JP2013087716A - Control device of premixed type gas engine, control method of premixed type gas engine, and premixed type gas engine system - Google Patents

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泰平 菊岡
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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To achieve stable operation of a premixed type gas engine having a bypass line.SOLUTION: This premixed type gas engine system 100 includes a premixed type gas engine for supplying mixed gas formed by mixing fuel gas and air, and a control device 300. The gas engine includes a combustion chamber 111, a throttle valve 150 for adjusting the amount of the mixed gas to be supplied to the combustion chamber 111, a supercharger 170 for compressing and supplying the mixed gas to the throttle valve 150, and a bypass valve 160 for bypassing a part of the mixed gas supplied to the throttle valve 150 to an air supply passage of the supercharger 170 from a delivery passage of the supercharger 170. The control device 300 variably sets a target value of a pressure difference before and behind the throttle valve 150 in accordance with a load of the gas engine, to adjust opening of the bypass valve 160 so that opening of the throttle valve 150 is maintained within a predetermined range.

Description

本発明は、燃料ガスと空気とが予め混合されて燃焼室に供給される予混合式ガスエンジンの制御装置および予混合式ガスエンジンの制御方法、ならびに予混合式ガスエンジンシステムに関する。   The present invention relates to a control device for a premixed gas engine in which fuel gas and air are mixed in advance and supplied to a combustion chamber, a control method for the premixed gas engine, and a premixed gas engine system.

化石エネルギーの代替として熱分解ガスや消化ガスなどのバイオガスの有効利用が求められている。バイオガスの利用法の1つとして、バイオガスを燃料としたガスエンジンによる発電システムが注目されている。   Effective utilization of biogas such as pyrolysis gas and digestion gas is required as an alternative to fossil energy. As one of the utilization methods of biogas, a power generation system using a gas engine using biogas as a fuel has attracted attention.

ガスエンジンにおいて、燃料ガスと燃焼用の空気との比(空燃比)は重要な調整要素である。燃料ガスに対して空気が多すぎれば失火・燃焼変動が発生し、空気が少なすぎれば排気温度上昇・ノッキングといった燃焼異常の現象が発生して、安定して運転を継続できない。このため、予混合式ガスエンジンにおいては、あらかじめ目標とする空燃比を設定し、混合気の量を計測することにより、空燃比を一定に保っている。この場合、空燃比の設定値は、予め決めた代表的な燃料ガスの性状を用いて設定する。   In a gas engine, the ratio (air-fuel ratio) between fuel gas and combustion air is an important adjustment factor. If there is too much air relative to the fuel gas, misfires and combustion fluctuations will occur, and if there is too little air, combustion abnormal phenomena such as exhaust temperature rise and knocking will occur, and stable operation cannot be continued. For this reason, in a premixed gas engine, a target air-fuel ratio is set in advance, and the air-fuel ratio is kept constant by measuring the amount of air-fuel mixture. In this case, the set value of the air-fuel ratio is set using a typical characteristic of fuel gas determined in advance.

たとえば、特開2009−36111号公報(特許文献1)に記載のガスエンジンでは、高カロリーガス(たとえば、LPG(液化天然ガス)、都市ガス)を用いて運転する始動時には、空燃比の目標値は燃料が過不足なく反応するとされる理論空燃比の値に設定される。高カロリーガスから低カロリーガス(バイオガス)に切替えるときには、空燃比の目標値は、理論空燃比の値に設定されるか、もしくは混合気が一気にリーンになってしまい失火する可能性を避けるために理論空燃比の値よりもリッチになるように設定される。   For example, in the gas engine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-36111 (Patent Document 1), the target value of the air-fuel ratio is set at the start of operation using a high calorie gas (for example, LPG (liquefied natural gas), city gas). Is set to the value of the stoichiometric air / fuel ratio at which the fuel reacts without excess or deficiency. When switching from high-calorie gas to low-calorie gas (biogas), the target value of air-fuel ratio is set to the theoretical air-fuel ratio value, or to avoid the possibility of misfiring because the air-fuel mixture becomes lean all at once. Is set to be richer than the theoretical air-fuel ratio.

特開2009−36111号公報JP 2009-36111 A

予混合式ガスエンジンにおいては、燃焼室へ供給される混合ガスの量は、一般的に、スロットル弁の開度を調整することによって行なわれる。また、過給機が吐出する混合ガスの量は、気温などの周囲環境温度によって変化し、特に冬場のような低温の場合には、過給機が吐出する混合ガスの量が多くなるため、スロットル弁はエンジン出力を調整するために、その開度を閉じる。この結果、過給機吐出圧力が高くなり、過給機が吐出する混合ガスの量が急激に減少してしまう、いわゆるサージングが発生する場合がある。   In a premixed gas engine, the amount of mixed gas supplied to a combustion chamber is generally determined by adjusting the opening of a throttle valve. In addition, the amount of mixed gas discharged from the supercharger changes depending on the ambient temperature such as the air temperature, and particularly when the temperature is low such as in winter, the amount of mixed gas discharged from the supercharger increases. The throttle valve is closed to adjust the engine output. As a result, the supercharger discharge pressure increases, and so-called surging may occur in which the amount of the mixed gas discharged from the supercharger rapidly decreases.

このようなサージングを防止するために、スロットル弁への流入側に混合ガスのバイパスラインを設け、バイパス弁の開度を調整することによって混合ガスの一部を逃がし、スロットル弁前後の圧力差(すなわち、スロットル弁へ供給される混合ガスの給気圧力と、スロットル弁から燃焼室へ供給される混合ガスの吐出圧力との差)を制御することで燃焼室へ供給される燃料ガス量を調整する構成が採用される場合がある。   In order to prevent such surging, a bypass line of the mixed gas is provided on the inflow side to the throttle valve, and by adjusting the opening degree of the bypass valve, a part of the mixed gas is released, and the pressure difference between the throttle valve ( That is, the amount of fuel gas supplied to the combustion chamber is adjusted by controlling the difference between the supply pressure of the mixed gas supplied to the throttle valve and the discharge pressure of the mixed gas supplied from the throttle valve to the combustion chamber. In some cases, a configuration is employed.

上記のようなバイパスラインを有するガスエンジンにおいて、安定した運転状態を確保するためには、スロットル弁およびバイパス弁を適切に制御することが必要となる。   In the gas engine having the bypass line as described above, it is necessary to appropriately control the throttle valve and the bypass valve in order to ensure a stable operation state.

本発明は、このような課題を解決するためのなされたものであって、その目的は、バイパスラインを有する予混合式ガスエンジンを安定して運転することである。   The present invention has been made to solve such problems, and an object thereof is to stably operate a premixed gas engine having a bypass line.

本発明による予混合式ガスエンジンの制御装置は、燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンを制御するための制御装置である。ガスエンジンは、混合ガスを燃焼するための燃焼室と、燃焼室への給気経路に設けられ、燃焼室への混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、混合ガスを圧縮してスロットル弁へ供給するように構成された過給機と、過給機の吐出経路と過給機への混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、スロットル弁へ供給される混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含む。制御装置は、スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するための圧力検出部と、スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、ガスエンジンの負荷に応じて圧力差の目標値を可変に設定するとともに、圧力差が設定された目標値となるようにバイパス弁の開度を調整する制御部とを備える。   A control device for a premixed gas engine according to the present invention is a control device for controlling a premixed gas engine to which a mixed gas obtained by mixing fuel gas and air is supplied. The gas engine is provided with a combustion chamber for burning the mixed gas, a throttle valve provided in an air supply path to the combustion chamber, for adjusting the supply amount of the mixed gas to the combustion chamber, and an exhaust gas from the combustion chamber The supercharger configured to compress the mixed gas and supply it to the throttle valve is connected to the discharge path of the supercharger and the supply path of the mixed gas to the supercharger. And a bypass valve for bypassing a part of the mixed gas supplied to the throttle valve. The control device includes a pressure detector for detecting a pressure difference between the supply pressure and the discharge pressure of the throttle valve, and a gas so that the opening of the throttle valve is maintained within a predetermined range. A control unit that variably sets the target value of the pressure difference according to the engine load and adjusts the opening of the bypass valve so that the pressure difference becomes the set target value.

好ましくは、制御部は、ガスエンジンの始動時に用いる圧力差の目標値を、ガスエンジンの運転中に用いる圧力差の目標値よりも高い値に設定する。   Preferably, the control unit sets the target value of the pressure difference used when starting the gas engine to a value higher than the target value of the pressure difference used during operation of the gas engine.

好ましくは、制御部は、ガスエンジンの始動時に用いる圧力差の目標値を、50〜70kPaの範囲で設定する。   Preferably, a control part sets the target value of the pressure difference used at the time of starting of a gas engine in the range of 50-70 kPa.

好ましくは、制御部は、ガスエンジンの運転中に用いる圧力差の目標値を、ガスエンジンの負荷率が高い場合には、負荷率が低い場合の値以上に設定する。   Preferably, the control unit sets the target value of the pressure difference used during operation of the gas engine to be equal to or higher than the value when the load factor is low when the load factor of the gas engine is high.

好ましくは、制御部は、ガスエンジンの運転中に用いる圧力差の目標値を、10〜35kPaの範囲で設定する。   Preferably, a control part sets the target value of the pressure difference used during a driving | operation of a gas engine in the range of 10-35 kPa.

好ましくは、スロットル弁の開度についての所定範囲は、スロットル弁の特性において、制御感度が相対的に高くなる範囲に設定される。   Preferably, the predetermined range for the opening of the throttle valve is set to a range in which the control sensitivity is relatively high in the characteristics of the throttle valve.

好ましくは、スロットル弁の開度についての所定範囲は、スロットル弁を全開にした場合の開度の30〜60%に設定される。   Preferably, the predetermined range for the opening of the throttle valve is set to 30 to 60% of the opening when the throttle valve is fully opened.

好ましくは、スロットル弁の開度についての所定範囲は、スロットル弁を全開にした場合の開度の40〜45%に設定される。   Preferably, the predetermined range for the opening of the throttle valve is set to 40 to 45% of the opening when the throttle valve is fully opened.

