JP2019100311A - Gas engine system - Google Patents

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JP2017235158A
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烈 小笠原
Retsu Ogasawara
烈 小笠原
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アイシン精機株式会社
Aisin Seiki Co Ltd
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Abstract

To provide a gas engine system capable of estimating a heating value of fuel gas without assembling components into a fuel passage.SOLUTION: A gas engine system 1 comprises an engine controller 40 for controlling an opening degree A of a fuel valve 251 and an opening degree B of a throttle valve 261. The engine controller 40 is configured to be able to execute heating value estimation processing of estimating a heating value of fuel gas contained in air-fuel mixture supplied to a combustion chamber 111 on the basis of suction negative pressure PA in a suction pipe 24 when an operational state of a gas engine 10 is a reference operational state that a rotation speed of the gas engine and a load applied to the gas engine are predetermined reference values.SELECTED DRAWING: Figure 2

Description

本発明は、ガスエンジンシステムに関する。   The present invention relates to gas engine systems.
日本国内で用いられている都市ガスは、単位体積あたりの発熱量に応じて、13A,12A,6A,5C,L1(6B,6C,7C),L2(5A,5B,5AN),L3(4A,4B,4C)といった7グループ(13種類)に分類される。現在では、13A,12Aに分類される都市ガスが主に用いられる。13Aに分類される都市ガス(以下、13Aガスという場合もある)の単位体積当たりの発熱量(基準発熱量)は、45MJ/mである。しかし、実際にガス機器に供給される13Aガスの発熱量にはバラツキがあり、45MJ/mを中心として一定の範囲で発熱量が変動する。 The city gas used in Japan is 13A, 12A, 6A, 5C, L1 (6B, 6C, 7C), L2 (5A, 5B, 5AN), L3 (4A) according to the calorific value per unit volume. , 4B, 4C) are classified into seven groups (13 types). At present, city gas classified into 13A and 12A is mainly used. The calorific value (reference calorific value) per unit volume of city gas (hereinafter sometimes referred to as 13A gas) classified into 13A is 45 MJ / m 3 . However, the calorific value of the 13A gas actually supplied to the gas apparatus varies, and the calorific value fluctuates in a certain range centering on 45 MJ / m 3 .
また、ガスヒートポンプ(GHP)等に備えられるガスエンジンは、ガスを燃料として駆動する。従って、ガスエンジンの燃料ガスとして、13Aガス等に代表される都市ガスが用いられる場合もある。ここで、例えば13Aガスが燃料ガスとして供給されるガスエンジンは、13Aガスの発熱量が基準発熱量(45MJ/m)であることを前提として設計されるので、供給される13Aガスの発熱量が上記したバラツキにより基準発熱量とは異なる場合、ガスエンジンの能力が十分に発揮されないことが懸念される。 Moreover, the gas engine with which a gas heat pump (GHP) etc. are equipped drives gas as a fuel. Therefore, city gas represented by 13A gas etc. may be used as fuel gas of a gas engine. Here, for example, a gas engine in which 13A gas is supplied as fuel gas is designed on the premise that the calorific value of 13A gas is the reference calorific value (45 MJ / m 3 ), so the calorific value of 13A gas supplied is If the amount is different from the reference calorific value due to the above-mentioned variation, there is a concern that the ability of the gas engine may not be fully exerted.
例えば、所定の負荷Lがかかっているガスエンジンの燃焼室に供給される混合気(燃料ガス+空気)の流量は、供給される燃料ガスの発熱量が基準発熱量であることを前提として設定される。従って、燃料ガスの発熱量が基準発熱量とは異なる場合には、所定の負荷Lに対して設定される混合気流量は、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される混合気流量とは異なる。発熱量によって混合気流量が異なる場合、様々な問題が発生する虞がある。例えば、供給される燃料ガスの発熱量が基準発熱量よりも小さい場合、負荷Lに見合う出力を得るために、混合気流量が増加される。この場合、ガスエンジンに接続される吸気管に介装されるスロットル弁の開度が増加される。スロットル弁の開度の増加によってスロットル弁の開度が上限開度に近い開度にされた場合、負荷Lの増加によりさらにスロットル弁の開度を増加しようとしても、上限開度以上に開度を増加させることができない。そのため、負荷Lに応じたガスエンジンの出力を得ることができない場合が生じ得る。つまり、供給される燃料ガスの発熱量が変動すると、その変動に起因して混合気流量が変動することによる不具合が発生する虞がある。   For example, the flow rate of the mixture (fuel gas + air) supplied to the combustion chamber of the gas engine to which a predetermined load L is applied is set on the premise that the calorific value of the supplied fuel gas is a standard calorific value. Be done. Therefore, when the calorific value of the fuel gas is different from the reference calorific value, the mixed airflow amount set for the predetermined load L is the mixture set when the calorific value of the fuel gas is the standard calorific value It is different from air flow. When the amount of mixed air flow differs depending on the amount of heat generation, various problems may occur. For example, when the calorific value of the supplied fuel gas is smaller than the standard calorific value, the mixed air flow rate is increased to obtain an output corresponding to the load L. In this case, the opening degree of the throttle valve interposed in the intake pipe connected to the gas engine is increased. When the opening degree of the throttle valve is made close to the upper limit opening degree by the increase of the opening degree of the throttle valve, the opening degree is larger than the upper limit opening degree even if the opening degree of the throttle valve is further increased by the load L increase. Can not increase. Therefore, the case where the output of the gas engine according to the load L can not be obtained may occur. That is, when the calorific value of the supplied fuel gas fluctuates, there is a possibility that a problem may occur due to the fluctuation of the mixed air flow amount due to the fluctuation.
このように、供給される燃料ガスの発熱量が基準発熱量とは異なる場合には、ガスエンジンの能力が十分に発揮されない虞がある。そして、そのような状況に対処するために、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を推定する必要がある。従来においては、燃料ガスの発熱量を推定するために、様々な手法が用いられている。   As described above, when the calorific value of the supplied fuel gas is different from the reference calorific value, there is a possibility that the capacity of the gas engine may not be sufficiently exhibited. And in order to cope with such a situation, it is necessary to estimate the calorific value of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber. Conventionally, various methods have been used to estimate the calorific value of fuel gas.
特許文献1によれば、タンク内に蓄えられた燃料ガスを一時的に放出して燃焼室への燃料ガスの供給量を一時的に増加させ、そのときのエンジンの出力の上昇状態に基づいて燃料ガスの発熱量が推定される。   According to Patent Document 1, the fuel gas stored in the tank is temporarily released to temporarily increase the amount of fuel gas supplied to the combustion chamber, and based on the increase in the output of the engine at that time. The calorific value of the fuel gas is estimated.
特開2013−127232号公報JP, 2013-127232, A
(発明が解決しようとする課題)
特許文献1によれば、燃料ガスの発熱量を推定するために、燃料ガスが流通する燃料経路にタンク及びバルブが組み込まれる。燃料経路に組み込まれる部品には、高い信頼性、厳しい寸法管理、スペックに関する厳しい基準を満足する必要がある。そのためこれらを満足する部品のコストが高く、それ故に、システム全体の製造コストが増加する。また、特許文献1によれば、燃料ガスの発熱量を推定するために燃料ガス流量を一時的に増加させるが、それに起因して、エンジン回転数の急激な変動、過剰回転の発生、燃料ガス増加によるノッキングの発生、等の好ましくない現象が生じる虞があり、これらの現象の発生により、エンジン本体或いはエンジン駆動部品を損壊する虞がある。
(Problems to be solved by the invention)
According to Patent Document 1, in order to estimate the calorific value of the fuel gas, a tank and a valve are incorporated in a fuel passage through which the fuel gas flows. Parts incorporated into the fuel path must meet high standards for reliability, tight dimensional control, and specifications. Therefore, the cost of parts satisfying these requirements is high, and hence the manufacturing cost of the entire system is increased. Further, according to Patent Document 1, the fuel gas flow rate is temporarily increased to estimate the calorific value of the fuel gas, but due to that, the rapid fluctuation of the engine speed, the occurrence of excessive rotation, the fuel gas Unwanted phenomena such as the occurrence of knocking due to the increase may occur, and the occurrence of these phenomena may damage the engine body or engine driving parts.
本発明は、燃料経路に部品を組み込むことなく、燃料ガスの発熱量を推定することができるガスエンジンシステムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a gas engine system capable of estimating the calorific value of fuel gas without incorporating parts into the fuel path.
(課題を解決するための手段)
本発明に係るガスエンジンシステム(1)は、燃料ガスと空気との混合気が供給される燃焼室(111)が内部に形成され、燃焼室内の混合気が点火されることにより駆動力を発生するガスエンジン(10)と、燃料ガスが流通する燃料配管(21)と、燃料配管を流通する燃料ガスと空気との混合気が流通するとともに、流通する混合気を燃焼室に供給するための吸気配管(24)と、燃料配管に設けられ、燃料配管を流通する燃料ガスの流量を調整することができるように構成された燃料弁(251)と、吸気配管に設けられ、燃焼室に供給される混合気の流量を調整することができるように構成されたスロットル弁(262)と、燃料弁の開度及びスロットル弁の開度を制御する制御装置(40)と、を備える。そして、制御装置は、ガスエンジンの運転状態が、ガスエンジンの回転数及びガスエンジンにかかる負荷が所定の基準値である基準運転状態であるときに、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を、吸気配管内の吸気負圧、前記スロットル弁の開度、前記吸気配管を流れる混合気の流量、のいずれかに基づいて推定する発熱量推定処理を実行し得るように構成される。
(Means to solve the problem)
In the gas engine system (1) according to the present invention, the combustion chamber (111) to which the mixture of fuel gas and air is supplied is formed inside, and the mixture in the combustion chamber is ignited to generate the driving force. And a fuel pipe (21) through which the fuel gas flows, and a mixture of fuel gas and air flowing through the fuel pipe, for supplying the circulating mixture to the combustion chamber. A fuel valve (251) provided in the intake pipe (24) and the fuel pipe and configured to adjust the flow rate of the fuel gas flowing through the fuel pipe, and provided in the intake pipe and supplied to the combustion chamber And a controller (40) for controlling the opening degree of the fuel valve and the opening degree of the throttle valve. The control device includes the mixture supplied to the combustion chamber when the operating state of the gas engine is a reference operating state where the number of revolutions of the gas engine and the load applied to the gas engine are predetermined reference values. A calorific value estimation process may be performed to estimate the calorific value of fuel gas based on any of the intake negative pressure in the intake pipe, the opening degree of the throttle valve, and the flow rate of the mixture flowing through the intake pipe. Configured
ガスエンジンの運転状態が基準運転状態(エンジン回転数及びガスエンジンにかかる負荷が所定の基準値である運転状態)であるときには、燃焼室に供給される混合気の流量は、その混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量であることを前提として、基準混合気流量として一義的に定めることができる。また、このときにおけるスロットル弁の開度及び吸気配管内の吸気負圧も、それぞれ基準スロットル弁開度及び基準吸気負圧として一義的に定めることができる。しかしながら、ガスエンジンの運転状態が基準運転状態であっても、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量でない場合、燃焼室に供給される混合気の流量は基準混合気流量とは異なり、且つ、スロットル弁の開度及び吸気負圧も基準スロットル弁開度及び基準吸気負圧とは異なる。例えば、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量未満の場合、燃焼室内での混合気の燃焼により得られるエネルギーは、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に得られるエネルギーよりも小さい。従って、基準運転状態時にそのような発熱量の小さい燃料ガスが燃焼室に供給される場合、混合気の流量が基準混合気流量であると、エネルギー不足によりエンジン回転数が低下する。この場合、基準運転状態を維持するため、すなわちエンジン回転数の低下を抑制してエンジン回転数を基準値に維持するために、スロットル弁の開度が増加される。スロットル弁の開度の増加により吸気配管内の混合気流量が増加するとともに、吸気配管内の吸気負圧が上昇する(負方向に低下する)。また、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量よりも大きい場合、燃焼室内での混合気の燃焼により得られるエネルギーは、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に得られるエネルギーよりも大きい。従って、基準運転状態時にそのような発熱量の大きい燃料ガスが燃焼室に供給される場合、混合気の流量が基準混合気流量であると、過剰なエネルギーによりエンジン回転数が上昇する。この場合、基準運転状態を維持するため、すなわちエンジン回転数の上昇を抑制してエンジン回転数を基準値に維持するために、スロットル弁の開度が減少される。スロットル弁の開度の減少により吸気配管内の混合気流量が減少するとともに、吸気配管内の吸気負圧が低下する(負方向に上昇する)。   When the operating condition of the gas engine is the reference operating condition (the operating condition at which the engine speed and the load applied to the gas engine are predetermined reference values), the flow rate of the mixture supplied to the combustion chamber includes the mixture Based on the premise that the calorific value of the fuel gas to be obtained is the standard calorific value, it can be uniquely determined as the standard mixed airflow. Further, the opening degree of the throttle valve and the intake negative pressure in the intake pipe at this time can be uniquely determined as the reference throttle valve opening degree and the reference intake negative pressure, respectively. However, even if the operating condition of the gas engine is the reference operating condition, if the calorific value of the fuel gas contained in the mixture supplied to the combustion chamber is not the standard calorific value, the flow rate of the mixture supplied to the combustion chamber is Unlike the reference mixed air flow rate, the opening degree of the throttle valve and the intake negative pressure are also different from the reference throttle valve opening degree and the reference intake negative pressure. For example, when the calorific value of the fuel gas contained in the mixture supplied to the combustion chamber is less than the standard calorific value, the energy obtained by the combustion of the mixture in the combustion chamber is the calorific value of the fuel gas being the standard calorific value. It is smaller than the energy obtained in some cases. Therefore, when the fuel gas with such a small calorific value is supplied to the combustion chamber at the time of the standard operation state, the engine speed decreases due to the lack of energy if the flow rate of the mixture is the reference mixed air flow rate. In this case, the opening degree of the throttle valve is increased in order to maintain the reference operating state, that is, to suppress the decrease in the engine speed and maintain the engine speed at the reference value. An increase in the degree of opening of the throttle valve increases the mixed air flow amount in the intake pipe, and the intake negative pressure in the intake pipe increases (decreases in the negative direction). Further, when the calorific value of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber is larger than the standard calorific value, the energy obtained by the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber is the calorific value of the fuel gas Is greater than the energy obtained if Therefore, when a fuel gas with such a large calorific value is supplied to the combustion chamber at the time of the reference operation state, the engine speed is increased by the excess energy if the flow rate of the mixture is the reference mixture flow rate. In this case, the degree of opening of the throttle valve is reduced in order to maintain the reference operating state, that is, to suppress the increase in the engine speed and maintain the engine speed at the reference value. The reduction of the opening degree of the throttle valve reduces the mixed air flow amount in the intake pipe, and the intake negative pressure in the intake pipe decreases (increases in the negative direction).
