JP2017101615A - 内燃機関の制御方法、及び内燃機関 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】内燃機関の制御方法は、過給機からの空気が過給気通路を介して給気される内燃機関本体への負荷投入に先立ち、前記過給機のコンプレッサーインペラへの第1燃焼アシストエアの供給を開始し、前記供給を開始した後にさらに前記過給気通路への第2燃焼アシストエアの供給を開始し、次いで前記内燃機関本体への前記負荷投入を実行する過程を含む。
【選択図】図1
Description
なお、本発明においては、前記過給気通路を最も広義に解するものとし、吸気管、吸気集合管、吸気ヘッダー、吸気マニホルド、吸気室、吸気筒、吸気部、給気ダクト等を含む概念として取り扱う。
本実施形態は、内燃機関の一例として、ディーゼル発電装置を例示する。例示するディーゼル発電装置は、負荷を駆動する内燃機関本体として、過給機付きレシプロ式ディーゼル機関(以下、エンジンという。)を含む。このようなディーゼル発電装置は、例えば非常用発電機関であってもよい。
図1から図4を参照して実施形態の制御方法が適用されるディーゼル発電装置の構成を説明する。
図5から図11を参照して実施形態の制御方法について説明する。
第2燃焼アシストエアA2の供給を開始するタイミングについて説明する。本実施形態のディーゼル発電装置1は、過給機8への第1燃焼アシストエアA1の供給を負荷の投入に対して先行して供給し、第1燃焼アシストエアA1の供給を開始してから一定時間(待機時間WT)経過後に第2燃焼アシストエアA2を供給する。ディーゼル発電装置1は、第2燃焼アシストエアA2を供給するタイミングを、例えば下記のように定められ待機時間WTに基づいて決定する。
負荷を投入するタイミングについて説明する。負荷を投入するタイミングは、負荷の投入後にエンジン110の状態が変化することを見込んで決定する。例えば、エンジン110に負荷を投入すると、許容範囲の機関回転速度Nが一時的に低下する。これに応じて、ガバナー52は、機関回転速度Nの低下を補うように燃料の供給量を増やすため、エンジン110の出力が上昇するとともに排気量も増加する。これに伴って過給機回転速度T/Cも上昇する。そのため、過給機回転速度T/Cが許容最大回転速度に近づいてから負荷を投入すると、過給機回転速度T/Cがその許容最大回転速度を超える場合がある。
第1燃焼アシストエアA1と第2燃焼アシストエアA2の供給を終了するタイミングは、例えば、空気の消費を抑える目的で、負荷投入後に機関回転速度Nが機関定格回転速度NRを基準にして定めた範囲(定格回転速度範囲)に復帰する時点にする。機関回転速度Nが機関定格回転速度NRに復帰した場合、ガバナー52による燃料増指令が解除される。これに同期して、燃焼アシストエアの供給を終了することにより、燃料の噴射量の減少に同期して、燃焼用空気量を減少させることができる。
図3に示すように、第1燃焼アシストエアA1を供給するアシストノズル47の位置として、コンプレッサ44(コンプレッサーインペラ)を例示した。第1燃焼アシストエアA1を供給する位置は、上記とは異なる位置を選択してもよい。例えば、アシストノズル47を、図3に例示する位置に代えて、吸気入口管46におけるコンプレッサ44の上流側に設けてもよい。この場合、上記同様に第1燃焼アシストエアA1により過給機回転速度の上昇を図るとともに、第1燃焼アシストエアA1を燃焼用空気として利用できる。また、例えば、アシストノズル47を、図3に例示する位置に代えて、排気ガス出口管45におけるタービン43の上流側に設けてもよい。この場合、上記同様に第1燃焼アシストエアA1により過給機回転速度の上昇を図ることができるが、上記と異なり第1燃焼アシストエアA1を燃焼用空気として利用することができない。このように、第1燃焼アシストエアA1をコンプレッサ44に供給する方が、燃焼用空気として有効に利用できる点で好適である。
