JP2013047496A - エンジンシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】エンジン出力が目標出力となるように混合気流量調整弁10の開度を制御するエンジン出力制御部H1と、混合気圧力が目標圧力となるように第1燃料ガス流量調整弁8及び第2燃料ガス流量調整弁9の開度を制御する混合気圧力制御部H2と、第1燃料ガス供給路5にて供給される第1燃料ガスG1の供給状態の変化に応じて、ミキサー2に対する燃料ガスGの供給状態を、ミキサー2に第1燃料ガスG1のみを供給する第1燃料ガス供給状態とミキサー2に第1燃料ガスG1と第2燃料ガスG2との混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態とミキサー2に第2燃料ガスG2のみを供給する第2燃料ガス供給状態との間での切換を行う燃料ガス供給状態切換制御部H3とを備えている。
【選択図】図1
Description
この特許文献2に記載のシステムでは、バイオガスと都市ガスとを混合させた混合燃料ガスをミキサーに供給する混合燃料ガス供給路と、その混合燃料ガス供給路にてミキサーに供給する混合燃料ガスの流量を計測する流量計と、その混合燃料ガス供給路にてミキサーに供給する混合燃料ガスの流量を調整自在な燃料制御弁とを備えている。そして、エンジンにて駆動される発電機の発電量を所定の目標発電量とするように、エンジンに供給する混合気の流量を調整自在なスロットルバルブの開度を制御するとともに、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持するように燃料制御弁の開度を制御している。燃料制御弁の開度の制御については、エンジンにて駆動される発電機の発電量を用いて、エンジンにて消費される単位時間当たりの想定消費熱量を求め、その求めた想定消費熱量と流量計にて計測した流量とを用いて、混合燃料ガスの単位体積当たりの想定発熱量を求め、その求めた想定発熱量から求められる目標開度になるように燃料制御弁の開度を制御している。
前記ミキサーとして、第1燃料ガス供給路にて供給する前記第1燃料ガスと第2燃料ガス供給路にて供給する前記第2燃料ガスとの一方又は両者を混合させた混合燃料ガスと前記燃焼用空気とを混合させて混合気を生成する単一のミキサーが備えられ、
前記第1燃料ガス供給路に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第1燃料ガスの流量を調整自在な第1燃料ガス流量調整弁と、前記第2燃料ガス供給路に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第2燃料ガスの流量を調整自在な第2燃料ガス流量調整弁と、前記混合気供給路に備えられて、前記エンジンに供給する混合気の流量を調整自在な混合気流量調整弁と、エンジン出力が目標出力となるように前記混合気流量調整弁の開度を制御するエンジン出力制御部と、前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第1燃料ガス流量調整弁及び前記第2燃料ガス流量調整弁の開度を制御する混合気圧力制御部と、前記ミキサーに対する燃料ガスの供給状態について、前記第1燃料ガス流量調整弁を開状態とし且つ前記第2燃料ガス流量調整弁を閉状態として前記ミキサーに前記第1燃料ガスのみを供給する第1燃料ガス供給状態と、前記第1燃料ガス流量調整弁及び前記第2燃料ガス流量調整弁の両者を開状態として前記ミキサーに前記第1燃料ガスと前記第2燃料ガスとの混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態と、前記第1燃料ガス流量調整弁を閉状態とし且つ前記第2燃料ガス流量調整弁を開状態として前記ミキサーに前記第2燃料ガスのみを供給する第2燃料ガス供給状態との間で切換自在であり、且つ、前記第1燃料ガス供給路にて供給される前記第1燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記第1燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第2燃料ガス供給状態との間での切換を行う燃料ガス供給状態切換制御部とを備えている点にある。
そして、燃料ガス供給状態切換制御部が第1燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第2燃料ガス供給状態との何れの供給状態に切り換えた場合でも、エンジン出力制御部が、エンジン出力が目標出力となるように混合気流量調整弁の開度を制御するので、エンジン出力を目標出力に維持して所望のエンジン出力を得ることができるとともに、混合気圧力制御部が、混合気圧力が目標圧力となるように第1燃料ガス流量調整弁及び第2燃料ガス流量調整弁の開度を制御するので、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができる。