つまり、ガスエンジンのエンジン回転数及び負荷が同一である条件下において(すなわち基準運転状態であるという条件下において)、吸気配管内の吸気負圧、スロットル弁の開度、混合気流量は、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量により変化する。このことを利用して、本発明では、基準運転状態であるときに制御装置が発熱量推定処理を実行して、吸気配管内の吸気負圧、スロットル弁の開度、吸気配管を流れる混合気流量、のいずれかに基づいて、燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量が推定される。吸気配管内の吸気負圧は、例えば吸気配管に圧力センサ(吸気圧センサ)を取り付けることによって検出することができる。スロットル弁の開度は、スロットル弁を駆動させるための駆動部品(例えばスロットル弁モータ)に取り付けられたスロットル弁開度センサにより検出することができる。混合気流量はスロットル弁開度から求めることができる。よって、本発明によれば、燃料経路(燃料配管)に燃料ガスの発熱量を推定するための専用の部品を組み込むことなく、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を推定することができる。   That is, under the condition that the engine speed and load of the gas engine are the same (that is, under the condition of being in the reference operation state), the intake negative pressure in the intake pipe, the opening degree of the throttle valve, and the mixed air flow amount It changes with the calorific value of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the chamber. By utilizing this, in the present invention, the control device executes the heat generation amount estimation processing in the reference operation state, and the intake negative pressure in the intake pipe, the opening degree of the throttle valve, and the mixture flowing through the intake pipe. The calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber is estimated based on either the flow rate. The intake negative pressure in the intake pipe can be detected, for example, by attaching a pressure sensor (intake pressure sensor) to the intake pipe. The opening degree of the throttle valve can be detected by a throttle valve opening degree sensor attached to a drive component (for example, a throttle valve motor) for driving the throttle valve. The mixed air flow rate can be obtained from the throttle valve opening degree. Therefore, according to the present invention, the calorific value of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber can be calculated without incorporating a dedicated part for estimating the calorific value of the fuel gas in the fuel path (fuel piping). It can be estimated.
発熱量推定処理は、吸気配管内の吸気負圧(PA)を取得する吸気負圧取得処理(S107)と、吸気負圧取得処理にて取得した吸気負圧に基づいて、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量の推定値である推定発熱量(E)を演算する推定発熱量演算処理(S108)とを含むのがよい。これによれば、吸気配管内の吸気負圧に基づいて、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を推定することができる。この場合、推定発熱量演算処理は、ガスエンジンの運転状態が基準運転状態である場合における、吸気負圧と燃料ガスの発熱量との相関関係を利用して、推定発熱量を演算する処理であるのがよい。さらに、上記相関関係は、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの流量(Qgas)と空気の流量(Qair)との比(流量比C=Qgas:Qair)により変化する。従って、推定発熱量演算処理は、流量比Cに応じて定められる吸気負圧と燃料ガスの発熱量との相関関係に基づいて、推定発熱量を演算する処理であるのがよい。   The heat generation amount estimation process is supplied to the combustion chamber based on the intake negative pressure acquisition process (S107) for acquiring the intake negative pressure (PA) in the intake pipe and the intake negative pressure acquired in the intake negative pressure acquisition process. It is preferable to include an estimated heating value calculation process (S108) for calculating an estimated heating value (E) which is an estimated value of the heating value of the fuel gas contained in the mixture gas. According to this, the calorific value of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber can be estimated based on the intake negative pressure in the intake pipe. In this case, the estimated heat generation amount calculation process is a process of calculating the estimated heat generation amount using the correlation between the intake negative pressure and the heat generation amount of the fuel gas when the operation state of the gas engine is the reference operation state. Good to have. Furthermore, the above correlation changes with the ratio of the flow rate (Qgas) of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber to the flow rate (Qair) of the air (flow rate ratio C = Qgas: Qair). Therefore, the estimated heat value calculation process may be a process of calculating the estimated heat value based on the correlation between the intake negative pressure determined according to the flow ratio C and the heat value of the fuel gas.
上記において、基準発熱量は、ガスエンジンに用いる燃料ガスを定義するために用いられる発熱量であると良い。例えば、ガスエンジンに用いる燃料ガスが13Aガスである場合、基準発熱量は45MJ/m程度であるのがよく、ガスエンジンに用いる燃料ガスが12Aガスである場合、基準発熱量は42MJ/m程度であるのがよい。 In the above, the reference calorific value may be the calorific value used to define the fuel gas used for the gas engine. For example, when the fuel gas used for the gas engine is 13A gas, the reference calorific value should be about 45 MJ / m 3. When the fuel gas used for the gas engine is 12A gas, the reference calorific value is 42 MJ / m It should be around 3 .
また、制御装置は、発熱量推定処理にて演算された推定発熱量が予め定められた基準発熱量(E0)未満である場合に、燃料弁の開度を、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される基準燃料弁開度(A0)よりも大きい開度に設定する燃料リッチ補正処理(S206)と、発熱量推定処理にて演算された推定発熱量が基準発熱量よりも大きい場合に、燃料弁の開度を基準燃料弁開度よりも小さい開度に設定する燃料リーン補正処理(S208)と、を実行し得るように構成されるとよい。これによれば、燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量の推定値(推定発熱量)が基準発熱量未満である場合に、燃料弁の開度を基準燃料弁開度よりも大きく設定し、推定発熱量が基準発熱量よりも大きい場合に、燃料弁の開度を基準燃料弁開度よりも小さく設定することにより、燃焼室に供給される混合気の流量を、燃料ガスの発熱量の変動にかかわらずほぼ一定に維持することができる。これにより、燃料ガスの発熱量の変動に起因して混合気流量が変動することにより生じる不具合の発生が防止される。   Further, when the estimated calorific value calculated in the calorific value estimation process is less than a predetermined standard calorific value (E0), the control device generates the opening degree of the fuel valve and the calorific value of the fuel gas as a standard calorific value. Fuel rich correction processing (S206) to set the opening degree larger than the reference fuel valve opening degree (A0) set in the case of the amount, and the estimated heat generation amount calculated in the heat generation amount estimation process from the reference heat generation amount In the case where the opening degree of the fuel valve is larger than the reference fuel valve opening degree, it is preferable that the fuel lean correction process (S208) can be performed. According to this, when the estimated value (estimated calorific value) of the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber is less than the standard calorific value, the opening degree of the fuel valve is set larger than the standard fuel valve opening degree When the estimated calorific value is larger than the standard calorific value, the flow rate of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber can be calculated by setting the fuel valve opening degree smaller than the standard fuel valve opening degree. It can be maintained almost constant regardless of the fluctuation of As a result, the occurrence of a problem caused by the fluctuation of the mixed gas flow caused by the fluctuation of the calorific value of the fuel gas is prevented.
また、制御装置は、点火時期進角補正処理(S207)と、点火時期遅角補正処理(S209)とを実行し得るように構成されているとよい。点火時期進角補正処理は、燃料リッチ補正処理が実行される場合に実行され、燃焼室内での混合気の点火時期を、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される基準点火時期よりも進角させる処理である。点火時期遅角補正処理は、燃料リーン補正処理が実行される場合に実行され、燃焼室での混合気の点火時期を基準点火時期よりも遅角させる処理である。   The control device may be configured to be able to execute an ignition timing advance correction process (S207) and an ignition timing retardation correction process (S209). The ignition timing advance correction process is performed when the fuel rich correction process is performed, and the ignition timing of the air-fuel mixture in the combustion chamber is set to a reference ignition set when the calorific value of the fuel gas is a reference calorific value. It is processing to advance more than time. The ignition timing retarding correction processing is executed when the fuel lean correction processing is executed, and retards the ignition timing of the air-fuel mixture in the combustion chamber than the reference ignition timing.
燃料リッチ補正処理が実行される場合は、燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量が基準発熱量未満の場合である。発熱量が基準発熱量未満の燃料ガスを含む混合気が燃焼室内で点火されてから燃焼するまでに要する時間は、発熱量が基準発熱量の燃料ガスを含む混合気が燃焼室内で点火されてから燃焼するまでに要する時間よりも長い。この場合、制御装置が点火時期進角補正処理を実行して、点火時期を、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される点火時期(基準点火時期)よりも進角させることにより、供給される燃料ガスに最適な点火時期にて燃料ガスに点火することができ、その結果、エンジン効率を向上させることができる。   When the fuel rich correction process is performed, the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber is less than the reference calorific value. During the time required from the time the mixture containing the fuel gas whose calorific value is less than the standard calorific value is ignited in the combustion chamber to the combustion, the mixture containing the fuel gas whose calorific value is the standard calorific value is ignited in the combustion chamber It takes longer than the time it takes to burn. In this case, the control device executes the ignition timing advance correction process to advance the ignition timing more than the ignition timing (reference ignition timing) set when the calorific value of the fuel gas is the standard calorific value. Thus, the fuel gas can be ignited at an ignition timing that is optimum for the supplied fuel gas, and as a result, the engine efficiency can be improved.
また、燃料リーン補正処理が実行される場合は、燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量が基準発熱量よりも大きい場合である。発熱量が基準発熱量よりも大きい燃料ガスを含む混合気が燃焼室内で点火されてから燃焼するまでに要する時間は、発熱量が基準発熱量の燃料ガスを含む混合気が燃焼室内で点火されてから燃焼するまでに要する時間よりも短い。この場合、制御装置が点火時期遅角補正処理を実行して、点火時期を基準点火時期よりも遅角させることにより、供給される燃料ガスに最適な点火時期にて燃料ガスに点火することができ、その結果、エンジン効率を向上させることができる。   Further, when the fuel lean correction process is executed, the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber is larger than the reference calorific value. During the time required from combustion of the mixture containing fuel gas whose heat generation amount is larger than the reference heat generation amount in the combustion chamber to combustion, the mixture containing fuel gas whose heat generation amount is the reference heat generation amount is ignited in the combustion chamber It is shorter than the time it takes to burn after burning. In this case, the control device executes the ignition timing retardation correction process to retard the ignition timing with respect to the reference ignition timing to ignite the fuel gas at the optimum ignition timing for the supplied fuel gas. As a result, engine efficiency can be improved.
図1は、本発明の実施形態に係るガスエンジンシステムの概略構成を示す図である。FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a gas engine system according to an embodiment of the present invention. 図2は、エンジン制御装置が実行する発熱量推定処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。FIG. 2 is a flowchart showing the flow of a heat generation amount estimation processing routine executed by the engine control device. 図3は、流量比Cが1:10の場合における、吸気負圧及び混合気流量と、推定発熱量との相関関係を表すマップの一例である。FIG. 3 is an example of a map representing the correlation between the intake negative pressure and the mixed air flow rate, and the estimated calorific value when the flow ratio C is 1:10. 図4は、エンジン制御装置が実行する燃料弁開度調整処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。FIG. 4 is a flowchart showing a flow of a fuel valve opening degree adjustment processing routine executed by the engine control device.
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図1は、本実施形態に係るガスエンジンシステム1の概略構成を示す図である。図1に示すように、ガスエンジンシステム1は、ガスエンジン10と、吸気系統部品20と、排気系統部品30と、エンジン制御装置40とを備える。エンジン制御装置40が、本発明の制御装置に相当する。   Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a view showing a schematic configuration of a gas engine system 1 according to the present embodiment. As shown in FIG. 1, the gas engine system 1 includes a gas engine 10, an intake system component 20, an exhaust system component 30, and an engine control device 40. The engine control device 40 corresponds to the control device of the present invention.
ガスエンジン10は、燃料ガスと空気との混合気を燃焼させることによって動力を得る機関である。ガスエンジン10は、エンジン本体11と、ピストン12と、コネクティングロッド13と、出力軸14と、吸気弁機構15と、排気弁機構16と、点火プラグ17とを有する。   The gas engine 10 is an engine that obtains power by burning a mixture of fuel gas and air. The gas engine 10 has an engine body 11, a piston 12, a connecting rod 13, an output shaft 14, an intake valve mechanism 15, an exhaust valve mechanism 16, and an ignition plug 17.
エンジン本体11は、周知のように、シリンダヘッド及びシリンダブロックを有し、これらの部品及びその他の部品(例えばクランクケース)が組み合わされることにより構成される。エンジン本体11内には空洞が形成されており、この空洞内に円柱状のピストン12が軸方向に往復移動可能に配設される。そして、エンジン本体11の空洞を構成する内壁面とピストン12の頂面とに囲まれる空間により、燃焼室111が形成される。このようにして、ガスエンジン10の内部に燃焼室111が形成される。燃焼室111には、燃料ガスと空気との混合気が供給される。   As is well known, the engine body 11 has a cylinder head and a cylinder block, and is configured by combining these parts and other parts (for example, a crankcase). A cavity is formed in the engine body 11, and a cylindrical piston 12 is disposed in the cavity so as to be capable of reciprocating in the axial direction. A combustion chamber 111 is formed by a space surrounded by the inner wall surface of the engine body 11 and the top surface of the piston 12. Thus, the combustion chamber 111 is formed inside the gas engine 10. A mixture of fuel gas and air is supplied to the combustion chamber 111.