好ましくは、制御部は、バイパス弁の開度をフィードバック制御により制御し、圧力差の目標値を可変に設定する場合は、圧力差の目標値を固定値とする場合に比べて、フィードバック制御に用いるゲインを小さく設定する。   Preferably, the control unit controls the opening degree of the bypass valve by feedback control, and when the target value of the pressure difference is set variably, the control unit performs feedback control compared to the case where the target value of the pressure difference is a fixed value. Set the gain to be used small.

好ましくは、制御部は、PID制御によりフィードバック制御を実行する。制御部は、ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、比例ゲインを0.01〜0.1の範囲で設定する。   Preferably, a control part performs feedback control by PID control. The control unit uses a proportional gain, an integral gain, and a differential gain as the gain, and sets the proportional gain in the range of 0.01 to 0.1.

好ましくは、制御部は、PID制御によりフィードバック制御を実行する。制御部は、ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、積分ゲインを0.01〜0.1の範囲で設定する。   Preferably, a control part performs feedback control by PID control. The control unit uses a proportional gain, an integral gain, and a differential gain as the gain, and sets the integral gain in the range of 0.01 to 0.1.

好ましくは、制御部は、PID制御によりフィードバック制御を実行する。制御部は、ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、微分ゲインを1〜100の範囲で設定する。   Preferably, a control part performs feedback control by PID control. The control unit uses a proportional gain, an integral gain, and a differential gain as the gain, and sets the differential gain in the range of 1 to 100.

好ましくは、制御部は、PID制御によりフィードバック制御を実行する。制御部は、ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、比例ゲインを0.05に設定し、積分ゲインを0.05に設定し、微分ゲインを98に設定する。   Preferably, a control part performs feedback control by PID control. The control unit uses a proportional gain, an integral gain, and a differential gain as gains, sets the proportional gain to 0.05, sets the integral gain to 0.05, and sets the differential gain to 98.

本発明による予混合式ガスエンジンの制御方法は、燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンについての制御方法である。ガスエンジンは、混合ガスを燃焼するための燃焼室と、燃焼室への給気経路に設けられ、燃焼室への混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、混合ガスを圧縮してスロットル弁へ供給するように構成された過給機と、過給機の吐出経路と過給機への混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、スロットル弁へ供給される混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含む。制御方法は、スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するステップと、スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、ガスエンジンの負荷に応じて圧力差の目標値を可変に設定するステップと、圧力差が設定された目標値となるようにバイパス弁の開度を調整するステップとを備える。   A control method for a premixed gas engine according to the present invention is a control method for a premixed gas engine to which a mixed gas obtained by mixing fuel gas and air is supplied. The gas engine is provided with a combustion chamber for burning the mixed gas, a throttle valve provided in an air supply path to the combustion chamber, for adjusting the supply amount of the mixed gas to the combustion chamber, and an exhaust gas from the combustion chamber The supercharger configured to compress the mixed gas and supply it to the throttle valve is connected to the discharge path of the supercharger and the supply path of the mixed gas to the supercharger. And a bypass valve for bypassing a part of the mixed gas supplied to the throttle valve. The control method includes a step of detecting a pressure difference between the supply pressure and the discharge pressure of the throttle valve, and a load of the gas engine so that the opening degree of the throttle valve is maintained within a predetermined range. Accordingly, there are provided a step of variably setting the target value of the pressure difference and a step of adjusting the opening degree of the bypass valve so that the pressure difference becomes the set target value.

本発明による予混合式ガスエンジンシステムは、燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンと、ガスエンジンを制御するための制御装置とを備える。ガスエンジンは、混合ガスを燃焼するための燃焼室と、燃焼室への給気経路に設けられ、燃焼室への混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、混合ガスを圧縮してスロットル弁へ供給するように構成された過給機と、過給機の吐出経路と過給機への混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、スロットル弁へ供給される混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含む。制御装置は、スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するための圧力検出部と、スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、ガスエンジンの負荷に応じて圧力差の目標値を可変に設定するとともに、圧力差が設定された目標値となるようにバイパス弁の開度を調整する制御部とを含む。   A premixed gas engine system according to the present invention includes a premixed gas engine to which a mixed gas obtained by mixing fuel gas and air is supplied, and a control device for controlling the gas engine. The gas engine is provided with a combustion chamber for burning the mixed gas, a throttle valve provided in an air supply path to the combustion chamber, for adjusting the supply amount of the mixed gas to the combustion chamber, and an exhaust gas from the combustion chamber The supercharger configured to compress the mixed gas and supply it to the throttle valve is connected to the discharge path of the supercharger and the supply path of the mixed gas to the supercharger. And a bypass valve for bypassing a part of the mixed gas supplied to the throttle valve. The control device includes a pressure detector for detecting a pressure difference between the supply pressure and the discharge pressure of the throttle valve, and a gas so that the opening of the throttle valve is maintained within a predetermined range. And a control unit that variably sets the target value of the pressure difference according to the engine load and adjusts the opening degree of the bypass valve so that the pressure difference becomes the set target value.

本発明によれば、バイパスラインを有する予混合式ガスエンジンを安定して運転することができる。   According to the present invention, a premixed gas engine having a bypass line can be stably operated.

本実施の形態に従う予混合式ガスエンジンシステムの全体ブロック図である。1 is an overall block diagram of a premixed gas engine system according to the present embodiment. バタフライ弁の流量特性の一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the flow characteristic of a butterfly valve. 本実施の形態に従う予混合式ガスエンジンシステムにおける制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。It is a functional block diagram which shows an example of a structure of the control apparatus in the premix type gas engine system according to this Embodiment. 図3の空燃比制御部の記憶部に記憶される空気過剰率の設定テーブルの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the setting table of the excess air ratio memorize | stored in the memory | storage part of the air fuel ratio control part of FIG. 図3の圧力制御部の記憶部に記憶される目標圧力差の設定マップの一例を示す図である。It is a figure which shows an example of the setting map of the target pressure difference memorize | stored in the memory | storage part of the pressure control part of FIG. 図3の圧力制御部の制御信号生成部で実行されるフィードバック制御を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the feedback control performed by the control signal generation part of the pressure control part of FIG. 本実施の形態において、圧力制御部で実行されるスロットル弁の圧力差制御処理を説明するためのフローチャートである。In this Embodiment, it is a flowchart for demonstrating the pressure difference control process of the throttle valve performed with a pressure control part. 図7のS130における圧力差目標値演算処理の詳細の一例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows an example of the detail of the pressure difference target value calculation process in S130 of FIG. 本実施の形態に従う圧力差制御処理における、始動時圧力差設定制御を適用した場合の効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect at the time of applying the pressure difference setting control at the time of a start in the pressure difference control process according to this Embodiment. 本実施の形態に従う圧力差制御処理における、負荷に応じた圧力差設定制御を適用した場合の効果を説明するための第1の図である。It is a 1st figure for demonstrating the effect at the time of applying the pressure difference setting control according to load in the pressure difference control process according to this Embodiment. 本実施の形態に従う圧力差制御処理における、負荷に応じた圧力差設定制御を適用した場合の効果を説明するための第2の図である。It is a 2nd figure for demonstrating the effect at the time of applying the pressure difference setting control according to load in the pressure difference control process according to this Embodiment. 本実施の形態に従う圧力差制御処理における、フィードバック制御におけるゲイン変更制御を適用した場合の効果を説明するための図である。It is a figure for demonstrating the effect at the time of applying the gain change control in feedback control in the pressure difference control process according to this Embodiment.

以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.

[予混合ガスエンジンシステムの基本構成]
図1は、本実施の形態に従う予混合式ガスエンジンシステム100の全体ブロック図である。予混合式ガスエンジンシステム100は、ガスエンジンを構成する、エンジン本体部110と、エアフィルタ120と、燃料ガス量調整器130と、ミキサ140と、スロットル弁150と、バイパス弁160と、過給機170とを備える。また、予混合式ガスエンジンシステム100は、ガスエンジンを制御するための制御装置を形成する、制御部310と、圧力計340,350とを備える。制御部310は、空燃比制御部320と、圧力制御部330とを含む。
[Basic configuration of premixed gas engine system]
FIG. 1 is an overall block diagram of a premixed gas engine system 100 according to the present embodiment. The premixed gas engine system 100 includes an engine main body 110, an air filter 120, a fuel gas amount adjuster 130, a mixer 140, a throttle valve 150, a bypass valve 160, and a supercharger that constitute a gas engine. Machine 170. The premixed gas engine system 100 includes a control unit 310 and pressure gauges 340 and 350 that form a control device for controlling the gas engine. Control unit 310 includes an air-fuel ratio control unit 320 and a pressure control unit 330.

ガスエンジンは、燃料ガスと空気とが予め混合された混合ガスが燃焼室111に吸入される予混合式のガスエンジンである。本実施の形態におけるガスエンジンにおいては、燃料ガスとして熱分解ガスや消化ガスなどのバイオガスを用いることができる。吸入された混合ガスは、燃焼室111内で点火されて燃焼し、発生する熱エネルギによってピストン112を駆動する。ガスエンジンの出力軸(図示せず)は、たとえば発電機(図示せず)に結合され、ガスエンジンの駆動力を用いて発電が行なわれる。   The gas engine is a premixed gas engine in which a mixed gas in which fuel gas and air are mixed in advance is sucked into the combustion chamber 111. In the gas engine in the present embodiment, biogas such as pyrolysis gas and digestion gas can be used as fuel gas. The sucked mixed gas is ignited and burned in the combustion chamber 111, and the piston 112 is driven by the generated heat energy. An output shaft (not shown) of the gas engine is coupled to, for example, a generator (not shown), and power is generated using the driving force of the gas engine.

ミキサ140は、エアフィルタ120を通して供給される空気と、燃料ガス量調整器130で調整された燃料ガスとを混合して混合ガスを生成する。エアフィルタ120は、ミキサ140に供給する空気に含まれるゴミなどを除去する。燃料ガス量調整器130は、空燃比制御部320からの制御信号GSRによって制御され、外部の燃料タンク(図示せず)等から供給される燃料ガスの流量を調整する。   The mixer 140 mixes the air supplied through the air filter 120 and the fuel gas adjusted by the fuel gas amount adjuster 130 to generate a mixed gas. The air filter 120 removes dust and the like contained in the air supplied to the mixer 140. The fuel gas amount adjuster 130 is controlled by a control signal GSR from the air-fuel ratio controller 320 and adjusts the flow rate of fuel gas supplied from an external fuel tank (not shown) or the like.