ディーゼル発電装置1は、過給機8からの空気が供給される過給気通路11に第2燃焼アシストエアA2を供給する。過給気通路11には、例えば、吸気管37、図示されない吸気集合管、吸気ヘッダー、吸気マニホルド、吸気室、吸気筒、吸気部、給気ダクト等が含まれる。図3に示すように吸気入口管46に給気冷却器19が設けられた場合には、第2燃焼アシストエアA2を供給するアシストノズル49の位置を給気冷却器19の下流側の過給気通路11、例えば図3に示す給気冷却器19の下流、かつ、吸気管37の上流の過給気通路11にするとよい。なお、給気冷却器19の上流側の吸気入口管46にアシストノズル49を設けた場合、給気冷却器19による圧力損失が生じるが、給気冷却器19の下流側の過給気通路11にアシストノズル49を設けた場合、給気冷却器19による圧力損失の影響を受けることがない。上記のとおり、ディーゼル発電装置1は、図3に示すようにアシストノズル49を過給気通路11に設けることにより、第2燃焼アシストエアをシリンダ30に供給することが可能になるとともに、吸気入口管46における逆流を防ぐ。
図7から図11を参照して、ディーゼル発電装置1の動作を説明する。
上記に比較例1と比較例2の結果を例示したが、実施形態のディーゼル発電装置1は、比較例に対して、負荷投入による負荷変動の影響を十分に低減していることが分かる。
速度変動率は、負荷投入前の周波数faと、負荷投入による瞬時最低周波数fbと、定格周波数fcとに基づいて、式(1)により算出する。
例えば、エンジン110を停止状態から機関定格回転速度NRで稼働する無負荷運転状態にする起動方法は、図5に示す手順以外に種々あり、過給機回転速度T/Cの微小単位時間当たりの増加分が所定値以下になったタイミングで、エンジン110を始動させるようにしてもよい。微小単位時間は、例えば、250ms(ミリ秒)から500ms程度であるとよい。上記の増加分を判定する基準値として所定値を、零に近い値にする。すなわち、過給機回転速度T/Cが増加しなくなった場合に、燃料の噴射を開始してエンジン110を始動させるようにしてもよい。
第1の実施形態の変形例について説明する。第1の実施形態では、無負荷運転状態のエンジン110に、図示しない遮断機130の操作により、比較的容量の大きな負荷を投入する場合を例示して説明したが、エンジン110と負荷を接続している発電機120との間に、エンジン110の出力を遮断するクラッチを設け、負荷の投入を遮断器などによる電気的な操作に代えて、機械的なクラッチの操作により実施するようにしてもよい。この場合も、前述の第1の実施形態と同様の効果を得ることができる。
本実施形態は、内燃機関の一例として、ポンプ駆動機関を例示する。例示するポンプ駆動機関は、負荷を駆動する過給機付きレシプロ式ディーゼル機関(以下、エンジンという。)を含む。ポンプ駆動機関には、運転停止状態から始動することにより負荷がかかるものがある。以下、第1の実施形態との相違点を中心に説明する。
図14と図15を参照して実施形態のポンプ駆動装置の制御方法について説明する。
Claims (16)
- 過給機からの空気が過給気通路を介して給気される内燃機関本体への負荷投入に先立ち、前記過給機のコンプレッサーインペラへの第1燃焼アシストエアの供給を開始し、前記供給を開始した後にさらに前記過給気通路への第2燃焼アシストエアの供給を開始し、次いで前記内燃機関本体への前記負荷投入を実行する
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。 - 前記過給機への前記第1燃焼アシストエアの供給を開始してから前記内燃機関本体への前記負荷投入を実行するまでの間に、
前記過給機の最大到達回転速度に対して定めた第1範囲に前記過給機の回転速度が達したと判定した場合に前記過給気通路への前記第2燃焼アシストエアの供給を開始し、
前記内燃機関本体の機関定格出力時の過給機回転速度に対して定めた第2範囲に前記過給機の回転速度が達したと判定した場合に前記内燃機関本体への前記負荷投入を実行する
ことを特徴とする請求項1記載の内燃機関の制御方法。 - 前記過給機への前記第1燃焼アシストエアの供給を開始する段階で、前記内燃機関本体が無負荷運転状態にある
ことを特徴とする請求項1又は請求項2記載の内燃機関の制御方法。 - 過給機からの空気が過給気通路を介して給気され、運転停止状態から始動することにより負荷がかかる内燃機関本体を含む内燃機関の制御方法であって、
機関始動指令の取得により、前記過給機による過給停止状態から前記過給機のコンプレッサーインペラへの第1燃焼アシストエアの供給を行い、前記供給を開始した後、前記内燃機関本体の始動と、前記過給気通路への前記内燃機関本体の給気圧を高める第2燃焼アシストエアの供給とを開始する
ことを特徴とする内燃機関の制御方法。 - 前記過給気通路へ供給する前記第2燃焼アシストエアの供給圧力を、前記内燃機関本体の回転速度に対応する圧力に調整する