また、燃焼室111内にその先端が露呈するように点火プラグ17がエンジン本体11に取付けられる。点火プラグ17はイグニッションコイル18およびイグナイタ19を介してエンジン制御装置40に電気的に接続される。点火プラグ17は、エンジン制御装置40からの点火指令に基づいて作動する。点火プラグ17が作動することにより、燃焼室111内の混合気が点火される。混合気が点火されることによりガスエンジン10が駆動する。   Further, the spark plug 17 is attached to the engine body 11 so that the tip thereof is exposed in the combustion chamber 111. The spark plug 17 is electrically connected to the engine control device 40 via the ignition coil 18 and the igniter 19. The spark plug 17 operates based on an ignition command from the engine control device 40. The mixture in the combustion chamber 111 is ignited by the operation of the spark plug 17. The gas engine 10 is driven by the mixture being ignited.
エンジン本体11内のピストン12の背面に、コネクティングロッド13の先端が揺動可能に接続される。コネクティングロッド13の後端は、図示しないクランクシャフトを介して出力軸14に接続される。クランクシャフトは、ピストン12の往復運動を回転運動に変換する。従って、エンジン本体11内でピストン12が往復運動することにより、出力軸14が回転する。出力軸14には、回転数検出センサ51(電磁ピックアップ)が取り付けられる。回転数検出センサ51は、出力軸14の単位時間当たりの回転数、すなわちエンジン回転数Rを検出する。回転数検出センサ51にて検出されたエンジン回転数Rは、エンジン制御装置40に入力される。   The tip of the connecting rod 13 is swingably connected to the rear surface of the piston 12 in the engine body 11. The rear end of the connecting rod 13 is connected to the output shaft 14 via a crankshaft (not shown). The crankshaft converts the reciprocating motion of the piston 12 into rotational motion. Therefore, as the piston 12 reciprocates within the engine body 11, the output shaft 14 rotates. A rotational speed detection sensor 51 (electromagnetic pickup) is attached to the output shaft 14. The rotation number detection sensor 51 detects the rotation number per unit time of the output shaft 14, that is, the engine rotation number R. The engine rotational speed R detected by the rotational speed detection sensor 51 is input to the engine control device 40.
また、燃焼室111を形成するエンジン本体11の内壁面には、吸気ポート11a及び排気ポート11bが形成される。吸気ポート11aに吸気系統部品20(具体的には後述する吸気配管24)が接続される。排気ポート11bに排気系統部品30(具体的には後述する排気配管31)が接続される。   Further, an intake port 11 a and an exhaust port 11 b are formed on the inner wall surface of the engine body 11 forming the combustion chamber 111. An intake system component 20 (specifically, an intake pipe 24 described later) is connected to the intake port 11a. An exhaust system component 30 (specifically, an exhaust pipe 31 described later) is connected to the exhaust port 11 b.
吸気系統部品20は、燃料配管21と、空気配管22と、ミキサ23と、吸気配管24と、燃料弁調整機構25と、スロットル弁調整機構26とを有する。   The intake system component 20 has a fuel pipe 21, an air pipe 22, a mixer 23, an intake pipe 24, a fuel valve adjustment mechanism 25, and a throttle valve adjustment mechanism 26.
燃料配管21の一方端(上流端)には図示しない燃料源が接続されており、燃料源から燃料ガス(例えば13Aガス)が燃料配管21に供給される。従って、燃料配管21内には燃料ガスが流通する。また、空気配管22の一方端(上流端)は大気開放されており、大気から空気が空気配管22に供給される。従って、空気配管22内には空気が流通する。   A fuel source (not shown) is connected to one end (upstream end) of the fuel pipe 21, and a fuel gas (for example, 13A gas) is supplied to the fuel pipe 21 from the fuel source. Therefore, the fuel gas flows in the fuel pipe 21. Further, one end (upstream end) of the air pipe 22 is open to the atmosphere, and air is supplied to the air pipe 22 from the atmosphere. Therefore, air flows in the air pipe 22.
また、燃料配管21の他方端(下流端)と空気配管22の他方端(下流端)とは合流しており、合流部分にミキサ23が設けられる。従って、ミキサ23は、燃料配管21及び空気配管22に接続される。ミキサ23には、燃料配管21から燃料ガスが、空気配管22から空気が、それぞれ供給される。そして、ミキサ23にて、例えばベンチュリ効果により、燃料配管21を流通する燃料ガスと空気配管22を流通する空気が混合される。   Further, the other end (downstream end) of the fuel pipe 21 and the other end (downstream end) of the air pipe 22 join together, and the mixer 23 is provided at the joining portion. Accordingly, the mixer 23 is connected to the fuel pipe 21 and the air pipe 22. The fuel gas is supplied from the fuel pipe 21 and the air is supplied from the air pipe 22 to the mixer 23. Then, in the mixer 23, the fuel gas flowing through the fuel pipe 21 and the air flowing through the air pipe 22 are mixed by, for example, the venturi effect.
また、ミキサ23に、吸気配管24の一方端(上流端)が接続されており、ミキサ23で混合された燃料ガスと空気との混合気は吸気配管24を流通する。また、吸気配管24の他方端(下流端)は、エンジン本体11内に形成された吸気ポート11aに接続される。従って、吸気配管24は吸気ポート11aを通じて燃焼室111に連通しており、吸気配管24を流通する混合気は吸気ポート11aを介して燃焼室111に供給される。なお、ガスエンジン10が多気筒エンジンである場合、吸気配管24の下流側の部分が複数の分岐管を備えるインテークマニホールドにより構成される。インテークマニホールドの各分岐管が、それぞれの気筒内の燃焼室に吸気ポートを通じて連通される。   Further, one end (upstream end) of the intake pipe 24 is connected to the mixer 23, and the mixture of the fuel gas and the air mixed by the mixer 23 flows through the intake pipe 24. Further, the other end (downstream end) of the intake pipe 24 is connected to an intake port 11 a formed in the engine body 11. Accordingly, the intake pipe 24 communicates with the combustion chamber 111 through the intake port 11a, and the air-fuel mixture flowing through the intake pipe 24 is supplied to the combustion chamber 111 through the intake port 11a. When the gas engine 10 is a multi-cylinder engine, the downstream portion of the intake pipe 24 is configured by an intake manifold including a plurality of branch pipes. Each branch pipe of the intake manifold is in communication with the combustion chamber in each cylinder through an intake port.
燃料弁調整機構25は、燃料弁251及び燃料弁モータ252を有する。燃料弁251は、燃料配管21の途中に介装される。燃料弁モータ252は例えばステッピングモータにより構成され、駆動することにより燃料弁251の開度を調整することができるように、燃料弁251に取り付けられる。燃料弁モータ252を駆動させて燃料弁251の開度を調整することで、燃料配管21を流通する燃料ガスの流量、すなわち燃焼室111に供給される混合気中に含まれる燃料ガスの流量(燃料ガス流量Qgas)が調整される。   The fuel valve adjustment mechanism 25 has a fuel valve 251 and a fuel valve motor 252. The fuel valve 251 is interposed in the middle of the fuel pipe 21. The fuel valve motor 252 is formed of, for example, a stepping motor, and is attached to the fuel valve 251 so that the opening degree of the fuel valve 251 can be adjusted by driving. By adjusting the opening degree of the fuel valve 251 by driving the fuel valve motor 252, the flow rate of the fuel gas flowing through the fuel pipe 21, that is, the flow rate of the fuel gas contained in the mixture supplied to the combustion chamber 111 The fuel gas flow rate Qgas) is adjusted.
スロットル弁調整機構26は、スロットル弁261及びスロットル弁モータ262を有する。スロットル弁261は、吸気配管24の途中に介装される。スロットル弁モータ262は例えばステッピングモータにより構成され、駆動することによりスロットル弁261の開度を調整することができるように、スロットル弁261に取り付けられる。スロットル弁モータ262を駆動させてスロットル弁261の開度を調整することで、吸気配管24を流通する混合気の流量、すなわち燃焼室111に供給される混合気の流量(混合気流量Qmix)が調整される。   The throttle valve adjustment mechanism 26 has a throttle valve 261 and a throttle valve motor 262. The throttle valve 261 is interposed in the middle of the intake pipe 24. The throttle valve motor 262 is formed of, for example, a stepping motor, and is attached to the throttle valve 261 so that the opening degree of the throttle valve 261 can be adjusted by driving. By adjusting the opening degree of the throttle valve 261 by driving the throttle valve motor 262, the flow rate of the air-fuel mixture flowing through the intake pipe 24, that is, the flow rate of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111 (mixture air flow rate Qmix) Adjusted.
燃料弁モータ252およびスロットル弁モータ262は、エンジン制御装置40に電気的に接続されており、エンジン制御装置40によってこれらのモータの動作、すなわち燃料弁251の開度およびスロットル弁261の開度が制御される。   The fuel valve motor 252 and the throttle valve motor 262 are electrically connected to the engine control device 40, and the engine control device 40 operates the motors, that is, the opening degree of the fuel valve 251 and the opening degree of the throttle valve 261. It is controlled.
燃料弁モータ252に燃料弁開度センサ52が取り付けられる。燃料弁開度センサ52は、燃料弁モータ252の回転角度に基づいて燃料弁251の開度Aを検出する。燃料弁開度センサ52が検出した燃料弁251の開度Aはエンジン制御装置40に入力される。また、スロットル弁モータ262にスロットル弁開度センサ53が取り付けられる。スロットル弁開度センサ53は、スロットル弁モータ262の回転角度に基づいてスロットル弁261の開度Bを検出する。スロットル弁開度センサ53が検出したスロットル弁261の開度Bはエンジン制御装置40に入力される。   A fuel valve opening sensor 52 is attached to the fuel valve motor 252. The fuel valve opening degree sensor 52 detects the opening degree A of the fuel valve 251 based on the rotation angle of the fuel valve motor 252. The opening degree A of the fuel valve 251 detected by the fuel valve opening degree sensor 52 is input to the engine control device 40. Further, the throttle valve opening sensor 53 is attached to the throttle valve motor 262. The throttle valve opening degree sensor 53 detects the opening degree B of the throttle valve 261 based on the rotation angle of the throttle valve motor 262. The opening degree B of the throttle valve 261 detected by the throttle valve opening degree sensor 53 is input to the engine control device 40.
また、吸気配管24の途中であって且つスロットル弁261の介装位置よりも下流側(燃焼室111に近い側)に、吸気圧センサ54が取り付けられる。吸気圧センサ54は、吸気配管24内の圧力(吸気負圧PA)を検出する。吸気圧センサ54が検出した吸気負圧PAは、エンジン制御装置40に入力される。   Further, an intake pressure sensor 54 is attached to the middle of the intake pipe 24 and on the downstream side of the interposed position of the throttle valve 261 (closer to the combustion chamber 111). The intake pressure sensor 54 detects a pressure in the intake pipe 24 (intake negative pressure PA). The intake negative pressure PA detected by the intake pressure sensor 54 is input to the engine control device 40.
排気系統部品30は、排気配管31及び触媒装置32を有する。排気配管31の一方端(上流端)は、エンジン本体11内に形成された排気ポート11bに接続される。従って、排気配管31は排気ポート11bを通じて燃焼室111に連通する。排気配管31内には、燃焼室111内で生じ排気ポート11bから排出される排気が流通する。排気配管31の他方端は大気開放される。また、排気配管31の途中に触媒装置32が介装される。触媒装置32内に触媒321(例えば三元触媒)が設けられる。触媒321によって排気配管31内を流れる排気が浄化される。   The exhaust system component 30 has an exhaust pipe 31 and a catalyst device 32. One end (upstream end) of the exhaust pipe 31 is connected to an exhaust port 11 b formed in the engine body 11. Therefore, the exhaust pipe 31 communicates with the combustion chamber 111 through the exhaust port 11b. In the exhaust pipe 31, the exhaust gas generated in the combustion chamber 111 and discharged from the exhaust port 11b flows. The other end of the exhaust pipe 31 is open to the atmosphere. Further, a catalyst device 32 is interposed in the middle of the exhaust pipe 31. A catalyst 321 (for example, a three-way catalyst) is provided in the catalyst device 32. The catalyst 321 purifies the exhaust gas flowing in the exhaust pipe 31.
また、ガスエンジン10の出力軸14は、動力伝達ベルトBTを介して負荷軸60に接続される。従って、出力軸14が回転すると、負荷軸60も回転する。本実施形態において、負荷軸60は圧縮機70の出力軸である。この場合、ガスエンジン10が駆動して出力軸14が回転することにより、圧縮機70の出力軸(負荷軸60)も回転して、圧縮機70が作動する。圧縮機70は、吸入ポート71と吐出ポート72を備える。吸入ポート71には吸入配管81が接続され、吐出ポート72には吐出配管82が接続される。圧縮機70が作動した場合(負荷軸60が回転した場合)、圧縮機70は、吸入配管81内の気体を吸入ポート71から吸入し、内部にて吸入した気体を圧縮する。そして、圧縮した気体を吐出ポート72から吐出配管82に吐出する。   Further, the output shaft 14 of the gas engine 10 is connected to the load shaft 60 via the power transmission belt BT. Therefore, when the output shaft 14 rotates, the load shaft 60 also rotates. In the present embodiment, the load shaft 60 is an output shaft of the compressor 70. In this case, when the gas engine 10 is driven to rotate the output shaft 14, the output shaft (load shaft 60) of the compressor 70 is also rotated, and the compressor 70 operates. The compressor 70 includes a suction port 71 and a discharge port 72. A suction pipe 81 is connected to the suction port 71, and a discharge pipe 82 is connected to the discharge port 72. When the compressor 70 operates (when the load shaft 60 rotates), the compressor 70 sucks the gas in the suction pipe 81 from the suction port 71 and compresses the gas sucked therein. Then, the compressed gas is discharged from the discharge port 72 to the discharge pipe 82.