過給機170は、排気タービン駆動式の過給機(いわゆる、ターボチャージャ)である。過給機170は、たとえば、同じ回転軸に結合されたタービン171およびコンプレッサ172を含む。タービン171は、燃焼室111から排出された排気ガスによって回転する。コンプレッサ172は、タービン171が回転することに連動して回転し、ミキサ140で生成された混合ガスを加圧して、スロットル弁150を介して燃焼室111へ供給する。   The supercharger 170 is an exhaust turbine driven supercharger (so-called turbocharger). The supercharger 170 includes, for example, a turbine 171 and a compressor 172 coupled to the same rotating shaft. The turbine 171 is rotated by the exhaust gas discharged from the combustion chamber 111. The compressor 172 rotates in conjunction with the rotation of the turbine 171, pressurizes the mixed gas generated by the mixer 140, and supplies the mixed gas to the combustion chamber 111 via the throttle valve 150.

スロットル弁150は、過給機170のコンプレッサ172と燃焼室111との間の、混合ガスの流れる経路に設けられる。スロットル弁150は、エンジン本体部110の出力に応じて開度を調整し、燃焼室111へ供給する混合ガスの流量を調整する。   The throttle valve 150 is provided in a path through which the mixed gas flows between the compressor 172 of the supercharger 170 and the combustion chamber 111. The throttle valve 150 adjusts the opening according to the output of the engine body 110 and adjusts the flow rate of the mixed gas supplied to the combustion chamber 111.

バイパス弁160は、コンプレッサ172からスロットル弁150への混合ガスの吐出経路と、ミキサ140からコンプレッサ172への混合ガスの流入経路とを連通させる経路(バイパスライン)に設けられる。バイパス弁160が開かれると、コンプレッサ172からスロットル弁150へ供給される混合ガスの一部が、バイパス弁160を通って、コンプレッサ172の流入側の経路へバイパスされる。このバイパス弁160の開度を制御することによって、スロットル弁150へ供給される混合ガスの流入圧力を調整することができる。   The bypass valve 160 is provided in a path (bypass line) that communicates the mixed gas discharge path from the compressor 172 to the throttle valve 150 and the mixed gas inflow path from the mixer 140 to the compressor 172. When the bypass valve 160 is opened, a part of the mixed gas supplied from the compressor 172 to the throttle valve 150 is bypassed to the inflow path of the compressor 172 through the bypass valve 160. By controlling the opening degree of the bypass valve 160, the inflow pressure of the mixed gas supplied to the throttle valve 150 can be adjusted.

制御部310に含まれる空燃比制御部320および圧力制御部330は、いずれも図1には図示しないがCPU(Central Processing Unit)、記憶装置および入出力バッファを含む。空燃比制御部320および圧力制御部330は、各センサ等からの信号の入力に基づいて各機器への制御信号の出力を行なって、ガスエンジンの各機器を制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア(電子回路)で処理することも可能である。   Although not shown in FIG. 1, the air-fuel ratio control unit 320 and the pressure control unit 330 included in the control unit 310 include a CPU (Central Processing Unit), a storage device, and an input / output buffer. The air-fuel ratio control unit 320 and the pressure control unit 330 output control signals to the respective devices based on the input of signals from the sensors and the like, thereby controlling the respective devices of the gas engine. Note that these controls are not limited to processing by software, and can be processed by dedicated hardware (electronic circuit).

空燃比制御部320は、エンジン本体部110の回転速度NREおよび負荷率(定格出力に対する現在のエンジン出力の比率)LDRに応じた空気過剰率を設定する。空燃比制御部320は、燃料ガスの種類に応じて予め設定される理論空気量に上記空気過剰率を乗じることによって空燃比の目標値を設定する。そして、空燃比制御部320は、圧力計350によって検出された圧力から混合ガスの流量を算出し、さらに現在の供給ガス量から空気量を算出することにより、実際の空燃比が設定された空燃比の目標値となるように、燃料ガス量調整器130への制御信号GSRを生成する。この制御信号GSRに基づいて燃料ガス量調整器130が制御されて、燃料ガスの流量が調整される。   The air-fuel ratio control unit 320 sets the excess air ratio according to the rotational speed NRE of the engine main body 110 and the load factor (the ratio of the current engine output to the rated output) LDR. The air-fuel ratio control unit 320 sets the target value of the air-fuel ratio by multiplying the theoretical air amount set in advance according to the type of fuel gas by the excess air ratio. Then, the air-fuel ratio control unit 320 calculates the flow rate of the mixed gas from the pressure detected by the pressure gauge 350, and further calculates the air amount from the current supply gas amount, so that the air-fuel ratio in which the actual air-fuel ratio is set is calculated. A control signal GSR to the fuel gas amount regulator 130 is generated so that the target value of the fuel ratio is obtained. Based on the control signal GSR, the fuel gas amount adjuster 130 is controlled to adjust the flow rate of the fuel gas.

圧力計340は、スロットル弁150の流入側の経路に設けられ、スロットル弁150へ供給される混合ガスの圧力(すなわち、過給機170の吐出圧)を検出し、その検出値PINを圧力制御部330へ出力する。圧力計350は、スロットル弁150の吐出側の経路に設けられ、スロットル弁150から燃焼室111へ供給される混合ガスの圧力を検出し、その検出値POUTを圧力制御部330へ出力する。   The pressure gauge 340 is provided in the flow path on the inflow side of the throttle valve 150, detects the pressure of the mixed gas supplied to the throttle valve 150 (that is, the discharge pressure of the supercharger 170), and pressure-controls the detected value PIN. To the unit 330. The pressure gauge 350 is provided on the discharge side path of the throttle valve 150, detects the pressure of the mixed gas supplied from the throttle valve 150 to the combustion chamber 111, and outputs the detected value POUT to the pressure control unit 330.

圧力制御部330は、圧力計340,350で検出されたスロットル弁150の流入圧力PINおよび吐出圧力POUTを受ける。圧力制御部330は、これら情報に基づいて、制御信号SIGを生成してバイパス弁160の開度を制御する。   Pressure controller 330 receives inflow pressure PIN and discharge pressure POUT of throttle valve 150 detected by pressure gauges 340 and 350. Based on these pieces of information, the pressure controller 330 generates a control signal SIG and controls the opening degree of the bypass valve 160.

[ガスエンジンシステムの問題点]
予混合式ガスエンジンシステムにおいては、上述のように、燃焼室へ供給される混合ガスの量は、スロットル弁の開度を調整することによって行なわれる。過給機が吐出する混合ガスの量は、気温などの周囲環境温度によって変化し、夏場のように温度が高くなると過給機が吐出する混合ガスの量が減少する。そうすると、スロットル弁はエンジン出力を調整するために、その開度を開ける。それでも混合ガスが足りないと、エンジン出力が低下する場合がある。逆に、冬場のような低温の場合には、過給機が吐出する混合ガスの量が多くなる。そうすると、スロットル弁はエンジン出力を調整するために、その開度を閉じる。この結果、過給機吐出圧力が高くなり、過給機から供給される混合ガスが急激に減少してしまう、いわゆるサージングが発生する場合がある。
[Problems of gas engine system]
In the premixed gas engine system, as described above, the amount of the mixed gas supplied to the combustion chamber is adjusted by adjusting the opening of the throttle valve. The amount of the mixed gas discharged from the supercharger varies depending on the ambient temperature such as the air temperature, and the amount of the mixed gas discharged from the supercharger decreases as the temperature increases as in summer. Then, the throttle valve opens its opening to adjust the engine output. If the gas mixture is still insufficient, the engine output may decrease. Conversely, when the temperature is low, such as in winter, the amount of mixed gas discharged from the supercharger increases. Then, the throttle valve closes its opening to adjust the engine output. As a result, the supercharger discharge pressure becomes high, and so-called surging may occur in which the mixed gas supplied from the supercharger rapidly decreases.

このようなサージングを防止するために、図1のように、スロットル弁への流入側に混合ガスのバイパスラインを設ける構成とし、バイパス弁の開度を調整することによって混合ガスの一部を逃がして過給機吐出圧力を低減する手法が採用される場合がある。   In order to prevent such surging, a mixed gas bypass line is provided on the inflow side to the throttle valve as shown in FIG. 1, and a part of the mixed gas is released by adjusting the opening of the bypass valve. In some cases, a method of reducing the discharge pressure of the supercharger is employed.

スロットル弁としては、たとえば、バタフライ弁が用いられる場合がある。このバタフライ弁の開度に対する流量特性は、図2に示されるように、一般的に弁開度が中央付近の領域AR1(30〜60%)であるときに、開度変化量に対する流量変化量が大きく(すなわち、制御感度が高く)、制御性が良くなる特性を有している。逆に、弁開度が小さい場合(0〜30%)あるいは、弁開度が大きい場合(60〜100%)では、相対的に制御感度が低くなる。そのため、負荷変動に対して応答よく混合ガスの流量を調整する場合には、スロットル弁の制御性が高くなる動作範囲(30〜60%)を使用することが望ましい。また、特に、弁開度が40〜45%の動作範囲となるようにすることがより好ましい。   For example, a butterfly valve may be used as the throttle valve. As shown in FIG. 2, the flow rate characteristic with respect to the opening degree of the butterfly valve is generally a flow rate change amount with respect to the opening change amount when the valve opening degree is an area AR1 (30 to 60%) near the center. Is large (that is, the control sensitivity is high) and the controllability is improved. Conversely, when the valve opening is small (0 to 30%) or when the valve opening is large (60 to 100%), the control sensitivity is relatively low. Therefore, when adjusting the flow rate of the mixed gas with good response to load fluctuations, it is desirable to use an operating range (30 to 60%) in which the controllability of the throttle valve becomes high. In particular, it is more preferable that the valve opening be in the operating range of 40 to 45%.