しかも、本特徴構成によれば、特許文献2に記載のシステムの如く、第1燃料ガスと第2燃料ガスとの混合燃料ガスの流量を計測する高価な流量計を備えなくてもよく、それだけコストの低減及び構成の簡素化を図ることができる。しかも、ミキサーについても、複数備えるのではなく、単一のミキサーを備えているだけであるので、この点からも、コストの低減及び構成の簡素化を図ることができる。
そこで、本特徴構成によれば、第1燃料ガス供給路にて供給される第1燃料ガスの供給状態の変化に応じて、第1指令、混合指令、第2指令の何れかの指令を行う指令手段を備え、燃料ガス供給状態切換制御部が、その指令手段による指令に基づいて、第1燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第2燃料ガス供給状態との間での切換を行うようにしている。これにより、例えば、エンジンに悪影響を与えるような不純物が第1燃料ガスに混入している可能性がある状態となると、指令手段が第2指令を指令することで、燃料ガス供給状態切換制御部が第2燃料ガス供給状態に切り換えて、ミキサーに対する第1燃料ガスへの供給を中止することができる。また、指令手段は、第1燃料ガス供給路にて供給される第1燃料ガスの供給状態の変化に合わせてそれに適した供給状態となるように、第1指令、混合指令、第2指令の何れかの指令を行うことができるので、第1燃料ガス供給路にて供給される第1燃料ガスの供給状態の変化に合わせた供給状態の切換を適切に行うことができる。
このエンジンシステム100は、燃料ガスGと燃焼用空気Aとを混合して混合気Mを生成するミキサー2と、そのミキサー2にて混合された混合気Mをエンジン1に供給する混合気供給路3とを備えている。このエンジンシステム100では、エンジン1に供給する燃料ガスGと燃焼用空気Aとの混合気Mを燃料ガス濃度の薄い希薄混合気としている。そして、エンジンシステム100は、エンジン1に供給する燃料ガスGとして、第1発熱量を有する第1燃料ガスG1と第1発熱量よりも高い第2発熱量を有する第2燃料ガスG2との混合燃料ガス、第1燃料ガスG1のみ、及び、第2燃料ガスG2のみの3種類の燃料ガスを用いることができるように構成されている。第1燃料ガスG1は、例えば、下水汚泥や有機性工場廃水等のバイオマスを嫌気性発酵させることにより得られるバイオガスとしており、第2燃料ガスG2は、例えば、都市ガスとしている。
混合気供給路3には、その混合気Mの通流方向の上流側から順に、エンジン1に供給する混合気の流量を調整自在な混合気流量調整弁10、混合気供給路3にてエンジン1に供給する混合気圧力を検出する混合気圧力センサ11が備えられている。
第1燃料ガス供給状態では、第1燃料ガス流量調整弁8を開状態とし且つ第2燃料ガス流量調整弁9を閉状態として、ミキサー2に第1燃料ガスG1のみを供給している。混合燃料ガス供給状態では、第1燃料ガス流量調整弁8及び第2燃料ガス流量調整弁9の両者を開状態として、ミキサー2に第1燃料ガスG1と第2燃料ガスG2との混合燃料ガスを供給している。第2燃料ガス供給状態では、第1燃料ガス流量調整弁8を閉状態とし且つ第2燃料ガス流量調整弁9を開状態として、ミキサー2に第2燃料ガスG2のみを供給している。
第1燃料ガス供給路5は、第1燃料ガス貯留部7に貯留されている第1燃料ガスG1を供給するようにしており、第1燃料ガス貯留部7に貯留されている第1燃料ガスG1の残量が変化することで、第1燃料ガスG1の供給状態が変化する。そこで、第1燃料ガス供給路5にて供給される第1燃料ガスG1の供給状態の変化を、第1燃料ガス貯留部7における第1燃料ガスG1の貯留残量の変化としている。
第1燃料ガス貯留部7には、第1燃料ガス貯留部7における第1燃料ガスG1の貯留残量を検出する貯留残量検出手段13が備えられ、その貯留残量検出手段13の検出情報が燃料ガス供給状態切換制御部H3に入力自在に構成されている。これにより、燃料ガス供給状態切換制御部H3は、貯留残量検出手段13の検出情報に基づいて、第1燃料ガス貯留部7における第1燃料ガスG1の貯留残量の変化を把握できるように構成されている。第1燃料ガス貯留部7は、例えば、密閉タンクから構成されており、第1燃料ガスG1の貯留残量の減少に伴い、その第1燃料ガス貯留部7内の圧力が低下する。そこで、貯留残量検出手段13は、第1燃料ガス貯留部7内の圧力を検出することで、第1燃料ガス貯留部7における第1燃料ガスG1の貯留残量を検出するようにしている。そして、貯留残量検出手段13にて検出する貯留残量として、上限貯留量S1、下限貯留量S3、その上限貯留量S1とその下限貯留量S3との間の中間貯留量S2の3段階に設定されている。
第1燃料ガス貯留部7における第1燃料ガスG1の貯留残量が中間貯留量S2以上である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部H3が、ミキサー2に対する燃料ガスGの供給状態を第1燃料ガス供給状態に切り換えている。第1燃料ガス貯留部7における第1燃料ガスG1の貯留残量が中間貯留量S2未満で且つ下限貯留量S3以上である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部H3が、ミキサー2に対する燃料ガスGの供給状態を混合燃料ガス供給状態に切り換えている。第1燃料ガス貯留部7における第1燃料ガスG1の貯留残量が下限貯留量S3未満である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部H3が、ミキサー2に対する燃料ガスGの供給状態を第2燃料ガス供給状態に切り換えている。