圧縮機70の吸入ポート71に接続された吸入配管81に、吸入圧力センサ55が取り付けられる。吸入圧力センサ55は、吸入配管81内の圧力、すなわち圧縮機70に吸入される気体の圧力(吸入圧力)PBを検出する。吸入圧力センサ55が検出した吸入圧力PBはエンジン制御装置40に入力される。   A suction pressure sensor 55 is attached to a suction pipe 81 connected to the suction port 71 of the compressor 70. The suction pressure sensor 55 detects the pressure in the suction pipe 81, that is, the pressure (suction pressure) PB of the gas sucked into the compressor 70. The suction pressure PB detected by the suction pressure sensor 55 is input to the engine control device 40.
圧縮機70の吐出ポート72に接続された吐出配管82に、吐出圧力センサ56が取り付けられる。吐出圧力センサ56は、吐出配管82内の圧力、すなわち圧縮機70から吐出される気体の圧力(吐出圧力)PCを検出する。吐出圧力センサ56が検出した吐出圧力PCはエンジン制御装置40に入力される。   A discharge pressure sensor 56 is attached to the discharge pipe 82 connected to the discharge port 72 of the compressor 70. The discharge pressure sensor 56 detects the pressure in the discharge pipe 82, that is, the pressure (discharge pressure) PC of the gas discharged from the compressor 70. The discharge pressure PC detected by the discharge pressure sensor 56 is input to the engine control device 40.
また、エンジン本体11内に、吸気弁機構15及び排気弁機構16が組み込まれる。吸気弁機構15は吸気弁体151を有し、排気弁機構16は排気弁体161を有する。吸気弁体151は、燃焼室111内のうち吸気ポート11aを閉塞可能な位置に配設され、排気弁体161は、燃焼室111内のうち排気ポート11bを閉塞可能な位置に配設される。   Further, an intake valve mechanism 15 and an exhaust valve mechanism 16 are incorporated in the engine body 11. The intake valve mechanism 15 has an intake valve body 151, and the exhaust valve mechanism 16 has an exhaust valve body 161. The intake valve body 151 is disposed at a position capable of closing the intake port 11 a in the combustion chamber 111, and the exhaust valve body 161 is disposed at a position capable of closing the exhaust port 11 b in the combustion chamber 111. .
吸気弁機構15及び排気弁機構16は、ガスエンジン10の出力軸14の回転動作に連動してそれぞれ所定のタイミングで動作する。吸気弁機構15が動作することにより、吸気弁体151が吸気ポート11aを閉塞する位置と閉塞しない位置に周期的に変位する。排気弁機構16が動作することにより、排気弁体161が排気ポート11bを閉塞する位置と閉塞しない位置に周期的に変位する。   The intake valve mechanism 15 and the exhaust valve mechanism 16 operate in synchronization with the rotation of the output shaft 14 of the gas engine 10 at predetermined timings. As the intake valve mechanism 15 operates, the intake valve body 151 is periodically displaced to a position at which the intake port 11a is closed and a position at which the intake valve 11 is not closed. As the exhaust valve mechanism 16 operates, the exhaust valve body 161 is periodically displaced to a position at which the exhaust port 11 b is closed and a position at which the exhaust port 11 b is not closed.
エンジン制御装置40は、CPU,ROM,RAMを含むマイクロコンピュータにより構成されており、各種センサからの入力情報及びガスエンジン10にかかる負荷Lに基づいて、燃料弁251の開度A及びスロットル弁261の開度Bを制御する。エンジン制御装置40による燃料弁251の開度A及びスロットル弁261の開度Bの制御により、ガスエンジン10が制御される。   The engine control device 40 is configured by a microcomputer including a CPU, a ROM, and a RAM, and based on input information from various sensors and a load L applied to the gas engine 10, the opening A of the fuel valve 251 and the throttle valve 261 Control the opening B of the The gas engine 10 is controlled by the control of the opening degree A of the fuel valve 251 and the opening degree B of the throttle valve 261 by the engine control device 40.
このような構成のガスエンジンシステム1の駆動時には、燃料配管21を流れる燃料ガスと空気配管22を流れる空気がミキサ23で混合されて混合気が生成される。生成された混合気は吸気配管24を流通する。吸気配管24内の混合気は、吸気弁機構15が吸気ポート11aを開弁する所定のタイミングで燃焼室111に供給される。燃焼室111に供給された混合気は、点火プラグ17が所定のタイミングで作動することにより点火される。混合気が点火されることにより混合気が燃焼する。混合気が燃焼する際に発生するエネルギーによりピストン12が往復運動する。ピストン12の往復運動はクランクシャフトにより回転運動に変換される。この回転運動が出力軸14及び動力伝達ベルトBTを介して負荷軸60に伝達されることによって圧縮機70が作動する。また、燃焼室111内の混合気の燃焼により生じた排気は、排気弁機構16が排気ポート11bを開弁する所定のタイミングで排気配管31に排出される。排気配管31に排出された排気は、触媒装置32内の触媒321で浄化された後に外部に放出される。   When driving the gas engine system 1 having such a configuration, the fuel gas flowing through the fuel pipe 21 and the air flowing through the air pipe 22 are mixed by the mixer 23 to generate an air-fuel mixture. The generated mixture flows through the intake pipe 24. The air-fuel mixture in the intake pipe 24 is supplied to the combustion chamber 111 at a predetermined timing at which the intake valve mechanism 15 opens the intake port 11a. The air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111 is ignited by the ignition plug 17 operating at a predetermined timing. The mixture is ignited to burn the mixture. The piston 12 reciprocates by the energy generated when the air-fuel mixture burns. The reciprocating motion of the piston 12 is converted to rotational motion by the crankshaft. The rotary motion is transmitted to the load shaft 60 through the output shaft 14 and the power transmission belt BT to operate the compressor 70. Further, the exhaust generated by the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 111 is discharged to the exhaust pipe 31 at a predetermined timing at which the exhaust valve mechanism 16 opens the exhaust port 11b. The exhaust gas discharged to the exhaust pipe 31 is discharged to the outside after being purified by the catalyst 321 in the catalyst device 32.
ガスエンジン10の駆動中、エンジン制御装置40は、負荷Lに応じてガスエンジン10が出力するように、スロットル弁261の開度Bを制御する。この場合、エンジン制御装置40は、負荷Lに応じたエンジン回転数Rを決定し、決定したエンジン回転数Rでガスエンジン10が動作するように、スロットル弁モータ262に指令信号を出力する。スロットル弁モータ262は、入力した指令信号に応じて駆動する。これにより、負荷Lに応じてガスエンジン10が駆動する。   During driving of the gas engine 10, the engine control device 40 controls the opening degree B of the throttle valve 261 so that the gas engine 10 outputs according to the load L. In this case, the engine control device 40 determines the engine speed R according to the load L, and outputs a command signal to the throttle valve motor 262 so that the gas engine 10 operates at the determined engine speed R. The throttle valve motor 262 is driven in response to the input command signal. Thereby, the gas engine 10 is driven according to the load L.
また、エンジン制御装置40は、ガスエンジン10の駆動中、燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を推定するための発熱量推定処理を実行する。図2は、エンジン制御装置40が実行する発熱量推定処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。   Further, the engine control device 40 executes a heat generation amount estimation process for estimating the heat generation amount of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111 while the gas engine 10 is driven. FIG. 2 is a flowchart showing the flow of the heat generation amount estimation processing routine executed by the engine control device 40.
図2に示す発熱量推定処理は、ガスエンジン10の駆動中、所定の微小時間ごとに繰り返し実行される。このルーチンが起動すると、エンジン制御装置40は、まず、図2のステップ(以下、ステップをSと略記する)101にて、回転数検出センサ51が検出した現在のエンジン回転数Rを取得する。次いで、エンジン制御装置40は、吸入圧力センサ55が検出した現在の吸入圧力PB及び吐出圧力センサ56が検出した現在の吐出圧力PCを取得する(S102)。   The heat generation amount estimation process shown in FIG. 2 is repeatedly performed at predetermined minute time intervals while the gas engine 10 is driven. When this routine starts, the engine control device 40 first acquires the current engine rotation number R detected by the rotation number detection sensor 51 in step 101 (hereinafter, step will be abbreviated as step S) in FIG. Next, the engine control device 40 acquires the current suction pressure PB detected by the suction pressure sensor 55 and the current discharge pressure PC detected by the discharge pressure sensor 56 (S102).
続いてエンジン制御装置40は、S103にて、ガスエンジン10の運転状態が基準運転状態であるか否かを判断する。ここで、基準運転状態とは、エンジン回転数Rが所定の基準回転数R0であり、且つ、ガスエンジン10にかかる負荷Lが所定の大きさL0である運転状態を言う。別言すれば、基準運転状態は、エンジン回転数R及び負荷Lが所定の基準値である運転状態を言う。一例として、エンジン回転数が1200rpm、負荷Lが40Nである状態を、基準運転状態に設定することができる。なお、エンジン回転数Rは、回転数検出センサ51により検出される。また、負荷Lの大きさは、圧縮機70の仕事量に比例し、圧縮機70の仕事量は、圧縮機70による気体の圧縮量に比例する。従って、負荷Lの大きさは、圧縮機70に吸入される気体の圧力である吸入圧力PBと圧縮機70から吐出される気体の圧力である吐出圧力PCとの差ΔP(=PC−PB)に基づいて求めることができる。   Subsequently, at S103, the engine control device 40 determines whether the operating condition of the gas engine 10 is the reference operating condition. Here, the reference operating state refers to an operating state in which the engine rotational speed R is a predetermined reference rotational speed R0 and the load L applied to the gas engine 10 is a predetermined magnitude L0. In other words, the reference operating state refers to an operating state in which the engine speed R and the load L are predetermined reference values. As an example, a state where the engine rotational speed is 1200 rpm and the load L is 40 N can be set as the reference operating state. The engine rotational speed R is detected by the rotational speed detection sensor 51. Further, the size of the load L is proportional to the amount of work of the compressor 70, and the amount of work of the compressor 70 is proportional to the amount of compression of gas by the compressor 70. Therefore, the magnitude of the load L is the difference ΔP (= PC-PB) between the suction pressure PB, which is the pressure of the gas sucked into the compressor 70, and the discharge pressure PC, which is the pressure of the gas discharged from the compressor 70. It can be determined based on
S103にて、ガスエンジン10の運転状態が基準運転状態ではないと判断した場合(S103:No)、エンジン制御装置40はこのルーチンを終了し、所定の微小時間経過後に再びこのルーチンを起動する。一方、S103にて、ガスエンジン10の運転状態が基準運転状態であると判断した場合(S103:Yes)、エンジン制御装置40はS104に処理を進める。   When it is determined in S103 that the operating state of the gas engine 10 is not the reference operating state (S103: No), the engine control device 40 ends this routine, and starts this routine again after a predetermined minute time has elapsed. On the other hand, when it is determined in S103 that the operating state of the gas engine 10 is the reference operating state (S103: Yes), the engine control device 40 proceeds with the process to S104.
S104では、エンジン制御装置40は、燃料弁開度センサ52が検出した現在の燃料弁251の開度A、及び、スロットル弁開度センサ53が検出した現在のスロットル弁261の開度Bを取得する。   In S104, the engine control device 40 acquires the current opening degree A of the fuel valve 251 detected by the fuel opening degree sensor 52 and the current opening degree B of the throttle valve 261 detected by the throttle valve opening degree sensor 53. Do.
続いて、エンジン制御装置40は、S105にて、流量比Cを演算する。流量比Cは、燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの流量(燃料ガス流量Qgas)と空気の流量(空気流量Qair)との比(Qgas:Qair)である。ここで、燃焼室111に供給される混合気の流量(混合気流量Qmix)は、スロットル弁261の開度Bに依存し、開度Bが大きいほど混合気流量Qmixが大きい。従って、混合気流量Qmixは、スロットル弁261の開度Bに基づいて求めることができる。また、燃料ガス流量Qgasは、燃料弁251の開度Aに依存し、開度Aが大きいほど燃料ガス流量Qgasが大きい。従って、燃料ガス流量Qgasは、燃料弁251の開度Aに基づいて求めることができる。さらに、空気流量Qairは、混合気流量Qmixと燃料ガス流量Qgasとの差(Qmix−Qgas)から求めることができる。以上より、流量比Cは、スロットル弁261の開度Bと燃料弁251の開度Aとから、Qgas:(Qmix−Qgas)として、演算することができる。   Subsequently, the engine control device 40 calculates the flow rate ratio C at S105. The flow rate ratio C is a ratio (Qgas: Qair) of the flow rate of the fuel gas (fuel gas flow rate Qgas) contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111 to the flow rate of the air (air flow rate Qair). Here, the flow rate of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111 (the mixed air flow amount Qmix) depends on the opening degree B of the throttle valve 261, and the larger the opening degree B, the larger the mixed air flow amount Qmix. Therefore, the mixed air flow rate Qmix can be obtained based on the opening degree B of the throttle valve 261. Further, the fuel gas flow rate Qgas depends on the opening degree A of the fuel valve 251, and the fuel gas flow rate Qgas increases as the opening degree A increases. Therefore, the fuel gas flow rate Qgas can be determined based on the opening degree A of the fuel valve 251. Furthermore, the air flow rate Qair can be obtained from the difference between the mixed air flow rate Qmix and the fuel gas flow rate Qgas (Qmix-Qgas). As described above, the flow rate ratio C can be calculated from the opening degree B of the throttle valve 261 and the opening degree A of the fuel valve 251 as Qgas: (Qmix-Qgas).