混合ガスの流量は、エンジン出力によって概ね決まる。また、同じ混合ガス量であれば、スロットル弁前後の圧力差によって、スロットル弁の開度は概ね決まる。図1に示したようなバイパスラインを有するガスエンジンにおける混合ガスの流量制御においては、スロットル弁前後の圧力差を、バイパス弁開度を調整することによって所定の圧力差(固定値)になるように制御し、負荷変動に応じてスロットル弁の開度を調整する手法が採用される場合がある。   The flow rate of the mixed gas is largely determined by the engine output. If the amount of the mixed gas is the same, the opening degree of the throttle valve is generally determined by the pressure difference before and after the throttle valve. In the flow control of the mixed gas in the gas engine having the bypass line as shown in FIG. 1, the pressure difference before and after the throttle valve is set to a predetermined pressure difference (fixed value) by adjusting the opening degree of the bypass valve. In some cases, a method of controlling the throttle valve and adjusting the opening of the throttle valve according to the load fluctuation may be employed.

しかしながら、このような場合においては、圧力差の設定を低負荷状態に適合させたときには高負荷時にスロットル開度が開きすぎ、また高負荷状態に適合させたときには低負荷時にスロットル開度が閉じすぎるといった状態となり、エンジンの負荷状態の全域にわたって、スロットル弁の制御性が高くなる動作範囲を使用することができなくなる。そうすると、エンジンの安定した運転状態を保つことができない場合が生じ得る。   However, in such a case, when the pressure difference setting is adapted to a low load condition, the throttle opening is too open at a high load, and when the pressure difference is adapted to a high load condition, the throttle opening is too closed at a low load. Thus, the operating range in which the controllability of the throttle valve becomes high cannot be used over the entire engine load state. If so, there may be a case where a stable operating state of the engine cannot be maintained.

また、ガスエンジンの始動の際にもバイパス弁が開いてしまうため、エンジンの始動に必要な混合ガス量が十分に確保できず、エンジンの回転上昇や負荷上昇ができなくなったりする場合もあり得る。   In addition, since the bypass valve opens when the gas engine is started, there is a possibility that the amount of mixed gas necessary for starting the engine cannot be sufficiently secured, and the engine speed and load cannot be increased. .

そのため、本実施の形態においては、負荷状態に応じてスロットル弁前後の圧力差を可変に設定し、それによって、エンジンの負荷状態の全域にわたって、スロットル弁を制御性が高くなる動作範囲で使用する混合ガスの流量制御を行なう。   Therefore, in the present embodiment, the pressure difference before and after the throttle valve is variably set according to the load state, and thus the throttle valve is used in an operating range where the controllability is enhanced over the entire load state of the engine. Control the flow rate of the mixed gas.

[制御構成の説明]
図3は、本実施の形態に従う予混合式ガスエンジンシステム100における制御装置300の構成の一例を示す機能ブロック図であり、特に、空燃比制御部320および圧力制御部330の詳細な構成が示される。図3に示される各機能ブロックは、ハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
[Description of control configuration]
FIG. 3 is a functional block diagram showing an example of the configuration of control device 300 in premixed gas engine system 100 according to the present embodiment. In particular, detailed configurations of air-fuel ratio control unit 320 and pressure control unit 330 are shown. It is. Each functional block shown in FIG. 3 is realized by hardware or software processing.

図1および図3を参照して、空燃比制御部320は、空気過剰率設定部321と、記憶部322と、制御信号生成部323とを含む。   Referring to FIGS. 1 and 3, air-fuel ratio control unit 320 includes an excess air ratio setting unit 321, a storage unit 322, and a control signal generation unit 323.

空気過剰率設定部321は、図示しないエンジン制御部から、エンジン本体部110の回転速度NREおよび負荷率LDRを受ける。空気過剰率設定部321は、これらの情報に基づいて、記憶部322に予め記憶された図4のような設定テーブル、あるいは設定マップを用いて、空気過剰率AIRを設定する。そして、空気過剰率設定部321は、設定された空気過剰率AIRを制御信号生成部323へ出力する。   The excess air ratio setting unit 321 receives the rotational speed NRE and the load factor LDR of the engine main body 110 from an engine control unit (not shown). Based on such information, the excess air ratio setting unit 321 sets the excess air ratio AIR using a setting table or a setting map as shown in FIG. 4 stored in advance in the storage unit 322. Then, the excess air ratio setting unit 321 outputs the set excess air ratio AIR to the control signal generation unit 323.

制御信号生成部323は、空気過剰率設定部からの空気過剰率AIRと、圧力計350によって検出された圧力POUTとを受ける。制御信号生成部323は、圧力POUTから、燃焼室111へ供給される混合ガスの流量FLWを算出する。また、制御信号生成部323は、燃料ガスの種類によって予め定められた理論空気量と空気過剰率AIRとから目標となる空燃比を決定する。そして、制御信号生成部323は、算出した流量FLWと現在の供給ガス量から求めた空気量に応じて、算出した空燃比が得られるように、燃料ガス量調整器130から供給される燃料ガスの流量を調整するための制御信号GSRを生成する。   The control signal generation unit 323 receives the excess air ratio AIR from the excess air ratio setting unit and the pressure POUT detected by the pressure gauge 350. The control signal generator 323 calculates the flow rate FLW of the mixed gas supplied to the combustion chamber 111 from the pressure POUT. In addition, the control signal generation unit 323 determines a target air-fuel ratio from a theoretical air amount that is predetermined according to the type of fuel gas and an excess air ratio AIR. The control signal generation unit 323 then supplies the fuel gas supplied from the fuel gas amount regulator 130 so that the calculated air-fuel ratio is obtained according to the air amount obtained from the calculated flow rate FLW and the current supply gas amount. A control signal GSR for adjusting the flow rate of is generated.

圧力制御部330は、目標圧力差設定部331と、記憶部332と、圧力差演算部333と、開度設定部334と、制御信号生成部335とを含む。   The pressure control unit 330 includes a target pressure difference setting unit 331, a storage unit 332, a pressure difference calculation unit 333, an opening degree setting unit 334, and a control signal generation unit 335.

目標圧力差設定部331は、エンジン制御部(図示せず)からの負荷率LDRを受ける。目標圧力差設定部331は、この負荷率LDRに基づいて、記憶部332に予め記憶された設定テーブルあるいは設定マップを用いて目標圧力差ΔPRを設定し、その設定値を開度設定部334へ出力する。   Target pressure difference setting unit 331 receives load factor LDR from an engine control unit (not shown). Based on the load factor LDR, the target pressure difference setting unit 331 sets the target pressure difference ΔPR using a setting table or setting map stored in advance in the storage unit 332, and sends the set value to the opening setting unit 334. Output.

図5は、記憶部332に記憶される目標圧力差ΔPRの設定マップの一例を示す図である。図5の設定マップにおいては、負荷率LDRがL0(=0%)からL5(=100%)までの6点に対応する、圧力差目標値ΔPR P0からP5が設定されている。そして、たとえば、取得した負荷率LDRが、L1とL2との間のLxである場合には、目標値はP1とP2とを直線補完した直線上の点に対応した値(図5中のPx)として算出される。なお、図5の設定マップは一例であり、圧力差目標値ΔPRはエンジン本体部110の特性に応じて任意に設定可能である。また、図5のようなマップに代えて、所定の演算式や、図4に示したような設定テーブルを用いて設定するようにしてもよい。   FIG. 5 is a diagram illustrating an example of a setting map of the target pressure difference ΔPR stored in the storage unit 332. In the setting map of FIG. 5, pressure difference target values ΔPR P0 to P5 corresponding to six points from the load factor LDR from L0 (= 0%) to L5 (= 100%) are set. For example, when the acquired load factor LDR is Lx between L1 and L2, the target value is a value corresponding to a point on a straight line obtained by linearly complementing P1 and P2 (Px in FIG. 5). ). Note that the setting map of FIG. 5 is an example, and the pressure difference target value ΔPR can be arbitrarily set according to the characteristics of the engine main body 110. Further, instead of the map as shown in FIG. 5, it may be set using a predetermined arithmetic expression or a setting table as shown in FIG.

再び図3を参照して、圧力差演算部333は、圧力計340,350でそれぞれ検出された圧力PIN,POUTから、スロットル弁150前後の実際の圧力差ΔPAを演算する。圧力差演算部333は、演算により求めた圧力差ΔPAを開度設定部334へ出力する。   Referring to FIG. 3 again, the pressure difference calculation unit 333 calculates the actual pressure difference ΔPA before and after the throttle valve 150 from the pressures PIN and POUT detected by the pressure gauges 340 and 350, respectively. The pressure difference calculation unit 333 outputs the pressure difference ΔPA obtained by the calculation to the opening degree setting unit 334.

開度設定部334は、目標圧力差設定部331からの圧力差目標値ΔPRと、圧力差演算部333からの圧力差の実績値ΔPAを受ける。開度設定部334は、圧力差目標値ΔPRと実際の圧力差ΔPAに基づいて、PID制御(比例積分微分制御)を用いたフィードバック制御を行ない、バイパス弁160の開度目標値OPRを設定し、その設定値を制御信号生成部335へ出力する。   The opening setting unit 334 receives the pressure difference target value ΔPR from the target pressure difference setting unit 331 and the pressure difference actual value ΔPA from the pressure difference calculation unit 333. The opening setting unit 334 performs feedback control using PID control (proportional integral derivative control) based on the pressure difference target value ΔPR and the actual pressure difference ΔPA, and sets the opening target value OPR of the bypass valve 160. The set value is output to the control signal generator 335.

制御信号生成部335は、開度設定部334からの開度目標値OPRに基づいて、バイパス弁160を駆動するための制御信号SIGを生成する。   The control signal generator 335 generates a control signal SIG for driving the bypass valve 160 based on the opening target value OPR from the opening setting unit 334.

図6は、制御信号生成部335で実行されるフィードバック制御を説明するための図である。図3および図6を参照して、制御信号生成部335は、減算部200と、係数部210,220,230と、積分部240と、微分部250と、加算部260とを含む。   FIG. 6 is a diagram for explaining feedback control executed by the control signal generation unit 335. 3 and 6, control signal generation unit 335 includes a subtraction unit 200, coefficient units 210, 220, and 230, an integration unit 240, a differentiation unit 250, and an addition unit 260.