このエンジン出力制御は、エンジン出力を目標出力に維持するために行われており、エンジン1の運転中には、常時、エンジン出力制御部H1がエンジン出力制御を行うようにしている。
このエンジン出力制御では、エンジン出力検出手段12にて検出したエンジン出力が目標出力よりも小さい場合に、そのエンジン出力と目標出力との差に応じて、混合気流量調整弁10の開度を開き側に制御している。逆に、エンジン出力検出手段12にて検出したエンジン出力が目標出力よりも大きい場合には、そのエンジン出力と目標出力との差に応じて、混合気流量調整弁10の開度を閉じ側に制御している。このようにして、エンジン出力を目標出力に維持して所望のエンジン出力を得るようにしている。
第1燃料ガス貯留部7における第1燃料ガスG1の貯留残量が十分にあり、その貯留残量が中間貯留量S2以上である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部H3が、ミキサー2に対する燃料ガスGの供給状態を第1燃料ガス供給状態に切り換える(ステップ#1のYesの場合、ステップ#2)。このとき、燃料ガス供給状態切換制御部H3は、混合気圧力制御部H2による混合気圧力制御を一旦中断させて、第1燃料ガス流量調整弁8の開度を予め設定された第1燃料ガス用目標開度(例えば、開度70%)とし、且つ、第2燃料ガス流量調整弁9を閉状態(開度0%)として、ミキサー2に第1燃料ガスG1のみを供給する第1燃料ガス供給状態に切り換えている。そして、燃料ガス供給状態切換制御部H3が第1燃料ガス供給状態に切り換えることで、燃料ガスGを第1燃料ガスG1のみとして、その第1燃料ガスG1と燃焼用空気Aとの混合気Mをエンジン1に供給して燃焼させてエンジン1を運転させている。
燃料ガス供給状態切換制御部H3による第1燃料ガス供給状態への切換により第2燃料ガス流量調整弁9を閉状態(開度0%)としているので、第1燃料ガス流量調整弁8の開度のみを制御している。つまり、混合気圧力センサ11にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも小さい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第1燃料ガス流量調整弁8の開度を閉じ側に制御している。逆に、混合気圧力センサ11にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも大きい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第1燃料ガス流量調整弁8の開度を開き側に制御している。これにより、希薄混合気Mの空気比を所望の空気比に維持して、失火の発生や排ガス中のNOx濃度が高くなりすぎるという問題の発生を防止している。
燃料ガス供給状態切換制御部H3にて混合燃料ガス供給状態に切り換えている場合には、第1燃料ガス流量調整弁8及び第2燃料ガス流量調整弁9の両者の開度を制御している。つまり、混合気圧力センサ11にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも小さい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第1燃料ガス流量調整弁8及び第2燃料ガス流量調整弁9の両者の開度を閉じ側に制御している。逆に、混合気圧力センサ11にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも大きい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第1燃料ガス流量調整弁8及び第2燃料ガス流量調整弁9の両者の開度を開き側に制御している。これにより、希薄混合気Mの空気比を所望の空気比に維持して、失火の発生や排ガス中のNOx濃度が高くなりすぎるという問題の発生を防止している。
燃料ガス供給状態切換制御部H3による第2燃料ガス供給状態への切換により第1燃料ガス流量調整弁8を閉状態(開度0%)としているので、第2燃料ガス流量調整弁9の開度のみを制御している。つまり、混合気圧力センサ11にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも小さい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第2燃料ガス流量調整弁9の開度を閉じ側に制御している。逆に、混合気圧力センサ11にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも大きい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第2燃料ガス流量調整弁9の開度を開き側に制御している。これにより、希薄混合気Mの空気比を所望の空気比に維持して、失火の発生や排ガス中のNOx濃度が高くなりすぎるという問題の発生を防止している。