エンジン制御装置40は、S105にて流量比Cを演算した後に、S106に処理を進めて、吸気圧センサ54が検出した現在の吸気負圧PAを取得する(吸気負圧取得処理)。次いで、S108にて、吸気圧センサ54が検出した吸気負圧PAに基づいて、推定発熱量Eを演算する(推定発熱量演算処理)。推定発熱量Eは、燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量の推定値である。   After calculating the flow rate ratio C in S105, the engine control device 40 proceeds to the process in S106 to acquire the current intake negative pressure PA detected by the intake pressure sensor 54 (intake negative pressure acquisition processing). Next, at S108, the estimated heat generation amount E is calculated based on the intake negative pressure PA detected by the intake pressure sensor 54 (estimated heat generation amount calculation processing). The estimated calorific value E is an estimated value of the calorific value of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111.
ガスエンジン10の運転状態が基準運転状態(エンジン回転数R及びエンジンにかかる負荷Lが所定の基準値である運転状態)であるときには、燃焼室111に供給される混合気の流量(混合気流量Qmix)は、その混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が、その燃料ガスについて予め定められている基準発熱量(E0)であることを前提として、基準混合気流量Q0として一義的に定めることができる。また、このときにおける吸気配管24内の吸気負圧PAも、基準吸気負圧PA0として一義的に定めることができる。   When the operating state of the gas engine 10 is a reference operating state (an operating state in which the engine speed R and the load L applied to the engine are predetermined reference values), the flow rate of the mixture supplied to the combustion chamber 111 (mixed air flow amount Qmix) must be unambiguously defined as the reference mixed air flow rate Q0, assuming that the calorific value of the fuel gas contained in the mixture is the reference calorific value (E0) predetermined for the fuel gas. Can. Further, the intake negative pressure PA in the intake pipe 24 at this time can also be uniquely determined as the reference intake negative pressure PA0.
また、基準運転状態下において、混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量とは異なっていても、混合気流量Qmix及び吸気負圧PAは一義的に定められるが、その値は、基準混合気流量Q0及び基準吸気負圧PA0とは異なる。   Further, even if the calorific value of the fuel gas contained in the mixture is different from the standard calorific value under the standard operating condition, the mixed air flow Qmix and the intake negative pressure PA can be uniquely determined, but the values are The reference mixed air flow rate Q0 and the reference intake negative pressure PA0 are different.
例えば、燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量未満の場合、燃焼室111内での混合気の燃焼により得られるエネルギーは、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に得られるエネルギーよりも小さい。従って、基準運転状態時にそのような発熱量の小さい燃料ガスが燃焼室111に供給される場合、混合気流量Qmixが基準混合気流量Q0であると、エネルギー不足によりエンジン回転数Rが低下する。この場合、基準運転状態を維持するため、すなわちエンジン回転数Rの低下を抑制してエンジン回転数Rを基準値(R0)に維持するために、スロットル弁261の開度Aが増加される。スロットル弁261の開度Aの増加により吸気配管24内の混合気の流量(混合気流量Qmix)が増加するとともに、吸気配管24内の吸気負圧PAが上昇する(負方向に低下する)。以上のことから、基準運転状態下において、混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量未満である場合には、混合気流量Qmixは基準混合気流量Q0よりも大きく、且つ吸気負圧PAは基準吸気負圧PA0よりも高い(負方向に低い)。   For example, when the calorific value of the fuel gas contained in the mixture supplied to the combustion chamber 111 is less than the reference calorific value, the energy obtained by the combustion of the mixture in the combustion chamber 111 is based on the calorific value of the fuel gas. It is smaller than the energy obtained when it is a calorific value. Therefore, when fuel gas with such a small calorific value is supplied to the combustion chamber 111 at the time of reference operation state, the engine speed R decreases due to lack of energy if the mixed air flow rate Qmix is the reference mixed air flow rate Q0. In this case, the opening degree A of the throttle valve 261 is increased in order to maintain the reference operating state, that is, in order to suppress the decrease in the engine speed R and maintain the engine speed R at the reference value (R0). The flow rate of the air-fuel mixture (mixture air flow rate Qmix) in the intake pipe 24 is increased by the increase of the opening degree A of the throttle valve 261, and the intake negative pressure PA in the intake pipe 24 is increased (decreased in the negative direction). From the above, when the calorific value of the fuel gas contained in the mixed gas is less than the standard calorific value under the standard operating condition, the mixed air flow Qmix is larger than the reference mixed air flow Q0 and the intake negative pressure PA is higher (lower in the negative direction) than the reference intake negative pressure PA0.
また、燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量よりも大きい場合、燃焼室111内での混合気の燃焼により得られるエネルギーは、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に得られるエネルギーよりも大きい。従って、基準運転状態時にそのような発熱量の大きい燃料ガスが燃焼室111に供給される場合、混合気流量Qmixが基準混合気流量Q0であると、過剰なエネルギーによりエンジン回転数Rが上昇する。この場合、基準運転状態を維持するため、すなわちエンジン回転数Rの上昇を抑制してエンジン回転数を基準値(R0)に維持するために、スロットル弁261の開度Aが減少される。スロットル弁261の開度Aの減少により吸気配管24内の混合気の流量(混合気流量Qmix)が減少するとともに、吸気配管24内の吸気負圧PAが低下する(負方向に上昇する)。以上のことから、基準運転状態下において、混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量よりも大きい場合には、混合気流量Qmixは基準混合気流量Q0よりも小さく、且つ吸気負圧PAは基準吸気負圧PA0よりも低い(負方向に高い)。   When the calorific value of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111 is larger than the standard calorific value, the energy obtained by the combustion of the air-fuel mixture in the combustion chamber 111 is the calorific value of the fuel gas. It is larger than the energy obtained when it is a reference calorific value. Therefore, when fuel gas with such a large calorific value is supplied to the combustion chamber 111 at the time of reference operation state, the engine speed R increases due to excessive energy when the mixed air flow rate Qmix is the reference mixed air flow rate Q0. . In this case, the opening degree A of the throttle valve 261 is decreased in order to maintain the reference operating state, that is, to suppress the increase in the engine speed R and maintain the engine speed at the reference value (R0). The decrease of the opening degree A of the throttle valve 261 reduces the flow rate of the air-fuel mixture (mixture air flow rate Qmix) in the intake pipe 24 and reduces the intake negative pressure PA in the intake pipe 24 (increases in the negative direction). From the above, when the calorific value of the fuel gas contained in the mixture is larger than the standard calorific value under the standard operating condition, the mixed air flow Qmix is smaller than the reference mixed air flow Q0 and the intake negative pressure PA is lower than the reference intake negative pressure PA0 (higher in the negative direction).
つまり、ガスエンジン10のエンジン回転数R及び負荷Lが同一である条件下において(すなわち基準運転状態であるという条件下において)、吸気配管24内の吸気負圧PAは、燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量に影響する。言い換えれば、基準運転状態下において、吸気負圧PAと燃料ガスの発熱量とは相関関係を有する。従って、ガスエンジン10の運転状態が基準運転状態であるときに、吸気負圧PAに基づいて、燃焼室111に供給される燃料ガスの発熱量を推定することができる。   That is, under the condition that the engine speed R and the load L of the gas engine 10 are the same (that is, under the condition of being in the reference operation state), the intake negative pressure PA in the intake pipe 24 is supplied to the combustion chamber 111. Affect the calorific value of the fuel gas contained in the mixture. In other words, under the reference operating condition, the intake negative pressure PA and the calorific value of the fuel gas have a correlation. Therefore, when the operating state of the gas engine 10 is the reference operating state, the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber 111 can be estimated based on the intake negative pressure PA.
また、上記した、吸気負圧PA(混合気流量Qmix)と燃料ガスの発熱量との相関関係は、流量比Cによって変化する。従って、流量比Cをパラメータとして、吸気負圧PA(混合気流量Qmix)と燃料ガスの発熱量との相関関係を表すことができる。また、このような相関関係は、予め実験等により、或いは理論的に、求めておくことができる。図3は、吸気負圧PA及び混合気流量Qmixと、推定発熱量Eとの相関関係が表されたマップの一例を示す。図3に示す例は、流量比C(Qgas:Qair)が1:10の場合における、吸気負圧PA及び混合気流量Qmixと、推定発熱量Eとの相関関係を表すマップである。また、図3において、基準発熱量が45MJ/m、基準混合気流量Q0が50L/min、基準吸気負圧PA0が−30kPaである。図3からわかるように、吸気負圧PAと推定発熱量Eとの間に、吸気負圧PAが低いほど(負方向に高いほど)推定発熱量Eは大きく、吸気負圧PAが高いほど(負方向に低いほど)推定発熱量Eは小さいという相関関係がある。また、混合気流量Qmixが小さいほど推定発熱量Eは大きく、混合気流量Qmixが大きいほど推定発熱量Eは小さい。 Further, the above-described correlation between the intake negative pressure PA (the mixed flow amount Qmix) and the calorific value of the fuel gas changes with the flow ratio C. Therefore, the correlation between the intake negative pressure PA (the mixed flow amount Qmix) and the calorific value of the fuel gas can be expressed using the flow ratio C as a parameter. Further, such a correlation can be obtained in advance by experiment or the like or theoretically. FIG. 3 shows an example of a map in which the correlation between the intake negative pressure PA and the mixed air flow rate Qmix and the estimated heat generation amount E is shown. The example shown in FIG. 3 is a map representing the correlation between the estimated intake heat amount E and the intake negative pressure PA and the mixed air flow rate Qmix when the flow ratio C (Qgas: Qair) is 1:10. Further, in FIG. 3, the reference calorific value is 45 MJ / m 3 , the reference mixed air flow rate Q0 is 50 L / min, and the reference intake negative pressure PA0 is −30 kPa. As can be seen from FIG. 3, between the intake negative pressure PA and the estimated heat generation amount E, the lower the intake negative pressure PA (the higher the negative direction), the larger the estimated heat generation amount E, and the higher the intake negative pressure PA ( There is a correlation that the estimated calorific value E is smaller as the negative direction is lower. Further, the estimated calorific value E is larger as the mixed air flow amount Qmix is smaller, and the estimated calorific value E is smaller as the mixed air flow amount Qmix is larger.
エンジン制御装置40は、流量比Cをパラメータとした、図3に示すようなマップを複数記憶している。そして、S107にて、流量比がS105にて演算された流量比Cである場合における、吸気負圧PA(混合気流量Qmix)と推定発熱量Eとの関係を表すマップを抽出し、抽出したマップを参照して、吸気負圧PA(混合気流量Qmix)から推定発熱量Eを演算する。このようにして、エンジン制御装置40は、燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの推定発熱量を、基準運転状態である場合における吸気負圧と燃料ガスの発熱量との相関関係を利用して、演算する。S107にて推定発熱量Eを演算した後に、エンジン制御装置40はこのルーチンを終了し、微小時間経過後に再びこのルーチンを起動する。   The engine control device 40 stores a plurality of maps as shown in FIG. 3 with the flow rate ratio C as a parameter. Then, in S107, when the flow ratio is the flow ratio C calculated in S105, a map representing the relationship between the intake negative pressure PA (mixed air flow amount Qmix) and the estimated calorific value E is extracted and extracted. With reference to the map, the estimated heat generation amount E is calculated from the intake negative pressure PA (mixed air flow rate Qmix). Thus, the engine control device 40 correlates the estimated calorific value of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111 with the calorific value of the intake negative pressure and the calorific value of the fuel gas in the reference operation state. Calculate using relationships. After calculating the estimated heat generation amount E in S107, the engine control device 40 ends this routine, and starts this routine again after a lapse of a minute time.
このように、エンジン制御装置40は、ガスエンジン10の運転状態が基準運転状態であるときに、燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を、吸気配管24内の吸気負圧PAに基づいて推定する発熱量推定処理を実行し得るように構成される。この発熱量推定処理を実行するためには、例えば吸気配管24の吸気負圧PAを検出するための吸気圧センサ54を吸気配管24に取り付けておけばよく、発熱量の推定のために燃料経路(燃料配管21)に新たに部品を取り付ける必要がない。従って、本実施形態によれば、燃料経路に部品を組み込むことなく、燃料ガスの発熱量を推定することができるガスエンジンシステムを提供することができる。   As described above, when the operating state of the gas engine 10 is the reference operating state, the engine control device 40 generates the calorific value of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111 as the intake air in the intake pipe 24. It is comprised so that the emitted-heat-amount estimation process estimated based on negative pressure PA may be performed. In order to execute this heat generation amount estimation processing, for example, an intake pressure sensor 54 for detecting the intake negative pressure PA of the intake piping 24 may be attached to the intake piping 24. There is no need to install a new part on the (fuel pipe 21). Therefore, according to the present embodiment, it is possible to provide a gas engine system capable of estimating the calorific value of fuel gas without incorporating parts into the fuel path.
また、エンジン制御装置40は、ガスエンジン10の駆動中、燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量に応じて燃料弁251の開度Bを調整する燃料弁開度調整処理を実行する。図4は、エンジン制御装置40が実行する燃料弁開度調整処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。   Further, the engine control device 40 adjusts the opening degree B of the fuel valve 251 according to the calorific value of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111 while the gas engine 10 is driven. Execute the process FIG. 4 is a flow chart showing the flow of the fuel valve opening degree adjustment processing routine executed by the engine control device 40.