減算部200は、目標圧力差設定部331で設定された圧力差目標値ΔPRから、圧力差演算部333で検出された圧力差ΔPAを減じて、それらの偏差を算出する。係数部210は、算出された偏差に比例ゲイン(1/Kp)を乗じる。係数部220は、算出された偏差に積分ゲイン(1/Ki)を乗じる。そして、係数部220の出力は、積分部240によって積分される。係数部230は、算出された偏差に微分ゲイン(Kd)を乗じる。係数部230の出力は、微分部250によって微分される。加算部260は、係数部210、積分部240、および微分部250からの出力を加算することによって、バイパス弁160を駆動するための制御信号SIGを生成する。   The subtraction unit 200 subtracts the pressure difference ΔPA detected by the pressure difference calculation unit 333 from the pressure difference target value ΔPR set by the target pressure difference setting unit 331, and calculates a deviation thereof. The coefficient unit 210 multiplies the calculated deviation by a proportional gain (1 / Kp). The coefficient unit 220 multiplies the calculated deviation by an integral gain (1 / Ki). Then, the output of the coefficient unit 220 is integrated by the integration unit 240. The coefficient unit 230 multiplies the calculated deviation by a differential gain (Kd). The output of the coefficient unit 230 is differentiated by the differentiation unit 250. The adding unit 260 generates a control signal SIG for driving the bypass valve 160 by adding outputs from the coefficient unit 210, the integrating unit 240, and the differentiating unit 250.

以上の操作によって、設定された開度目標値OPRに応じた制御信号SIGが設定される。   By the above operation, the control signal SIG corresponding to the set opening target value OPR is set.

図7は、本実施の形態において、圧力制御部330で実行されるスロットル弁150の圧力差制御処理を説明するためのフローチャートである。図7および以降に説明する図8に示すフローチャートは、圧力制御部330に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期で実行されることによって処理が実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア(電子回路)を構築して処理を実現することも可能である。   FIG. 7 is a flowchart for explaining the pressure difference control process of the throttle valve 150 executed by the pressure control unit 330 in the present embodiment. In the flowchart shown in FIG. 7 and FIG. 8 described below, the processing is realized by a program stored in advance in the pressure control unit 330 being called from the main routine and executed in a predetermined cycle. Alternatively, for some steps, it is also possible to construct dedicated hardware (electronic circuit) and realize processing.

図1および図7を参照して、圧力制御部330は、ステップ(以下、ステップをSと略す。)100にて、フィードバックゲインKp,Ki,Kdを設定する。このときのフィードバックゲインKp,Ki,Kdは、負荷率にかかわらず圧力差を固定値に設定する場合に比べて低く設定することが好ましい。これは、本実施の形態の圧力差制御においては、スロットル弁150を制御感度の高い動作範囲で使用するため、これらのフィードバックゲインKp,Ki,Kdを高めに設定した場合には高応答になりすぎて、かえってハンチング等が生じて不安定となることを抑制するためである。   Referring to FIGS. 1 and 7, pressure control unit 330 sets feedback gains Kp, Ki, and Kd at step (hereinafter, step is abbreviated as S) 100. The feedback gains Kp, Ki, Kd at this time are preferably set to be lower than when the pressure difference is set to a fixed value regardless of the load factor. This is because, in the pressure difference control of the present embodiment, the throttle valve 150 is used in an operating range with high control sensitivity, and therefore, when these feedback gains Kp, Ki, and Kd are set high, the response is high. This is to prevent hunting and the like from becoming unstable.

フィードバックゲインKp,Ki,Kdの設定値としては、たとえば、圧力差を固定値に設定する場合がKp=1,Ki=1,Kd=100であるとしたときには、本制御においては、Kp=0.01〜0.1,Ki=0,01〜0.1,Kd=1〜100の範囲で設定することが好ましい。さらに好ましくは、Kp=0.05,Ki=0.05,Kd=98と設定するようにしてもよい。   As the set values of the feedback gains Kp, Ki, and Kd, for example, when the pressure difference is set to a fixed value and Kp = 1, Ki = 1, and Kd = 100, in this control, Kp = 0 .01 to 0.1, Ki = 0, 01 to 0.1, and Kd = 1 to 100 are preferable. More preferably, Kp = 0.05, Ki = 0.05, and Kd = 98 may be set.

その後、圧力制御部330は、S110にて、エンジン本体部110が起動中であるか否かを判定する。なお、エンジン起動中には、エンジン本体部110の起動開始(始動)の場合および運転継続中の場合が含まれる。   Thereafter, in S110, the pressure control unit 330 determines whether or not the engine main body 110 is being activated. In addition, the case where the engine is started includes a case where the engine main body 110 is started (started) and a case where the operation is continued.

エンジン本体部110が起動中でない場合(S110にてNO)は、当該圧力差制御は必要ないので、圧力制御部330は以降の処理をスキップして処理を終了する。   If engine main body 110 is not in operation (NO in S110), the pressure difference control is not necessary, and pressure control unit 330 skips the subsequent processes and ends the process.

エンジン本体部110が起動中の場合(S110にてYES)は、S120に処理が進められ、圧力制御部330は、現在のエンジン本体部110の負荷率LDRを取得する。そして、圧力制御部330は、S130にて、取得した負荷率LDRを用いて、負荷率LDRに応じた圧力差目標ΔPRを演算する。S130の詳細な制御は、図8にて後述する。   If engine body 110 is being activated (YES in S110), the process proceeds to S120, and pressure control unit 330 acquires the current load factor LDR of engine body 110. In step S130, the pressure control unit 330 calculates the pressure difference target ΔPR corresponding to the load factor LDR using the acquired load factor LDR. Detailed control in S130 will be described later with reference to FIG.

その後、圧力制御部330は、S140にて、圧力計340,350でそれぞれ検出された圧力検出値PIN,POUTから現在の実圧力差ΔPAを演算する。そして、圧力制御部330は、S150にて、圧力差目標値ΔPRおよび実圧力差ΔPAを用いてバイパス弁160の開度指令値を演算するとともに、図6で示したようなフィードバック制御を行なって、バイパス弁160の開度を制御する。   Thereafter, in S140, the pressure control unit 330 calculates the current actual pressure difference ΔPA from the pressure detection values PIN and POUT detected by the pressure gauges 340 and 350, respectively. In S150, the pressure control unit 330 calculates the opening command value of the bypass valve 160 using the pressure difference target value ΔPR and the actual pressure difference ΔPA, and performs feedback control as shown in FIG. The opening degree of the bypass valve 160 is controlled.

そして、圧力制御部330は、処理をS160に進めて、エンジン本体部110が停止されたか否かを判定する。   And the pressure control part 330 advances a process to S160, and determines whether the engine main-body part 110 was stopped.

エンジン本体部110が停止されておらず、運転が継続される場合(S160にてNO)は、処理がS120に戻されて、圧力制御部330は、負荷率LDRに応じたバイパス弁160の開度制御を継続する。   If engine body 110 is not stopped and operation is continued (NO in S160), the process returns to S120, and pressure controller 330 opens bypass valve 160 in accordance with load factor LDR. Continue degree control.

エンジン本体部110が停止された場合(S160にてYES)は、圧力制御部330は、当該処理を終了する。   When engine main body 110 is stopped (YES in S160), pressure control unit 330 ends the process.

次に、図8を用いて、図7のステップS130における圧力差目標値ΔPRの演算処理の詳細を説明する。なお、図8においては、図5で示した設定マップを用いる場合を例として説明する。   Next, details of the calculation process of the pressure difference target value ΔPR in step S130 of FIG. 7 will be described with reference to FIG. In FIG. 8, a case where the setting map shown in FIG. 5 is used will be described as an example.

図8を参照して、圧力制御部330は、S200にて、図7のS120で取得した負荷率LDRがL5以上(LDR≧L5)であるか否かを判定する。   Referring to FIG. 8, in S200, pressure control unit 330 determines whether or not load factor LDR acquired in S120 of FIG. 7 is L5 or more (LDR ≧ L5).

負荷率LDRがL5以上の場合(S200にてYES)は、処理がS205に進められて、圧力制御部330は、圧力差目標値ΔPRをP5に設定する。そして、圧力制御部330は、処理を図7のS140へ進める。   If load factor LDR is equal to or greater than L5 (YES in S200), the process proceeds to S205, and pressure control unit 330 sets pressure difference target value ΔPR to P5. And the pressure control part 330 advances a process to S140 of FIG.

負荷率LDRがL5未満の場合(S200にてNO)は、処理がS210に進められ、圧力制御部330は、負荷率LDRがL4以上L5未満(L4≦LDR<L5)であるか否かを判定する。   If load factor LDR is less than L5 (NO in S200), the process proceeds to S210, and pressure controller 330 determines whether or not load factor LDR is greater than or equal to L4 and less than L5 (L4 ≦ LDR <L5). judge.

負荷率LDRがL4以上L5未満である場合(S210にてYES)は、処理がS215に進められ、圧力制御部330は、図5の点A4と点A5とを直線補完した直線上における、取得した負荷率LDRに対応する圧力差目標値ΔPRを、以下の式(1)によって演算し、その後、処理をS140に進める。   If load factor LDR is greater than or equal to L4 and less than L5 (YES in S210), the process proceeds to S215, and pressure control unit 330 acquires on a straight line obtained by linearly complementing points A4 and A5 in FIG. The pressure difference target value ΔPR corresponding to the obtained load factor LDR is calculated by the following equation (1), and then the process proceeds to S140.

ΔPR={(P5−P4)/(L5−L4)}・(LDR−L4)+P4 … (1)
負荷率LDRがL4未満である場合(S210にてNO)は、処理がS220に進められ、圧力制御部330は、負荷率LDRがL3以上L4未満(L3≦LDR<L4)であるか否かを判定する。
ΔPR = {(P5−P4) / (L5−L4)} · (LDR−L4) + P4 (1)
If load factor LDR is less than L4 (NO in S210), the process proceeds to S220, and pressure controller 330 determines whether load factor LDR is equal to or greater than L3 and less than L4 (L3 ≦ LDR <L4). Determine.

