が入力されて該判断結果に基づき、前記メインエンジンの運転条件を前記運転データの検出値が前記運転データの目標値になるように制御するメインエンジンコントローラとを備えたことを特徴とする請求項７記載の計測用エンジンを備えたエンジンシステム。
9. 発熱量（カロリー）、燃料組成等の燃料ガス性状が変化する燃料を用い、ガス量調整弁によりガス流量を調整されるガス燃料と空気とを混合し、この混合ガスを給気通路を通して燃焼室に導入し着火燃焼するように構成されるガスエンジンを備えたエンジンシステムにおいて、前記ガスエンジン（メインガスエンジン）の１台または複数台に対して１台設置されて該メインガスエンジンと同時に運転され、該メインガスエンジンの運転制御用の運転データを該メインガスエンジンに出力する計測用ガスエンジンを備えたことを特徴とする計測用エンジンを備えたエンジンシステム。
10. 前記計測用ガスエンジンにおける筒内圧力、給気圧力、給気温度、ガス流量、及び排気ガス状態を計測するエンジン運転状態計測手段と、該エンジン運転状態計測手段からのエンジン運転状態の計測値に基づき少なくとも筒内圧力波形、受熱率を含む前記燃料性状に関連する運転データをエンジン回転数、エンジンの負荷等のエンジン出力状態に対応して検出し、該運転データの検出値と予め設定された該運転データの目標値とを比較して前記燃料性状のエンジン適合性を判断する計測用エンジンコントローラと、該計測用エンジンコントローラからの判断結果が入力されて、この判断結果に基づき前記メインエンジンの空燃比、着火タイミング等の運転条件を、前記運転データの検出値が前記運転データの目標値になるように制御するメインエンジンコントローラとを備えたことを特徴とする請求項９記載の計測用エンジンを備えたエンジンシステム。
11. 前記メインガスエンジンへの燃料ガス通路に接続されて該メインガスエンジンへ助燃燃料ガスを供給する助燃燃料供給手段を備え、メインエンジンコントローラは、前記計測用エンジンコントローラから前記運転データの検出値が運転データの目標値よりも小さくなった判断結果が入力されたとき、前記助燃燃料供給手段から前記メインガスエンジンに前記助燃燃料ガスを供給せしめるように構成されてなることを特徴とする請求項９記載の計測用エンジンを備えたエンジンシステム。

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