(1)上記実施形態では、燃料ガス供給状態切換制御部H3が、混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、混合気圧力制御部H2による混合気圧力制御を一旦中断させて、第1燃料ガス流量調整弁8及び第2燃料ガス流量調整弁9の両者の開度を混合燃料ガス用目標開度とするように第1燃料ガス流量調整弁8及び第2燃料ガス流量調整弁9の両者の開度を制御した後、混合気圧力制御部H2による混合気圧力制御を行うようにしている。
これに代えて、燃料ガス供給状態切換制御部H3は、混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、第1燃料ガス流量調整弁8の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度(例えば、開度35%)とするように第1燃料ガス流量調整弁8の開度を制御するとともに、混合気圧力制御部H2による混合気圧力制御により、混合気供給路3にてエンジン1に供給する混合気圧力が目標圧力となるように第2燃料ガス流量調整弁9の開度を制御するようにしてもよい。このように、ミキサー2に対する燃料ガスGの供給状態を混合気燃料ガス供給状態に切り換える場合には、第1燃料ガス流量調整弁8については、混合燃料ガス用目標開度への開度制御を行い、それと同時に、第2燃料ガス流量調整弁9については、混合気圧力制御部H2による混合気圧力制御を行うことができる。
これに代えて、図示は省略するが、第1燃料ガス供給路5にて供給される第1燃料ガスG1の供給状態の変化に応じて、ミキサー2に対する燃料ガスGの供給状態について、第1燃料ガス供給状態に切り換えるための第1指令、混合燃料ガス供給状態に切り換えるための混合指令、第2燃料ガス供給状態に切り換えるための第2指令の何れかの指令を行う指令手段を備える。そして、燃料ガス供給状態切換制御部H3が、指令手段による指令に基づいて、第1燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第2燃料ガス供給状態との間での切換を行うこともできる。
また、第1燃料ガスG1であるバイオガスの発熱量が変動する場合もあるので、指令手段は、バイオガスの発熱量に応じて、第1指令、混合指令、第2指令の何れかの指令を行うこともできる。例えば、バイオガスの発熱量が第1設定値以上であると、指令手段が第1指令を指令し、バイオガスの発熱量が第1設定値未満で且つ第1設定値よりも小さい第2設定値以上であると、指令手段が混合指令を指令し、バイオガスの発熱量が第2設定値未満であると、指令手段が第2指令を指令することができる。このようにして、第1燃料ガスG1であるバイオガスの発熱量の変動に応じて、燃料ガス供給状態切換制御部H3が第1燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第2燃料ガス供給状態との間での切換を行うこともできる。
2 ミキサー
3 混合気供給路
5 第1燃料ガス供給路
6 第2燃料ガス供給路
7 第1燃料ガス貯留部
8 第1燃料ガス流量調整弁
9 第2燃料ガス流量調整弁
10 混合気流量調整弁
A 燃焼用空気
G 燃料ガス
G1 第1燃料ガス(バイオガス)
G2 第2燃料ガス(都市ガス)
H1 エンジン出力制御部
H2 混合気圧力制御部
H3 燃料ガス供給状態切換制御部
M 混合気
Claims (6)
- 燃料ガスと燃焼用空気とを混合して混合気を生成するミキサーと、そのミキサーにて生成された混合気をエンジンに供給する混合気供給路とを備え、前記燃料ガスとして、第1発熱量を有する第1燃料ガスとその第1発熱量よりも高い第2発熱量を有する第2燃料ガスの一方又は両者の混合燃料ガスを用い、前記混合気供給路にて供給される混合気を燃焼させてエンジンを運転させるエンジンシステムであって、
前記ミキサーとして、第1燃料ガス供給路にて供給する前記第1燃料ガスと第2燃料ガス供給路にて供給する前記第2燃料ガスとの一方又は両者を混合させた混合燃料ガスと前記燃焼用空気とを混合させて混合気を生成する単一のミキサーが備えられ、
前記第1燃料ガス供給路に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第1燃料ガスの流量を調整自在な第1燃料ガス流量調整弁と、
前記第2燃料ガス供給路に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第2燃料ガスの流量を調整自在な第2燃料ガス流量調整弁と、
前記混合気供給路に備えられて、前記エンジンに供給する混合気の流量を調整自在な混合気流量調整弁と、
エンジン出力が目標出力となるように前記混合気流量調整弁の開度を制御するエンジン出力制御部と、