負荷率LDRがL3以上L4未満である場合(S220にてYES)は、処理がS225に進められ、圧力制御部330は、圧力差目標値ΔPRを、以下の式(2)によって演算し、その後、処理をS140に進める。   When load factor LDR is not less than L3 and less than L4 (YES in S220), the process proceeds to S225, and pressure control unit 330 calculates pressure difference target value ΔPR by the following equation (2), and thereafter The process proceeds to S140.

ΔPR={(P4−P3)/(L4−L3)}・(LDR−L3)+P3 … (2)
負荷率LDRがL3未満である場合(S220にてNO)は、処理がS230に進められ、圧力制御部330は、負荷率LDRがL2以上L3未満(L2≦LDR<L3)であるか否かを判定する。
ΔPR = {(P4−P3) / (L4−L3)} · (LDR−L3) + P3 (2)
If load factor LDR is less than L3 (NO in S220), the process proceeds to S230, and pressure control unit 330 determines whether load factor LDR is greater than or equal to L2 and less than L3 (L2 ≦ LDR <L3). Determine.

負荷率LDRがL2以上L3未満である場合(S230にてYES)は、処理がS235に進められ、圧力制御部330は、圧力差目標値ΔPRを、以下の式(3)によって演算し、その後、処理をS140に進める。   If load factor LDR is not less than L2 and less than L3 (YES in S230), the process proceeds to S235, and pressure control unit 330 calculates pressure difference target value ΔPR by the following equation (3), and thereafter The process proceeds to S140.

ΔPR={(P3−P2)/(L3−L2)}・(LDR−L2)+P2 … (3)
負荷率LDRがL2未満である場合(S230にてNO)は、処理がS240に進められ、圧力制御部330は、負荷率LDRがL1以上L2未満(L1≦LDR<L2)であるか否かを判定する。
ΔPR = {(P3−P2) / (L3−L2)} · (LDR−L2) + P2 (3)
If load factor LDR is less than L2 (NO in S230), the process proceeds to S240, and pressure controller 330 determines whether load factor LDR is greater than or equal to L1 and less than L2 (L1 ≦ LDR <L2). Determine.

負荷率LDRがL1以上L2未満である場合(S240にてYES)は、処理がS245に進められ、圧力制御部330は、圧力差目標値ΔPRを、以下の式(4)によって演算し、その後、処理をS140に進める。   When load factor LDR is not less than L1 and less than L2 (YES in S240), the process proceeds to S245, and pressure control unit 330 calculates pressure difference target value ΔPR by the following equation (4), and thereafter The process proceeds to S140.

ΔPR={(P2−P1)/(L2−L1)}・(LDR−L1)+P1 … (4)
負荷率LDRがL1未満である場合(S240にてNO)は、処理がS250に進められ、圧力制御部330は、圧力差目標値ΔPRを、以下の式(5)によって演算し、その後、処理をS140に進める。
ΔPR = {(P2−P1) / (L2−L1)} · (LDR−L1) + P1 (4)
When load factor LDR is less than L1 (NO in S240), the process proceeds to S250, and pressure control unit 330 calculates pressure difference target value ΔPR by the following equation (5), and then the process To S140.

ΔPR={(P1−P0)/(L1−L0)}・(LDR−L0)+P0 … (5)
ここで、負荷率LDRが0%の場合はエンジン本体部110の始動時を示しており、このときの圧力目標値ΔPRは、負荷率LDRがゼロより大きいエンジン本体部110の運転中に比べて大きく設定される。これは、上述の問題点において説明したように、エンジン始動時にバイパス弁160が開いてしまうことによって、燃焼室111へ供給される混合ガス量が少なくなり、それによってエンジンが適切に始動ができなくなることを防止するためである。すなわち、圧力目標値ΔPRを大きくすることでバイパス弁160を閉止状態とする。
ΔPR = {(P1−P0) / (L1−L0)} · (LDR−L0) + P0 (5)
Here, when the load factor LDR is 0%, it indicates the time when the engine main body 110 is started, and the pressure target value ΔPR at this time is compared with that during operation of the engine main body 110 where the load factor LDR is greater than zero. It is set large. As explained in the above-mentioned problem, the bypass valve 160 is opened when the engine is started, so that the amount of mixed gas supplied to the combustion chamber 111 is reduced, and the engine cannot be started properly. This is to prevent this. That is, the bypass valve 160 is closed by increasing the pressure target value ΔPR.

圧力差目標値ΔPRは、たとえば、エンジン運転中(P1〜P5)は約10〜35kPaの範囲で適宜設定され、一方エンジン始動時(P0)は約50〜70kPaの範囲で設定される。より好ましくは、エンジン始動時の圧力差目標値ΔPRは、約60kPaに設定される。   The pressure difference target value ΔPR is appropriately set in a range of about 10 to 35 kPa, for example, during engine operation (P1 to P5), while being set in a range of about 50 to 70 kPa at the time of engine start (P0). More preferably, the pressure difference target value ΔPR at the time of starting the engine is set to about 60 kPa.

なお、図8に示されたステップS130の処理については、採用される設定マップや設定式、設定テーブルに応じて適宜変更される。   In addition, about the process of step S130 shown by FIG. 8, it changes suitably according to the setting map, setting formula, and setting table which are employ | adopted.

以上のような処理に従って制御を行なうことによって、混合ガスのバイパスラインを有する過給機付きの予混合式ガスエンジンシステムにおいて、スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との圧力差の目標値をガスエンジンの負荷に応じて可変に設定し、圧力差が目標値となるようにバイパス弁の開度を調整することができる。これによって、ガスエンジン始動時の混合ガス量を確保できるとともに、ガスエンジン運転中は、制御感度の高い範囲でスロットル弁の開度が維持されるので、始動時および負荷変動が生じた場合でも応答よく、かつ安定した運転をすることが可能となる。   By performing the control according to the above-described process, in the premixed gas engine system with a supercharger having a mixed gas bypass line, the target value of the pressure difference between the supply pressure of the throttle valve and the discharge pressure is set to gas. The opening degree of the bypass valve can be adjusted so that the pressure difference becomes a target value by variably setting according to the engine load. As a result, the amount of gas mixture at the start of the gas engine can be secured, and while the gas engine is operating, the throttle valve opening is maintained within a high control sensitivity range. It is possible to perform well and stable operation.

[本実施の形態を適用した場合の実行例]
以下、図9から図12を用いて、本実施の形態を適用した場合の効果について説明する。これらの図は、本実施の形態の制御を適用した場合と、制御の一部を適用しない比較例の場合とを比較したシミュレーションの結果を示したものである。
[Execution example when this embodiment is applied]
Hereinafter, the effect when this embodiment is applied will be described with reference to FIGS. 9 to 12. These drawings show the results of simulation comparing the case where the control of the present embodiment is applied and the case of a comparative example where a part of the control is not applied.

なお、図9から図12においては、横軸には時間が示され、縦軸には、圧力差の目標値ΔPRと実績値ΔPA(上段)、スロットル弁およびバイパス弁の弁開度(中段)、および、エンジン回転数と発電電力(下段)が示される。また、図中において、実線は本実施の形態の制御を適用した場合であり、破線は比較例の場合を示す。   9 to 12, the horizontal axis represents time, and the vertical axis represents the pressure difference target value ΔPR and actual value ΔPA (upper stage), and the valve opening of the throttle valve and bypass valve (middle stage). , And the engine speed and generated power (lower). In the figure, the solid line indicates the case where the control of the present embodiment is applied, and the broken line indicates the case of the comparative example.

(始動時の圧力差目標値設定の効果)
図9は、エンジン始動時の圧力差目標値ΔPRを、本実施の形態の制御のように他の運転中よりも高く設定した場合、および他の運転中と同程度とした比較例の場合のシミュレーション結果を示す図である。
(Effect of setting pressure difference target value at start-up)
FIG. 9 shows a case where the pressure difference target value ΔPR at the time of starting the engine is set higher than that during other operations as in the control of the present embodiment, and in the case of a comparative example in which the pressure difference target value ΔPR is comparable to that during other operations. It is a figure which shows a simulation result.

図9を参照して、時刻0においてエンジンが始動されるが、このとき比較例では圧力差目標値ΔPRが上段のグラフにおける破線W11のように、実線W10と比べて低く設定されている。   Referring to FIG. 9, the engine is started at time 0. At this time, in the comparative example, the pressure difference target value ΔPR is set lower than the solid line W10 as indicated by the broken line W11 in the upper graph.

そして、エンジンが始動されると、バイパス弁開度について、本実施の形態の制御を適用した場合(中段の実線W16)に比べて比較例(中段の破線W17)のほうが、早く動き出している。これによって、混合ガスがバイパスされてスロットル弁への混合ガスの流入量が減少するために、スロットル弁前後の圧力差ΔPAの上昇が遅れる(上段の破線W13)。   When the engine is started, the comparative example (middle broken line W17) starts moving faster than the case where the control of the present embodiment is applied (middle solid line W16) with respect to the bypass valve opening. As a result, the mixed gas is bypassed and the amount of the mixed gas flowing into the throttle valve decreases, so that the increase in the pressure difference ΔPA before and after the throttle valve is delayed (upper broken line W13).

これに応答して、燃焼室へ供給する混合ガス量を増加させるためにスロットル弁開度量が増加されるが、スロットル弁開度が開度上限ULにまで達してしまい(中段の破線W15)、結果として、始動直後のガスエンジンの出力が低い状態で停滞してしまう(下段の破線W20)。   In response to this, the throttle valve opening amount is increased in order to increase the amount of mixed gas supplied to the combustion chamber, but the throttle valve opening amount reaches the opening upper limit UL (middle broken line W15), As a result, the gas engine immediately after start-up is stagnant in a low state (lower broken line W20).