図4に示す燃料弁開度調整処理ルーチンは、ガスエンジン10の駆動中、所定の微小時間ごとに繰り返し実行される。このルーチンが起動すると、エンジン制御装置40は、まず、図4のS201にて、発熱量推定処理にて演算した最新の推定発熱量Eを読み出す。次いで、読み出した推定発熱量Eが基準発熱量E0に等しいか否かを判断する(S202)。推定発熱量Eが基準発熱量E0に等しい場合(S202:Yes)、本来必要な発熱量を有する燃料ガスが供給されているということである。従ってこの場合、エンジン制御装置40は、S203に処理を進めて、燃料弁251の開度Aを、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される基準燃料弁開度A0に設定する。これにより燃料弁251の開度Aが基準燃料弁開度A0にされる。   The fuel valve opening adjustment processing routine shown in FIG. 4 is repeatedly executed at predetermined minute intervals while the gas engine 10 is in operation. When this routine starts, the engine control device 40 first reads the latest estimated heat generation amount E calculated in the heat generation amount estimation process in S201 of FIG. Next, it is determined whether the read estimated calorific value E is equal to the reference calorific value E0 (S202). If the estimated calorific value E is equal to the reference calorific value E0 (S202: Yes), it means that a fuel gas having a calorific value which is originally required is being supplied. Therefore, in this case, the engine control device 40 proceeds to S203 and sets the opening A of the fuel valve 251 to the reference fuel valve opening A0 set when the calorific value of the fuel gas is the standard calorific value. Do. As a result, the opening degree A of the fuel valve 251 is made the reference fuel valve opening degree A0.
S203にて開度Aを基準燃料弁開度A0に設定した後に、エンジン制御装置40はS204に処理を進める。S204では、エンジン制御装置40は、点火プラグ17の作動による燃焼室111内の混合気への点火時期θを基準点火時期θ0に設定する。基準点火時期θ0は、燃料ガスの発熱量が基準発熱量E0である場合に最も効率的に燃料ガスが燃焼する点火時期として予め定められる点火時期である。S204にて点火時期θを基準点火時期θ0に設定した後に、エンジン制御装置40はこのルーチンを終了し、微小時間経過後に再びこのルーチンを起動する。   After the opening degree A is set to the reference fuel valve opening degree A0 in S203, the engine control device 40 proceeds with the process to S204. In S204, the engine control device 40 sets the ignition timing θ to the mixture in the combustion chamber 111 by the operation of the spark plug 17 to the reference ignition timing θ0. The reference ignition timing θ0 is an ignition timing predetermined as an ignition timing at which the fuel gas burns most efficiently when the calorific value of the fuel gas is the standard calorific value E0. After setting the ignition timing θ to the reference ignition timing θ0 in S204, the engine control device 40 ends this routine, and starts this routine again after a lapse of a minute time.
また、S202にて、推定発熱量Eが基準発熱量E0に等しくないと判断した場合(S202:No)、エンジン制御装置40は、S205に処理を進めて、推定発熱量Eが基準発熱量E0未満であるか否かを判断する。推定発熱量Eが基準発熱量E0未満であると判断した場合(S205:Yes)、エンジン制御装置40はS206に処理を進めて、燃料リッチ補正処理を実行する。燃料リッチ補正処理では、エンジン制御装置40は、燃料弁251の開度Aを基準燃料弁開度A0よりも大きい開度として予め定められる燃料リッチ補正開度A+に設定する。これにより燃料弁251の開度Aが燃料リッチ補正開度A+にされる。   When it is determined in S202 that the estimated heat generation amount E is not equal to the reference heat generation amount E0 (S202: No), the engine control device 40 proceeds to S205, and the estimated heat generation amount E is the reference heat generation amount E0. Determine if it is less than. If it is determined that the estimated heat generation amount E is less than the reference heat generation amount E0 (S205: Yes), the engine control device 40 proceeds to S206 and executes the fuel rich correction process. In the fuel rich correction process, the engine control device 40 sets the opening degree A of the fuel valve 251 to a fuel rich correction opening degree A + predetermined as an opening degree larger than the reference fuel valve opening degree A0. As a result, the opening degree A of the fuel valve 251 is made the fuel rich correction opening degree A +.
ここで、燃料ガスの発熱量が基準発熱量未満である場合、上記したように混合気流量Qmixは基準混合気流量Q0よりも大きい。また、S206の燃料リッチ補正処理により燃料弁251の開度Aが基準燃料弁開度A0よりも大きい燃料リッチ補正開度A+にされた場合、燃料弁251の開度Aが基準燃料弁開度A0である場合よりも、燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの流量(燃料ガス流量Qgas)が増加する。つまり、混合気が燃料リッチ側に移行する。これにより燃焼室111内で燃料ガスが燃焼したときに得られるエネルギーが増加する。得られるエネルギーが増加した場合、混合気流量Qmixがそのままであると、ガスエンジン10の出力OPが負荷Lに応じた出力よりも大きくなってエンジン回転数Rが上昇する。従って、出力OPが負荷Lに応じた出力になるように、すなわちエンジン回転数Rの上昇を抑えてエンジン回転数Rを基準回転数R0に維持するために(基準運転状態を維持するために)、スロットル弁261の開度Bが減少される。これにより混合気流量Qmixが減少して基準混合気流量Q0に戻される。   Here, when the calorific value of the fuel gas is less than the standard calorific value, as described above, the mixed airflow quantity Qmix is larger than the reference mixed airflow quantity Q0. Further, when the opening degree A of the fuel valve 251 is made larger than the reference fuel valve opening degree A0 by the fuel rich correction processing of S206, the opening degree A of the fuel valve 251 is the reference fuel valve opening degree The flow rate of the fuel gas (fuel gas flow rate Qgas) contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111 increases more than in the case of A0. That is, the air-fuel mixture shifts to the fuel rich side. As a result, the energy obtained when the fuel gas burns in the combustion chamber 111 is increased. When the obtained energy increases, the output OP of the gas engine 10 becomes larger than the output according to the load L and the engine rotational speed R rises if the mixed air flow rate Qmix remains unchanged. Therefore, in order to maintain the engine speed R at the reference speed R0 so that the output OP corresponds to the load L, that is, to suppress the increase in the engine speed R (to maintain the reference operating state) The opening degree B of the throttle valve 261 is reduced. As a result, the mixed air flow rate Qmix is reduced and returned to the reference mixed air flow rate Q0.
S206にて燃料リッチ補正処理を実行した後に、エンジン制御装置40はS207に処理を進めて、点火時期進角補正処理を実行する。点火時期進角補正処理では、エンジン制御装置40は、点火プラグ17の作動による燃焼室111内の混合気への点火時期が、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される基準点火時期θ0よりも早くなるように、すなわち点火時期が基準点火時期θよりも進角側に移動するように、点火時期を制御する。   After executing the fuel rich correction process at S206, the engine control device 40 proceeds to S207 to execute the ignition timing advance angle correction process. In the ignition timing advance correction process, the engine control device 40 sets the ignition timing for the mixture in the combustion chamber 111 by the operation of the ignition plug 17 to a reference when the calorific value of the fuel gas is the standard calorific value. The ignition timing is controlled so as to be earlier than the ignition timing θ0, that is, the ignition timing moves to a more advanced side than the reference ignition timing θ.
S206にて燃料リッチ補正処理を実行する場合は、燃焼室111に供給される燃料ガスの発熱量が基準発熱量未満の場合である。発熱量が基準発熱量よりも小さい燃料ガスが燃焼室111に供給された場合、点火から燃焼までに要する時間が、発熱量が基準発熱量の燃料ガスが燃焼室111に供給された場合に点火から燃焼までに要する時間に比べて長い。従って、発熱量が基準発熱量未満の燃料ガスに最適な点火時期は、発熱量が基準発熱量である燃料ガスに最適な点火時期(基準点火時期θ0)よりも早い。よって、燃料リッチ補正処理を実行する場合には、S206にて点火時期進角補正処理を実行して、点火時期を基準点火時期θ0よりも早める(進角側にずらす)ことにより、供給される燃料ガスの発熱量に最適な点火タイミングで燃料ガスに点火することができる。これにより、エンジン効率が向上する。S207の処理を実行した後に、エンジン制御装置40はこのルーチンを終了し、所定の微小時間経過後に再びこのルーチンを起動する。   When the fuel rich correction process is performed in S206, the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber 111 is less than the reference calorific value. When fuel gas whose calorific value is smaller than the standard calorific value is supplied to the combustion chamber 111, the time required from ignition to combustion is ignited when fuel gas whose calorific value is the standard calorific value is supplied to the combustion chamber 111 It is longer than the time it takes from combustion to combustion. Therefore, the ignition timing optimum for fuel gas whose calorific value is less than the standard calorific value is earlier than the ignition timing (standard ignition timing θ0) optimum for fuel gas whose calorific value is the standard calorific value. Therefore, when the fuel rich correction process is performed, the ignition timing advance angle correction process is performed in S206, and the ignition timing is advanced by advancing to the reference ignition timing θ0 (displacement to the advance angle side). The fuel gas can be ignited at an ignition timing that is optimal for the calorific value of the fuel gas. This improves engine efficiency. After executing the processing of S207, the engine control device 40 ends this routine, and starts this routine again after a predetermined minute time has elapsed.
また、S205にて、推定発熱量Eが基準発熱量E0未満ではないと判断した場合、すなわち推定発熱量Eが基準発熱量E0よりも大きい場合(S205:No)、エンジン制御装置40はS208に処理を進めて、燃料リーン補正処理を実行する。燃料リーン補正処理では、エンジン制御装置40は、燃料弁251の開度Aを基準燃料弁開度A0よりも小さい開度として予め定められる燃料リーン補正開度A−に設定する。これにより燃料弁251の開度Aが燃料リーン補正開度A−にされる。   When it is determined in S205 that the estimated heat generation amount E is not less than the reference heat generation amount E0, that is, when the estimated heat generation amount E is larger than the reference heat generation amount E0 (S205: No), the engine control device 40 proceeds to S208. Proceed with the process to execute the fuel lean correction process. In the fuel lean correction process, the engine control device 40 sets the opening degree A of the fuel valve 251 to a fuel lean correction opening degree A− predetermined as an opening degree smaller than the reference fuel valve opening degree A0. As a result, the opening degree A of the fuel valve 251 is made the fuel lean correction opening degree A-.
ここで、燃料ガスの発熱量が基準発熱量よりも大きい場合、上記したように混合気流量Qmixは基準混合気流量Q0よりも小さい。また、S208の燃料リーン補正処理により燃料弁251の開度Aが基準燃料弁開度A0よりも小さい燃料リーン補正開度A−にされた場合、燃料弁251の開度Aが基準燃料弁開度A0である場合よりも、燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの流量(燃料ガス流量Qgas)が減少する。つまり、混合気が燃料リーン側に移行する。これにより燃焼室111内で燃料ガスが燃焼したときに得られるエネルギーが減少する。得られるエネルギーが減少した場合、混合気流量Qmixがそのままであると、ガスエンジン10の出力OPが負荷Lに応じた出力よりも小さくなってエンジン回転数Rが低下する。従って、出力OPが負荷Lに応じた出力になるように、すなわちエンジン回転数Rの低下を抑えてエンジン回転数Rを基準回転数R0に維持するために(基準運転状態を維持するために)、スロットル弁261の開度Bが増加される。これにより混合気流量Qmixが増加して基準混合気流量Q0に戻される。   Here, when the calorific value of the fuel gas is larger than the standard calorific value, as described above, the mixed airflow quantity Qmix is smaller than the reference mixed airflow quantity Q0. In addition, when the opening degree A of the fuel valve 251 is made smaller than the reference fuel opening degree A0 by the fuel lean correction processing of S208, the opening degree A of the fuel valve 251 is the reference fuel opening degree The flow rate of the fuel gas (fuel gas flow rate Qgas) contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111 is smaller than in the case of the degree A0. That is, the air-fuel mixture shifts to the fuel lean side. Thereby, the energy obtained when the fuel gas burns in the combustion chamber 111 is reduced. When the obtained energy decreases, the output OP of the gas engine 10 becomes smaller than the output according to the load L and the engine speed R decreases if the mixed air flow rate Qmix remains unchanged. Therefore, to maintain the engine speed R at the reference speed R0 so that the output OP corresponds to the load L, that is, to suppress the decrease in the engine speed R (to maintain the reference operating state) The opening degree B of the throttle valve 261 is increased. As a result, the mixed air flow rate Qmix is increased and returned to the reference mixed air flow rate Q0.
S208にて燃料リーン補正処理を実行した後に、エンジン制御装置40はS209に処理を進めて、点火時期遅角補正処理を実行する。点火時期遅角補正処理では、エンジン制御装置40は、点火プラグ17の作動による燃焼室111内の混合気への点火時期が、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される基準点火時期θ0よりも遅くなるように、すなわち点火時期が基準点火時期θよりも遅角側に移動するように、点火時期を制御する。   After executing the fuel lean correction process at S208, the engine control device 40 proceeds to S209 to execute the ignition timing retard correction process. In the ignition timing retarding correction process, the engine control device 40 sets the ignition timing for the mixture in the combustion chamber 111 by the operation of the ignition plug 17 to be a reference when the calorific value of the fuel gas is the standard calorific value. The ignition timing is controlled so as to be later than the ignition timing θ0, that is, the ignition timing moves to the retarded side of the reference ignition timing θ.