ことを特徴とする請求項4に記載の内燃機関の制御方法。 - 前記過給気通路に前記過給機からの空気を冷却する給気冷却器が設けられ、前記給気冷却器の下流の過給気通路に前記第2燃焼アシストエアを供給する
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の内燃機関の制御方法。 - 前記内燃機関本体の回転速度が定格回転速度範囲になった場合に、前記第1燃焼アシストエアの供給と、前記第2燃焼アシストエアの供給とを停止させる
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の内燃機関の制御方法。 - 前記過給機へ供給する前記第1燃焼アシストエアを貯留する空気貯留槽と、前記過給気通路へ供給する前記第2燃焼アシストエアを貯留する空気貯留槽とを共用し、前記過給機への前記第1燃焼アシストエアの供給の開始に応じて、前記空気貯留槽への空気の供給を開始する
ことを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の内燃機関の制御方法。 - 過給機からの空気が過給気通路を介して給気される内燃機関本体と、
過給機への第1燃焼アシストエアを供給する第1燃焼アシストエア供給手段と、
前記過給気通路へ第2燃焼アシストエアを供給する第2燃焼アシストエア供給手段と、
前記内燃機関本体への負荷投入に先立ち、前記過給機への前記第1燃焼アシストエアの供給を開始させる第1開始信号を発し、前記第1開始信号を発した後にさらに前記過給気通路への第2燃焼アシストエアの供給を開始させる第2開始信号を発し、次いで前記内燃機関本体への負荷投入を実行する制御信号を発する制御手段と、
を備えることを特徴とする内燃機関。 - 前記過給機の回転速度を測定する過給機回転速度測定手段
を備え、
前記制御手段は、
前記過給機への前記第1燃焼アシストエアの供給を開始してから前記内燃機関本体への前記負荷投入を実行するまでの間に、前記過給機の最大到達回転速度に対して定めた第1範囲に前記過給機の回転速度が達したと判定した場合に前記第2開始信号を発し、前記内燃機関本体の機関定格出力時の過給機回転速度に対して定めた第2範囲に前記過給機の回転速度が達したと判定した場合に、前記負荷投入を実行する制御信号を発する
ことを特徴とする請求項9記載の内燃機関。 - 前記制御手段は、
前記内燃機関本体が無負荷運転状態にある状態で前記過給機への前記第1燃焼アシストエアの供給を開始する
ことを特徴とする請求項9又は請求項10記載の内燃機関。 - 過給機により給気され、運転停止状態から始動することにより負荷がかかる内燃機関本体と、
過給機への第1燃焼アシストエアを供給する第1燃焼アシストエア供給手段と、
前記過給機から前記内燃機関本体に前記過給機からの空気を供給する過給気通路へ第2燃焼アシストエアを供給する第2燃焼アシストエア供給手段と、
機関始動指令の取得により、前記過給機への前記第1燃焼アシストエアの供給を開始させる第1開始信号を発し、前記第1開始信号を発した後に、前記内燃機関本体を始動させる機関始動信号と、前記過給気通路への第2燃焼アシストエアの供給を開始させる第2開始信号とを発する制御手段と
を備えることを特徴とする内燃機関。 - 前記制御手段は、
前記過給気通路へ供給する前記第2燃焼アシストエアの供給圧力を前記内燃機関本体の回転速度に対応する圧力に調整する
ことを特徴とする請求項12に記載の内燃機関。 - 前記第2燃焼アシストエア供給手段は、
前記過給気通路に前記過給機からの空気を冷却する給気冷却器が設けられ、前記給気冷却器の下流の過給気通路に前記第2燃焼アシストエアを供給する
ことを特徴とする請求項9から請求項13のいずれか1項に記載の内燃機関。 - 前記制御手段は、
前記内燃機関本体の回転速度が定格回転速度範囲になった場合に、前記第1燃焼アシストエアの供給の停止信号と、前記第2燃焼アシストエアの供給の停止信号とを発する
ことを特徴とする請求項9から請求項14のいずれか1項に記載の内燃機関。 - 前記第1燃焼アシストエア供給手段と前記第2燃焼アシストエア供給手段とは、空気貯留槽を共用し、
前記制御手段は、
前記第1燃焼アシストエア供給手段による前記第1燃焼アシストエアの供給の開始に応じて、前記空気貯留槽への空気の供給を開始させる制御信号を発する
ことを特徴とする請求項9から請求項15のいずれか1項に記載の内燃機関。
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