これに対して、本実施の形態の制御を適用した場合には、始動時の圧力差目標値ΔPRが高く、エンジン始動直後のバイパス弁の開度が緩やかに増加するので(中段の実線W16)、圧力差ΔPAが迅速に立ち上がる(上段の実線W12)。そして、スロットル弁開度が上限に達することなく制御感度が相対的に高い範囲で動作する(中段の実線W14)。これによって、始動直後におけるエンジン出力の停滞が抑制される。   On the other hand, when the control according to the present embodiment is applied, the pressure difference target value ΔPR at the time of starting is high, and the opening degree of the bypass valve immediately after starting the engine gradually increases (solid solid line W16). The pressure difference ΔPA rises quickly (upper solid line W12). Then, the throttle valve opening does not reach the upper limit and operates within a relatively high control sensitivity (middle solid line W14). Thereby, the stagnation of the engine output immediately after the start is suppressed.

(負荷に応じた圧力差目標値設定の効果−1)
図10は、本実施の形態の制御のように負荷に応じて圧力差目標値ΔPRを変化させた場合、および圧力差目標値ΔPRを低負荷時に適合させたときの値に固定した比較例の場合のシミュレーション結果を示す図である。なお、差異を明確にするために、比較例における始動時の圧力差目標値ΔPRは、本実施の形態と同様に設定している。
(Effect of pressure difference target value setting according to load-1)
FIG. 10 shows a comparative example in which the pressure difference target value ΔPR is changed according to the load as in the control of the present embodiment, and the pressure difference target value ΔPR is fixed to a value when adapted at a low load. It is a figure which shows the simulation result in a case. In order to clarify the difference, the pressure difference target value ΔPR at the start in the comparative example is set in the same manner as in the present embodiment.

図10を参照して、エンジン始動後、エンジン出力が低い低負荷時においては、圧力差目標値ΔPRが適切に設定されているために、本実施の形態の制御と同様の挙動を示している。しかしながら、圧力差目標値ΔPRが低負荷時に適合されているため、負荷が増加するに連れて、圧力目標値ΔPRが最適な値よりも低くなってしまう(上段の破線W31)。これに応答して、スロットル弁への給入圧力を低下させるために、最適な状態に比べてバイパス弁開度が大きくなる(中段の破線W37)。   Referring to FIG. 10, after the engine is started, when the engine output is low and the load is low, the pressure difference target value ΔPR is appropriately set, and thus the same behavior as the control of the present embodiment is shown. . However, since the pressure difference target value ΔPR is adapted at the time of low load, the pressure target value ΔPR becomes lower than the optimum value as the load increases (upper broken line W31). In response to this, in order to reduce the supply pressure to the throttle valve, the bypass valve opening becomes larger than the optimum state (middle broken line W37).

そうすると、混合ガス量を増加させるためにスロットル弁開度が大きくなり、開度上限ULに到達する(中段の破線W35)。これによって、必要とされる混合ガス量が確保できなくなり、エンジン出力が低下する(下段の破線W40)。   Then, in order to increase the amount of gas mixture, the throttle valve opening increases and reaches the opening upper limit UL (middle broken line W35). As a result, the required amount of mixed gas cannot be secured, and the engine output is reduced (lower broken line W40).

これに対して、本実施の形態の制御を適用した場合には、高負荷時における圧力差目標値ΔPRが低負荷時に比べて高く設定されるので(上段の実線W30)、高負荷時のバイパス弁の開度が大きくなることが抑制される(中段の実線W36)。そして、スロットル弁開度が上限に達することなく制御感度が相対的に高い範囲で動作する(中段の実線W34)。これによって、高負荷時のエンジン出力の停滞が抑制される(下段の実線W39)。   On the other hand, when the control according to the present embodiment is applied, the pressure difference target value ΔPR at the time of high load is set higher than that at the time of low load (upper solid line W30). An increase in the opening of the valve is suppressed (middle solid line W36). Then, the throttle valve opening does not reach the upper limit and operates in a range where the control sensitivity is relatively high (middle solid line W34). Thereby, the stagnation of the engine output at the time of high load is suppressed (lower solid line W39).

(負荷に応じた圧力差目標値設定の効果−2)
図11は、本実施の形態の制御のように負荷に応じて圧力差目標値ΔPRを変化させた場合、および圧力差目標値ΔPRを高負荷時に適合させたときの値に固定した比較例の場合のシミュレーション結果を示す図である。
(Effect of pressure difference target value setting according to load -2)
FIG. 11 shows a comparative example in which the pressure difference target value ΔPR is changed according to the load as in the control of the present embodiment, and the pressure difference target value ΔPR is fixed to a value when adapted at high load. It is a figure which shows the simulation result in a case.

図11を参照して、この場合には、圧力差目標値ΔPRが高負荷時に適合されているので、低負荷時においては最適な目標値に比べて高い目標値に設定される(上段の破線W51)。そのため、高負荷の状態においては最適な制御がなされるが、エンジン始動直後の低負荷時においては、バイパス弁開度が小さく設定され(中段の破線W57)、実際の圧力差ΔPAが大きくなる(上段の破線W53)。そして、燃焼室への混合ガス量を低下させるためにスロットル弁開度が小さく設定される(中段の破線W55)。これによって、スロットル弁の動作範囲が制御感度の低い領域となってしまうため、エンジン出力が不安定になる(下段の破線W60)。   Referring to FIG. 11, in this case, the pressure difference target value ΔPR is adapted at the time of high load, so that the target value is set higher than the optimum target value at the time of low load (the upper broken line) W51). Therefore, optimal control is performed in a high load state, but at a low load immediately after the engine is started, the bypass valve opening is set small (middle broken line W57), and the actual pressure difference ΔPA increases ( Upper broken line W53). Then, the throttle valve opening is set to be small in order to reduce the amount of gas mixture into the combustion chamber (middle broken line W55). As a result, the operating range of the throttle valve becomes a region with low control sensitivity, so that the engine output becomes unstable (lower broken line W60).

これに対して、本実施の形態の制御を適用した場合には、低負荷時における圧力差目標値ΔPRが高負荷時に比べて低く設定されるので(上段の実線W50)、低負荷時のバイパス弁の開度が小さくなることが抑制され(中段の実線W56)、スロットル弁開度低下させられることなく制御感度が相対的に高い範囲で動作する(中段の実線W54)。これによって、高負荷時のエンジン出力の停滞が抑制される(下段の実線W59)。   In contrast, when the control of the present embodiment is applied, the pressure difference target value ΔPR at the time of low load is set lower than that at the time of high load (upper solid line W50). It is suppressed that the opening degree of the valve becomes small (middle solid line W56), and the control sensitivity is operated within a relatively high range without being lowered (open solid line W54). Thereby, the stagnation of the engine output at the time of high load is suppressed (lower solid line W59).

(フィードバックゲイン低減の効果)
図12は、本実施の形態の制御のようにフィードバックゲインを低下させた場合、およびフィードバックゲインを高く設定した比較例の場合のシミュレーション結果を示す図である。
(Effect of feedback gain reduction)
FIG. 12 is a diagram illustrating a simulation result in the case of reducing the feedback gain as in the control of the present embodiment and in the comparative example in which the feedback gain is set high.

図12を参照して、圧力差目標値ΔPRについては、比較例の場合も本実施の形態における制御の場合と同じであるが(上段のW70,W71)、比較例においてはフィードバックゲインが高く設定されているために、バイパス弁開度の変化が早く、過制御となってハンチング状態となる(中段の破線W77)。これによって、実際の圧力差ΔPAも振動的に変化する(上段の破線W73)。そうすると、この圧力差ΔPAの変動に応答してスロットル弁開度が変動し(中段の破線W75)、結果としてエンジン出力についても不安定な状態となる(下段の破線W80)。   Referring to FIG. 12, the pressure difference target value ΔPR is the same as that in the control in the present embodiment in the comparative example (upper W70, W71), but the feedback gain is set high in the comparative example. Therefore, the change of the opening degree of the bypass valve is quick, and it becomes over-controlled and enters the hunting state (middle broken line W77). As a result, the actual pressure difference ΔPA also changes in an oscillating manner (upper broken line W73). Then, in response to the change in the pressure difference ΔPA, the throttle valve opening changes (middle broken line W75), and as a result, the engine output also becomes unstable (lower broken line W80).

これに対して、本実施の形態の制御を適用した場合には、フィードバックゲインを小さく設定することによって、バイパス弁開度が過制御状態となることが防止されるので(中断の実線W76)、実際の圧力差およびスロットル弁開度の変動が抑制されて(上段の実線W72,中段の実線W74)、エンジン出力のハンチングが抑制される(下段の実線W80)。   On the other hand, when the control of the present embodiment is applied, setting the feedback gain to a small value prevents the bypass valve opening from being overcontrolled (interrupt solid line W76). Changes in the actual pressure difference and the throttle valve opening are suppressed (upper solid line W72, middle solid line W74), and engine output hunting is suppressed (lower solid line W80).

以上説明したように、混合ガスのバイパスラインを有する過給機付きの予混合式ガスエンジンシステムに、本実施の形態の制御を適用することによって、当該制御を適用しない場合と比較して、より安定したガスエンジンの運転を可能とすることができる。   As described above, by applying the control of the present embodiment to a premixed gas engine system with a supercharger having a mixed gas bypass line, compared to the case where the control is not applied, A stable gas engine can be operated.

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。   The embodiment disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.

100 ガスエンジンシステム、110 エンジン本体部、111 燃焼室、112 ピストン、120 エアフィルタ、130 燃料ガス量調整器、140 ミキサ、150 スロットル弁、160 バイパス弁、170 過給機、171 タービン、172 コンプレッサ、200 減算部、210,220,230 係数部、240 積分部、250 微分部、260 加算部、300 制御装置、310 制御部、320 空燃比制御部、321 空気過剰率設定部、322,332 記憶部、323,335 制御信号生成部、330 圧力制御部、331 目標圧力差設定部、333 圧力差演算部、334 開度設定部、340,350 圧力計。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 100 Gas engine system, 110 Engine main part, 111 Combustion chamber, 112 Piston, 120 Air filter, 130 Fuel gas quantity regulator, 140 Mixer, 150 Throttle valve, 160 Bypass valve, 170 Supercharger, 171 Turbine, 172 Compressor, 200 subtraction unit, 210, 220, 230 coefficient unit, 240 integration unit, 250 differentiation unit, 260 addition unit, 300 control device, 310 control unit, 320 air-fuel ratio control unit, 321 excess air ratio setting unit, 322, 332 storage unit , 323, 335 Control signal generation unit, 330 Pressure control unit, 331 Target pressure difference setting unit, 333 Pressure difference calculation unit, 334 Opening setting unit, 340, 350 Pressure gauge.