S208にて燃料リーン補正処理を実行する場合は、燃焼室111に供給される燃料ガスの発熱量が基準発熱量よりも大きい場合である。発熱量が基準発熱量よりも大きい燃料ガスが燃焼室111に供給された場合、点火から燃焼までに要する時間が、発熱量が基準発熱量の燃料ガスが燃焼室111に供給された場合に点火から燃焼までに要する時間に比べて短い。従って、発熱量が基準発熱量よりも大きい燃料ガスに最適な点火時期は、発熱量が基準発熱量である燃料ガスに最適な点火時期よりも遅い。よって、燃料リーン補正処理を実行する場合には、S209にて点火時期遅角補正処理を実行して、点火時期を基準点火時期θ0よりも遅らせる(遅角側にずらす)ことにより、供給される燃料ガスの発熱量に最適な点火タイミングで燃料ガスに点火することができる。これにより、エンジン効率が向上する。S209の処理を実行した後に、エンジン制御装置40はこのルーチンを終了し、所定の微小時間経過後に再びこのルーチンを起動する。   When the fuel lean correction process is performed in S208, the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber 111 is larger than the reference calorific value. When fuel gas whose calorific value is larger than the standard calorific value is supplied to the combustion chamber 111, the time required from ignition to combustion is ignited when fuel gas whose calorific value is the standard calorific value is supplied to the combustion chamber 111 It is shorter than the time it takes from combustion to combustion. Therefore, the optimal ignition timing for fuel gas whose calorific value is larger than the standard calorific value is later than the optimal ignition timing for fuel gas whose calorific value is the standard calorific value. Therefore, when the fuel lean correction process is performed, the ignition timing retard correction process is performed in S209, and the ignition timing is supplied by being delayed (shifted to the retard side) relative to the reference ignition timing θ0. The fuel gas can be ignited at an ignition timing that is optimal for the calorific value of the fuel gas. This improves engine efficiency. After executing the process of S209, the engine control device 40 ends this routine, and starts this routine again after a predetermined minute time has elapsed.
このように、本実施形態では、エンジン制御装置40が燃料弁開度調整処理を実行して、燃焼室111に供給される燃料ガスの発熱量の推定値に応じて燃料弁251の開度Aが調整される。具体的には、燃料ガスの推定発熱量Eが基準発熱量E0未満のときは、燃料弁251の開度を基準燃料弁開度A0よりも大きい開度A+に設定し、燃料ガスの推定発熱量Eが基準発熱量E0よりも大きいときは、燃料弁251の開度を基準燃料弁開度A0よりも小さい開度A−に設定する。つまり、推定発熱量Eが大きいほど開度Aが小さくなるように(推定発熱量Eが小さいほど開度Aが大きくなるように)、燃料弁251の開度Aが調整される。これにより、混合気流量Qmixを、燃料ガスの発熱量の変動にかかわらすほぼ一定の流量(基準混合気流量Q0)に維持することができる。よって、燃料ガスの発熱量の変動に起因して混合気流量Qmixが変動することにより生じる不具合の発生を防止することができる。   As described above, in the present embodiment, the engine control device 40 executes the fuel valve opening degree adjustment process, and the opening degree A of the fuel valve 251 according to the estimated value of the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber 111. Is adjusted. Specifically, when the estimated calorific value E of the fuel gas is less than the reference calorific value E0, the opening degree of the fuel valve 251 is set to an opening degree A + larger than the reference fuel valve opening degree A0, and the estimated heat generation of the fuel gas When the amount E is larger than the reference heat generation amount E0, the opening degree of the fuel valve 251 is set to the opening degree A− smaller than the reference fuel valve opening degree A0. That is, the opening degree A of the fuel valve 251 is adjusted such that the opening degree A becomes smaller as the estimated heat generation amount E becomes larger (the opening degree A becomes larger as the estimated heat generation amount E becomes smaller). As a result, the mixed gas flow rate Qmix can be maintained at a substantially constant flow rate (reference mixed gas flow rate Q0) regardless of fluctuations in the calorific value of the fuel gas. Therefore, it is possible to prevent the occurrence of the problem caused by the fluctuation of the mixed air flow rate Qmix due to the fluctuation of the calorific value of the fuel gas.
また、エンジン制御装置40は、燃料リッチ補正処理を実行して燃料弁251の開度Aが基準燃料弁開度A0よりも大きくされる場合に、点火時期進角補正処理を実行して点火時期を基準点火時期θ0よりも進角させる。さらに、エンジン制御装置40は、燃料リーン補正処理を実行して燃料弁251の開度Aが基準燃料弁開度A0よりも小さくされる場合に、点火時期遅角補正処理を実行して点火時期を基準点火時期θ0よりも遅角させる。エンジン制御装置40がこれらの点火時期進角補正処理及び点火時期遅角補正処理を実行することにより、供給される燃料ガスの発熱量に適した点火時期で混合気に点火することができ、その結果、エンジン効率を向上させることができる。   Further, the engine control device 40 executes the ignition timing advance angle correction processing when the fuel rich correction processing is performed and the opening degree A of the fuel valve 251 is made larger than the reference fuel valve opening degree A0. Is advanced with respect to the reference ignition timing θ0. Furthermore, engine control device 40 executes the ignition timing retarding correction processing when the fuel lean correction processing is performed and the opening degree A of the fuel valve 251 is made smaller than the reference fuel valve opening degree A0. Is retarded more than the reference ignition timing θ0. The engine control device 40 executes the ignition timing advance angle correction processing and the ignition timing retardation correction process, so that the mixture can be ignited at an ignition timing suitable for the calorific value of the supplied fuel gas, As a result, engine efficiency can be improved.
表1は、基準運転状態下で燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量(推定発熱量E)が基準発熱量から基準発熱量未満に変化した際に、エンジン制御装置40が燃料弁開度調整処理を実行した場合における、燃料弁251の開度A、スロットル弁261の開度B、流量比C、吸気負圧PA、混合気流量Qmix、点火時期θの各値の変化の一例を示す表である。表1中の(1)欄は、混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量(45MJ/m)である場合における各値を示し、(2)欄は、混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量から基準発熱量未満の発熱量(40MJ/m)に低下した直後における各値を示し、(3)欄は、エンジン制御装置40が燃料弁開度調整処理を実行した場合における各値を示す。
Table 1 shows the engine control apparatus when the calorific value (estimated calorific value E) of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111 under the standard operating condition changes from the standard calorific value to less than the standard calorific value. The values of the opening A of the fuel valve 251, the opening B of the throttle valve 261, the flow ratio C, the intake negative pressure PA, the mixed air flow Qmix, and the ignition timing θ when the fuel valve opening adjustment process 40 is performed. It is a table showing an example of change of. The column (1) in Table 1 shows each value when the calorific value of the fuel gas contained in the mixture is the reference calorific value (45 MJ / m 3 ), and the column (2) includes the mixture. The respective values immediately after the calorific value of the fuel gas decreases from the calorific value to the calorific value (40 MJ / m 3 ) less than the calorific value are shown, and the column (3) shows that the engine control device 40 adjusts the fuel valve opening. Shows each value when executing.
表1の(1)欄に示すように、燃料ガスの発熱量(推定発熱量E)が基準発熱量(45MJ/m)である場合、燃料弁251の開度Aが基準燃料弁開度A0、スロットル弁261の開度Bが基準スロットル弁開度B0、流量比Cが1:10、吸気負圧PAが基準吸気負圧PA0(−30kPa)、混合気流量Qmixが基準混合気流量Q0(50L/min)、点火時期θが基準点火時期θ0(20°)である。 As shown in column (1) of Table 1, when the calorific value (estimated calorific value E) of the fuel gas is the reference calorific value (45 MJ / m 3 ), the opening degree A of the fuel valve 251 is the reference fuel valve opening degree A0, the opening degree B of the throttle valve 261 is the reference throttle valve opening degree B0, the flow ratio C is 1:10, the intake negative pressure PA is the reference intake negative pressure PA0 (-30 kPa), and the mixture flow rate Qmix is the reference mixture flow rate Q0 (50 L / min), the ignition timing θ is the reference ignition timing θ0 (20 °).
表1の(1)欄に示す状態から、(2)欄に示すように燃料ガスの発熱量(推定発熱量E)が基準発熱量(45MJ/m)から40MJ/mに低下した場合、エンジン回転数の低下を抑制するためにスロットル弁261の開度Bが基準スロットル弁開度B0よりも大きい開度B+にされる。また、それに伴い、吸気負圧PAが基準吸気負圧PA0(−30kPa)からそれよりも大きい(負方向に小さい)圧力(−25kPa)に上昇するとともに、混合気流量Qmixが基準混合気流量Q0(50L/min)からそれよりも大きい流量(55L/min)に増加する。 From the state shown in (1) column of Table 1, (2) if the calorific value of the fuel gas as shown in the column (the estimated amount of heat generation E) is decreased reference calorific value from (45 MJ / m 3) to 40 MJ / m 3 The opening degree B of the throttle valve 261 is set to an opening degree B + larger than the reference throttle valve opening degree B0 in order to suppress a decrease in the engine speed. Also, along with that, the intake negative pressure PA increases from the reference intake negative pressure PA0 (−30 kPa) to a pressure (−25 kPa) that is larger (smaller in the negative direction), and the mixture flow rate Qmix becomes the reference mixture flow rate Q0. It increases from (50 L / min) to a larger flow rate (55 L / min).
表1の(2)欄に示す状態である場合、エンジン制御装置40は、燃料弁開度調整処理の中で、燃料リッチ補正処理及び点火時期進角補正処理を実行する。燃料リッチ補正処理により、(3)欄に示すように、燃料弁251の開度Aが基準燃料弁開度A0よりも大きい燃料リッチ補正開度A+にされる。これにより混合気に含まれる燃料ガスの割合が増加して、流量比Cが、1:10から1.1:10に変化する。また、混合気に含まれる燃料ガスの割合が増加することによって、得られるエネルギーが増加するため、混合気流量Qmixが55L/minのままであると、ガスエンジン10の出力OPが負荷Lに対して過剰となりエンジン回転数Rが上昇する。エンジン回転数Rの上昇を抑制するために混合気流量Qmixが減少される。これにより、混合気流量Qmixが55L/minから基準混合気流量Q0(50L/min)に戻される。さらに、点火時期進角補正処理の実行により、点火時期θが基準点火時期θ0(20°)からそれよりも早い点火時期である22°に進角される。これによりエンジン効率が向上する。   In the state shown in the (2) column of Table 1, the engine control device 40 executes the fuel rich correction process and the ignition timing advance angle correction process in the fuel valve opening degree adjustment process. By the fuel rich correction process, as shown in the (3) column, the opening degree A of the fuel valve 251 is made the fuel rich correction opening degree A + larger than the reference fuel valve opening degree A0. As a result, the ratio of the fuel gas contained in the mixture increases, and the flow ratio C changes from 1:10 to 1.1: 10. Further, the energy obtained can be increased by increasing the ratio of the fuel gas contained in the mixture gas, so the output OP of the gas engine 10 with respect to the load L when the mixture flow rate Qmix remains at 55 L / min. As a result, the engine speed R rises. In order to suppress the increase of the engine speed R, the mixed air flow rate Qmix is reduced. As a result, the mixed air flow rate Qmix returns from 55 L / min to the reference mixed air flow rate Q0 (50 L / min). Furthermore, execution of the ignition timing advance correction process advances the ignition timing θ from the reference ignition timing θ0 (20 °) to 22 °, which is an ignition timing earlier than that. This improves engine efficiency.
表2は、基準運転状態下で燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量(推定発熱量E)が、基準発熱量から基準発熱量よりも大きい発熱量に変化した際に、エンジン制御装置40が燃料弁開度調整処理を実行した場合における、燃料弁251の開度A、スロットル弁261の開度B、流量比C、吸気負圧PA、混合気流量Qmix、点火時期θの各値の変化の一例を示す表である。表2中の(1)欄は、混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量(45MJ/m)である場合における各値を示し、(2)欄は、混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量から基準発熱量よりも大きい発熱量(50MJ/m)に上昇した直後における各値を示し、(3)欄は、エンジン制御装置40が燃料弁開度調整処理を実行した場合における各値を示す。
Table 2 shows the case where the calorific value (estimated calorific value E) of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111 under the standard operating condition changes from the standard calorific value to a calorific value larger than the standard calorific value. When the engine control device 40 executes the fuel valve opening adjustment process, the opening A of the fuel valve 251, the opening B of the throttle valve 261, the flow ratio C, the intake negative pressure PA, the mixed air flow Qmix, ignition It is a table which shows an example of change of each value of time theta. The column (1) in Table 2 shows each value when the calorific value of the fuel gas contained in the mixture is the reference calorific value (45 MJ / m 3 ), and the column (2) includes the mixture. The respective values immediately after the calorific value of the fuel gas rises from the standard calorific value to the calorific value (50 MJ / m 3 ) larger than the standard calorific value, the column (3) shows that the engine control device 40 adjusts the fuel valve opening Indicates each value when processing is performed.
表2の(1)欄に示すように、燃料ガスの発熱量(推定発熱量E)が基準発熱量(45MJ/m)である場合、燃料弁251の開度Aが基準燃料弁開度A0、スロットル弁261の開度Bが基準スロットル弁開度B0、流量比Cが1:10、吸気負圧PAが基準吸気負圧PA0(−30kPa)、混合気流量Qmixが基準混合気流量Q0(50L/min)、点火時期θが基準点火時期θ0(20°)である。 As shown in column (1) of Table 2, when the calorific value (estimated calorific value E) of the fuel gas is the reference calorific value (45 MJ / m 3 ), the opening degree A of the fuel valve 251 is the reference fuel valve opening degree A0, the opening degree B of the throttle valve 261 is the reference throttle valve opening degree B0, the flow ratio C is 1:10, the intake negative pressure PA is the reference intake negative pressure PA0 (-30 kPa), and the mixture flow rate Qmix is the reference mixture flow rate Q0 (50 L / min), the ignition timing θ is the reference ignition timing θ0 (20 °).