前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第1燃料ガス流量調整弁及び前記第2燃料ガス流量調整弁の開度を制御する混合気圧力制御部と、
前記ミキサーに対する燃料ガスの供給状態について、前記第1燃料ガス流量調整弁を開状態とし且つ前記第2燃料ガス流量調整弁を閉状態として前記ミキサーに前記第1燃料ガスのみを供給する第1燃料ガス供給状態と、前記第1燃料ガス流量調整弁及び前記第2燃料ガス流量調整弁の両者を開状態として前記ミキサーに前記第1燃料ガスと前記第2燃料ガスとの混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態と、前記第1燃料ガス流量調整弁を閉状態とし且つ前記第2燃料ガス流量調整弁を開状態として前記ミキサーに前記第2燃料ガスのみを供給する第2燃料ガス供給状態との間で切換自在であり、且つ、前記第1燃料ガス供給路にて供給される前記第1燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記第1燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第2燃料ガス供給状態との間での切換を行う燃料ガス供給状態切換制御部とを備えているエンジンシステム。 - 前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記第1燃料ガス供給路にて供給される前記第1燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記第1燃料ガス供給状態から前記第2燃料ガス供給状態への切換を行う場合及び前記第2燃料ガス供給状態から前記第1燃料ガス供給状態への切換を行う場合の一方又は両方において、まず、前記第1燃料ガス供給状態又は前記第2燃料ガス供給状態から前記混合燃料ガス供給状態への切換を行い、その混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、前記混合燃料ガス供給状態から前記第2燃料ガス供給状態又は前記第1燃料ガス供給状態への切換を行うように構成されている請求項1に記載のエンジンシステム。
- 前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、前記第1燃料ガス流量調整弁及び前記第2燃料ガス流量調整弁の両者の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度とするように前記第1燃料ガス流量調整弁及び前記第2燃料ガス流量調整弁の両者の開度を制御した後、前記混合気圧力制御部により前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第1燃料ガス流量調整弁及び前記第2燃料ガス流量調整弁の両者の開度を制御するように構成されている請求項1又は2に記載のエンジンシステム。
- 前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、前記第1燃料ガス流量調整弁の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度とするように前記第1燃料ガス流量調整弁の開度を制御するとともに、前記混合気圧力制御部により前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第2燃料ガス流量調整弁の開度を制御するように構成されている請求項1〜3の何れか1項に記載のエンジンシステム。
- 前記第1燃料ガス供給路は、第1燃料ガス貯留部に貯留されている前記第1燃料ガスを前記ミキサーに供給自在に構成され、前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記第1燃料ガス貯留部における前記第1燃料ガスの貯留残量の変化に応じて、前記第1燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第2燃料ガス供給状態との間での切換を行うように構成されている請求項1〜4の何れか1項に記載のエンジンシステム。
- 前記第1燃料ガス供給路にて供給される前記第1燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記ミキサーに対する燃料ガスの供給状態について、前記第1燃料ガス供給状態に切り換えるための第1指令、前記混合燃料ガス供給状態に切り換えるための混合指令、前記第2燃料ガス供給状態に切り換えるための第2指令の何れかの指令を行う指令手段が備えられ、前記燃料ガス供給状態切換制御部が、前記指令手段による指令に基づいて、前記第1燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第2燃料ガス供給状態との間での切換を行うように構成されている請求項1〜4の何れか1項に記載のエンジンシステム。
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