Claims (15)

燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンを制御するための制御装置であって、
前記ガスエンジンは、
前記混合ガスを燃焼するための燃焼室と、
前記燃焼室への給気経路に設けられ、前記燃焼室への前記混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、
前記燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、前記混合ガスを圧縮して前記スロットル弁へ供給するように構成された過給機と、
前記過給機の吐出経路と前記過給機への前記混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、前記スロットル弁へ供給される前記混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含み、
前記制御装置は、
前記スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するための圧力検出部と、
前記スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、前記ガスエンジンの負荷に応じて前記圧力差の目標値を可変に設定するとともに、前記圧力差が設定された目標値となるように前記バイパス弁の開度を調整する制御部とを備える、予混合式ガスエンジンの制御装置。
A control device for controlling a premixed gas engine to which a mixed gas obtained by mixing fuel gas and air is supplied,
The gas engine
A combustion chamber for burning the mixed gas;
A throttle valve provided in an air supply path to the combustion chamber, for adjusting a supply amount of the mixed gas to the combustion chamber;
A turbocharger that is driven using exhaust gas from the combustion chamber and is configured to compress and supply the mixed gas to the throttle valve;
A bypass valve disposed so as to connect the discharge path of the supercharger and the supply path of the mixed gas to the supercharger, and for bypassing a part of the mixed gas supplied to the throttle valve Including
The controller is
A pressure detector for detecting a pressure difference between a supply pressure and a discharge pressure of the throttle valve;
The target value of the pressure difference is variably set according to the load of the gas engine so that the opening degree of the throttle valve is maintained within a predetermined range, and the target in which the pressure difference is set And a control unit that adjusts the opening degree of the bypass valve so as to be a value.
前記制御部は、前記ガスエンジンの始動時に用いる前記圧力差の目標値を、前記ガスエンジンの運転中に用いる前記圧力差の目標値よりも高い値に設定する、請求項1に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。   2. The premix according to claim 1, wherein the control unit sets a target value of the pressure difference used when starting the gas engine to a value higher than a target value of the pressure difference used during operation of the gas engine. Type gas engine control device. 前記制御部は、前記ガスエンジンの始動時に用いる前記圧力差の目標値を、50〜70kPaの範囲で設定する、請求項2に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。   The said control part is a control apparatus of the premix type gas engine of Claim 2 which sets the target value of the said pressure difference used at the time of the start of the said gas engine in the range of 50-70 kPa. 前記制御部は、前記ガスエンジンの運転中に用いる前記圧力差の目標値を、前記ガスエンジンの負荷率が高い場合には、前記負荷率が低い場合の値以上に設定する、請求項1または2に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。   The said control part sets the target value of the said pressure difference used during the driving | operation of the said gas engine more than the value when the said load factor is low, when the load factor of the said gas engine is high, or. 2. The control device for the premixed gas engine according to 2. 前記制御部は、前記ガスエンジンの運転中に用いる前記圧力差の目標値を、10〜35kPaの範囲で設定する、請求項4に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。   The said control part is a control apparatus of the premix type gas engine of Claim 4 which sets the target value of the said pressure difference used during the driving | operation of the said gas engine in the range of 10-35 kPa. 前記スロットル弁の開度についての前記所定範囲は、前記スロットル弁の特性において、制御感度が相対的に高くなる範囲に設定される、請求項1に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。   The control device for a premixed gas engine according to claim 1, wherein the predetermined range for the opening of the throttle valve is set to a range in which control sensitivity is relatively high in the characteristics of the throttle valve. 前記スロットル弁の開度についての前記所定範囲は、前記スロットル弁を全開にした場合の開度の30〜60%に設定される、請求項6に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。   The control device for a premixed gas engine according to claim 6, wherein the predetermined range for the opening of the throttle valve is set to 30 to 60% of the opening when the throttle valve is fully opened. 前記スロットル弁の開度についての前記所定範囲は、前記スロットル弁を全開にした場合の開度の40〜45%に設定される、請求項7に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。   The control device for a premixed gas engine according to claim 7, wherein the predetermined range for the opening of the throttle valve is set to 40 to 45% of the opening when the throttle valve is fully opened. 前記制御部は、前記バイパス弁の開度をフィードバック制御により制御し、前記圧力差の目標値を可変に設定する場合は、前記圧力差の目標値を固定値とする場合に比べて、前記フィードバック制御に用いるゲインを小さく設定する、請求項1に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。   The control unit controls the opening degree of the bypass valve by feedback control, and when the target value of the pressure difference is variably set, the feedback is compared with the case where the target value of the pressure difference is a fixed value. The control device for a premixed gas engine according to claim 1, wherein a gain used for control is set to be small. 前記制御部は、PID制御により前記フィードバック制御を実行し、
前記制御部は、前記ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、前記比例ゲインを0.01〜0.1の範囲で設定する、請求項9に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
The control unit executes the feedback control by PID control,
10. The premixed gas engine according to claim 9, wherein the control unit uses a proportional gain, an integral gain, and a differential gain as the gain, and sets the proportional gain in a range of 0.01 to 0.1. Control device.
前記制御部は、PID制御により前記フィードバック制御を実行し、
前記制御部は、前記ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、前記積分ゲインを0.01〜0.1の範囲で設定する、請求項9または10に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
The control unit executes the feedback control by PID control,
The premixed gas according to claim 9 or 10, wherein the control unit uses a proportional gain, an integral gain, and a differential gain as the gain, and sets the integral gain in a range of 0.01 to 0.1. Engine control device.
前記制御部は、PID制御により前記フィードバック制御を実行し、
前記制御部は、前記ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、前記微分ゲインを1〜100の範囲で設定する、請求項9〜11のいずれか1項に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
The control unit executes the feedback control by PID control,
The premixing formula according to any one of claims 9 to 11, wherein the control unit uses a proportional gain, an integral gain, and a differential gain as the gain, and sets the differential gain in a range of 1 to 100. Gas engine control device.
前記制御部は、PID制御により前記フィードバック制御を実行し、
前記制御部は、前記ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、前記比例ゲインを0.05に設定し、前記積分ゲインを0.05に設定し、前記微分ゲインを98に設定する、請求項9に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
The control unit executes the feedback control by PID control,
The control unit uses a proportional gain, an integral gain, and a differential gain as the gain, sets the proportional gain to 0.05, sets the integral gain to 0.05, and sets the differential gain to 98. The control device for a premixed gas engine according to claim 9.
燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンの制御方法であって、
前記ガスエンジンは、
前記混合ガスを燃焼するための燃焼室と、
前記燃焼室への給気経路に設けられ、前記燃焼室への前記混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、
前記燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、前記混合ガスを圧縮して前記スロットル弁へ供給するように構成された過給機と、
前記過給機の吐出経路と前記過給機への前記混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、前記スロットル弁へ供給される前記混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含み、
前記制御方法は、
前記スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するステップと、
前記スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、前記ガスエンジンの負荷に応じて前記圧力差の目標値を可変に設定するステップと、
前記圧力差が設定された目標値となるように前記バイパス弁の開度を調整するステップとを備える、予混合式ガスエンジンの制御方法。
A control method of a premixed gas engine to which a mixed gas obtained by mixing fuel gas and air is supplied,
The gas engine
A combustion chamber for burning the mixed gas;
A throttle valve provided in an air supply path to the combustion chamber, for adjusting a supply amount of the mixed gas to the combustion chamber;
A turbocharger that is driven using exhaust gas from the combustion chamber and is configured to compress and supply the mixed gas to the throttle valve;
A bypass valve disposed so as to connect the discharge path of the supercharger and the supply path of the mixed gas to the supercharger, and for bypassing a part of the mixed gas supplied to the throttle valve Including
The control method is:
Detecting a pressure difference between an air supply pressure and a discharge pressure of the throttle valve;
Setting the target value of the pressure difference variably according to the load of the gas engine, so that the opening of the throttle valve is maintained within a predetermined range,
And a step of adjusting the opening of the bypass valve so that the pressure difference becomes a set target value.
燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンと、
前記ガスエンジンを制御するための制御装置とを備え、
前記ガスエンジンは、
前記混合ガスを燃焼するための燃焼室と、
前記燃焼室への給気経路に設けられ、前記燃焼室への前記混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、
前記燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、前記混合ガスを圧縮して前記スロットル弁へ供給するように構成された過給機と、
前記過給機の吐出経路と前記過給機への前記混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、前記スロットル弁へ供給される前記混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含み、
前記制御装置は、
前記スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するための圧力検出部と、
前記スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、前記ガスエンジンの負荷に応じて前記圧力差の目標値を可変に設定するとともに、前記圧力差が設定された目標値となるように前記バイパス弁の開度を調整する制御部とを含む、予混合式ガスエンジンシステム。
A premixed gas engine to which a mixed gas in which fuel gas and air are mixed is supplied;
A control device for controlling the gas engine,
The gas engine
A combustion chamber for burning the mixed gas;
A throttle valve provided in an air supply path to the combustion chamber, for adjusting a supply amount of the mixed gas to the combustion chamber;
A turbocharger that is driven using exhaust gas from the combustion chamber and is configured to compress and supply the mixed gas to the throttle valve;
A bypass valve disposed so as to connect the discharge path of the supercharger and the supply path of the mixed gas to the supercharger, and for bypassing a part of the mixed gas supplied to the throttle valve Including
The controller is
A pressure detector for detecting a pressure difference between a supply pressure and a discharge pressure of the throttle valve;
The target value of the pressure difference is variably set according to the load of the gas engine so that the opening degree of the throttle valve is maintained within a predetermined range, and the target in which the pressure difference is set And a control unit that adjusts the opening of the bypass valve so as to be a value.
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