表2の(1)欄に示す状態から、(2)欄に示すように燃料ガスの発熱量が基準発熱量(45MJ/m)から50MJ/mに上昇した場合、エンジン回転数の上昇を抑制するためにスロットル弁261の開度Bが基準スロットル弁開度B0よりも小さい開度B−にされる。また、それに伴い、吸気負圧PAが基準吸気負圧PA0(−30kPa)からそれよりも小さい(負方向に大きい)圧力(−35kPa)に低下するとともに、混合気流量Qmixが基準混合気流量Q0(50L/min)からそれよりも小さい流量(45L/min)に減少する。 From the state shown in (1) column of Table 2, (2) if the calorific value of the fuel gas as shown in the column rises reference calorific value from (45 MJ / m 3) to 50 MJ / m 3, increase in the engine speed The opening degree B of the throttle valve 261 is set to an opening degree B− smaller than the reference throttle valve opening degree B0 in order to suppress Also, along with that, the intake negative pressure PA drops from the reference intake negative pressure PA0 (−30 kPa) to a smaller (larger in the negative direction) pressure (−35 kPa), and the mixture flow rate Qmix becomes the reference mixture flow rate Q0. It decreases from (50 L / min) to a smaller flow rate (45 L / min).
表2の(2)欄に示す状態である場合、エンジン制御装置40は、燃料弁開度調整処理の中で、燃料リーン補正処理及び点火時期遅角補正処理を実行する。燃料リーン補正処理により、(3)欄に示すように、燃料弁251の開度Aが基準燃料弁開度A0よりも小さい燃料リーン補正開度A−にされる。これにより混合気に含まれる燃料ガスの割合が減少して、流量比Cが、1:10から0.9:10に変化する。また、混合気に含まれる燃料ガスの割合が減少することによって、得られるエネルギーが減少するため、混合気流量Qmixが45L/minのままであると、出力OPが負荷Lに対して不足しエンジン回転数Rが低下する。エンジン回転数Rの低下を抑制するために混合気流量Qmixが増加される。これにより、混合気流量Qmixが45L/minから基準混合気流量(50L/min)に戻される。さらに、点火時期遅角補正の実行により、点火時期θが基準点火時期θ0(20°)からそれよりも遅い点火時期である18°に遅角される。これによりエンジン効率が向上する。   In the state shown in column (2) of Table 2, the engine control device 40 executes the fuel lean correction process and the ignition timing retardation correction process in the fuel valve opening degree adjustment process. By the fuel lean correction processing, as shown in the (3) column, the opening degree A of the fuel valve 251 is made the fuel lean correction opening degree A− smaller than the reference fuel valve opening degree A0. As a result, the ratio of fuel gas contained in the mixture decreases, and the flow ratio C changes from 1:10 to 0.9: 10. In addition, since the energy obtained can be reduced by decreasing the ratio of the fuel gas contained in the mixture, the output OP will be insufficient for the load L if the mixture flow rate Qmix remains at 45 L / min. The number of revolutions R decreases. In order to suppress a decrease in engine speed R, the mixed air flow rate Qmix is increased. As a result, the mixed air flow rate Qmix returns from 45 L / min to the reference mixed air flow rate (50 L / min). Further, the execution of the ignition timing retardation correction retards the ignition timing θ from the reference ignition timing θ0 (20 °) to 18 °, which is a later ignition timing. This improves engine efficiency.
このように、本実施形態によれば、燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量に応じて、燃料弁251の開度A及び点火時期が調整される。これにより、混合気流量Qmixを燃料ガスの発熱量の変動にかかわらずほぼ一定に維持することができるとともに、供給される燃料ガスに最適な点火時期にて混合気に点火させることができ、その結果、エンジン効率を向上させることができる。   Thus, according to the present embodiment, the opening degree A of the fuel valve 251 and the ignition timing are adjusted in accordance with the calorific value of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111. As a result, the mixed air flow rate Qmix can be maintained substantially constant regardless of fluctuations in the calorific value of the fuel gas, and the mixed gas can be ignited at the optimum ignition timing for the supplied fuel gas, As a result, engine efficiency can be improved.
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきではない。例えば、エンジン制御装置40は、燃料リッチ補正処理及び点火時期進角補正処理を実行する場合、基準発熱量E0と推定発熱量Eとの差(E0−E)が大きいほど開度Aが大きく且つ点火時期θがより早くなるように、開度A及び点火時期θを設定することができる。また、エンジン制御装置40は、燃料リーン補正処理及び点火時期遅角補正処理を実行する場合、推定発熱量Eと基準発熱量E0との差(E−E0)が大きいほど開度Aが小さく且つ点火時期θがより遅くなるように、開度A及び点火時期θを設定することができる。つまり、推定発熱量Eと基準発熱量E0との差に応じて、最適な開度A及び点火時期θを設定することができる。また、推定発熱量と基準発熱量とを比較することなしに、推定発熱量Eが大きいほど開度Aが小さく且つ点火時期θが遅くなるように(推定発熱量Eが小さいほど開度Aが大きく且つ点火時期θが早くなるように)、推定発熱量Eに基づいて開度A及び点火時期θを設定することができる。この場合でも、エンジン制御装置40は、推定発熱量が基準発熱量未満のときに燃料リッチ補正処理を実施し、推定発熱量が基準発熱量よりも大きいときに燃料リーン補正処理を実施していることになり、且つ、燃料リッチ補正処理を実施した場合に点火時期進角補正処理を実施し、燃料リーン補正を実施した場合に点火時期遅角補正処理を実施していることになる。また、燃料リッチ補正処理及び燃料リーン補正処理によって設定される最適な開度A、及び、点火時期進角補正処理及び点火時期遅角補正処理によって設定される最適な点火時期θは、流量比Cにより異なると考えられる。従って、エンジン制御装置40は、流量比Cに応じて、上記処理により開度A及び点火時期θを設定することができる。また、上記実施形態では、ガスエンジン10の出力軸14に、負荷軸60として圧縮機70の出力軸を接続した例を示したが、それ以外の動力を必要とする部品をガスエンジン10の出力軸14に接続することができる。また、上記実施形態では、基準運転状態であるときの吸気配管24内の吸気負圧PAに基づいて、燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を推定する例を示したが、上記説明からわかるように、吸気負圧PAの変化は、吸気配管24を流れる混合気の流量(混合気流量Qmix)の変化、及び、スロットル弁開度Bの変化を伴う。従って、吸気負圧PAに代えて、基準運転状態であるときの混合気流量Qix、或いは、スロットル弁開度Bに基づいて、燃焼室111に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を推定することもできる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。   As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention should not be limited to the said embodiment. For example, when the engine control device 40 executes the fuel rich correction process and the ignition timing advance angle correction process, the larger the difference (E0-E) between the reference calorific value E0 and the estimated calorific value E, the larger the opening degree A becomes. The opening degree A and the ignition timing θ can be set so that the ignition timing θ becomes earlier. Further, when the engine control device 40 executes the fuel lean correction process and the ignition timing retardation correction process, the opening degree A decreases as the difference (E−E0) between the estimated heat generation amount E and the reference heat generation amount E0 increases. The opening degree A and the ignition timing θ can be set so that the ignition timing θ becomes later. That is, the optimum opening degree A and the ignition timing θ can be set in accordance with the difference between the estimated heat generation amount E and the reference heat generation amount E0. In addition, without comparing the estimated heat generation amount with the reference heat generation amount, the opening degree A becomes smaller as the estimated heat generation amount E becomes larger and the ignition timing θ becomes later (the opening degree A becomes smaller as the estimated heat generation amount E becomes smaller. The opening degree A and the ignition timing θ can be set based on the estimated heat generation amount E so that the ignition timing θ becomes large and the ignition timing θ becomes earlier. Even in this case, the engine control device 40 performs the fuel rich correction process when the estimated heat generation amount is less than the reference heat generation amount, and performs the fuel lean correction process when the estimated heat generation amount is larger than the reference heat generation amount. As a result, the ignition timing advance correction processing is performed when the fuel rich correction processing is performed, and the ignition timing retardation correction processing is performed when the fuel lean correction is performed. Further, the optimum opening A set by the fuel rich correction process and the fuel lean correction process, and the optimum ignition timing θ set by the ignition timing advance angle correction process and the ignition timing retard correction process have the flow ratio C. Is considered to be different. Therefore, the engine control device 40 can set the opening degree A and the ignition timing θ according to the above process according to the flow rate ratio C. In the above embodiment, an example in which the output shaft of the compressor 70 is connected as the load shaft 60 to the output shaft 14 of the gas engine 10 has been described. However, the components requiring other motive power are the output of the gas engine 10 It can be connected to the shaft 14. Further, in the above embodiment, an example is shown in which the calorific value of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111 is estimated based on the intake negative pressure PA in the intake pipe 24 in the reference operation state. However, as can be understood from the above description, the change of the intake negative pressure PA is accompanied by the change of the flow rate of the air-fuel mixture flowing through the intake pipe 24 (the mixed air flow amount Qmix) and the change of the throttle valve opening degree B. Therefore, instead of the intake negative pressure PA, the calorific value of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 111 based on the mixed air flow rate Qix in the reference operation state or the throttle valve opening degree B. Can also be estimated. Thus, the present invention can be modified without departing from the scope of the invention.
1…ガスエンジンシステム、10…ガスエンジン、11…エンジン本体、111…燃焼室、12…ピストン、14…出力軸、17…点火プラグ、20…吸気系統部品、21…燃料配管、22…空気配管、23…ミキサ、24…吸気配管、25…燃料弁調整機構、251…燃料弁、252…燃料弁モータ、26…スロットル弁調整機構、261…スロットル弁、262…スロットル弁モータ、30…排気系統部品、40…エンジン制御装置(制御装置)、51…回転数検出センサ、52…燃料弁開度センサ、53…スロットル弁開度センサ、54…吸気圧センサ、55…吸入圧力センサ、56…吐出圧力センサ、60…負荷軸、70…圧縮機、A…燃料弁の開度、A−…燃料リーン補正開度、A+…燃料リッチ補正開度、A0…基準燃料弁開度、B…スロットル弁の開度、C…流量比、E…推定発熱量、E0…基準発熱量、L…負荷、PA…吸気負圧、PA0…基準吸気負圧、Q0…基準混合気流量、Qmix…混合気流量、R…エンジン回転数、R0…基準回転数、θ…点火時期、θ0…基準点火時期 Reference Signs List 1 gas engine system 10 gas engine 11 engine body 111 combustion chamber 12 piston 14 output shaft 17 spark plug 20 intake system component 21 fuel piping 22 air piping , 23: mixer, 24: intake pipe, 25: fuel valve adjustment mechanism, 251: fuel valve, 252: fuel valve motor, 26: throttle valve adjustment mechanism, 261: throttle valve, 262: throttle valve motor, 30: exhaust system Parts 40 Engine control device (control device) 51 Rotational speed detection sensor 52 Fuel valve opening sensor 53 Throttle valve opening sensor 54 Intake pressure sensor 55 Suction pressure sensor 56 Discharge Pressure sensor 60 Load axis 70 Compressor A A fuel valve opening A-Fuel lean correction opening A + Fuel rich correction opening A 0 Reference fuel valve opening B: Opening of throttle valve, C: Flow ratio, E: Estimated heat generation amount, E0: Reference heat generation amount, L: Load, PA: Intake negative pressure, PA0: Reference intake negative pressure, Q0: Reference mixed air flow rate, Qmix ... Mixed air flow, R ... Engine speed, R 0 ... Reference speed, θ ... Ignition timing, θ 0 ... Reference ignition timing

Claims (5)

  1. 燃料ガスと空気との混合気が供給される燃焼室が内部に形成され、燃焼室内の混合気が点火されることにより駆動力を発生するガスエンジンと、
    燃料ガスが流通する燃料配管と、
    前記燃料配管を流通する燃料ガスと空気との混合気が流通するとともに、流通する混合気を前記燃焼室に供給するための吸気配管と、
    前記燃料配管に設けられ、前記燃料配管を流通する燃料ガスの流量を調整することができるように構成された燃料弁と、
    前記吸気配管に設けられ、前記燃焼室に供給される混合気の流量を調整することができるように構成されたスロットル弁と、
    前記燃料弁の開度及び前記スロットル弁の開度を制御する制御装置と、
    を備え、
    前記制御装置は、前記ガスエンジンの運転状態が、前記ガスエンジンの回転数及び前記ガスエンジンにかかる負荷が所定の基準値である基準運転状態であるときに、前記燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を、前記吸気配管内の吸気負圧、前記スロットル弁の開度、前記吸気配管を流れる混合気の流量、のいずれかに基づいて推定する発熱量推定処理を実行し得るように構成される、ガスエンジンシステム。
    A gas engine in which a combustion chamber to which a mixture of fuel gas and air is supplied is formed and which generates a driving force by igniting the mixture in the combustion chamber;
    Fuel piping through which fuel gas flows,
    An intake pipe for supplying a mixture of the fuel gas and the air flowing through the fuel pipe to the combustion chamber while the mixture of the fuel gas and the air flows.
    A fuel valve provided in the fuel pipe and configured to adjust a flow rate of fuel gas flowing through the fuel pipe;
    A throttle valve provided in the intake pipe and configured to adjust a flow rate of the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber;
    A control device that controls the opening degree of the fuel valve and the opening degree of the throttle valve;
    Equipped with
    The controller controls the mixture supplied to the combustion chamber when the operating condition of the gas engine is a reference operating condition where the number of revolutions of the gas engine and the load on the gas engine are predetermined reference values. Heat generation amount estimation processing to estimate the heat generation amount of the fuel gas contained in the air intake pipe based on any of the intake negative pressure in the intake pipe, the opening degree of the throttle valve, and the flow rate of the mixture flowing through the intake pipe Gas engine system, which is configured to be able to.
  2. 請求項1に記載のガスエンジンシステムにおいて、
    前記発熱量推定処理は、
    前記吸気配管内の吸気負圧を取得する吸気負圧取得処理と、
    前記吸気負圧取得処理にて取得した吸気負圧に基づいて、前記燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量の推定値である推定発熱量を演算する推定発熱量演算処理と
    を含む、ガスエンジンシステム。
    In the gas engine system according to claim 1,
    The heat generation amount estimation process is
    Intake negative pressure acquisition processing for acquiring intake negative pressure in the intake pipe;
    Estimated heat generation amount calculation processing for calculating an estimated heat generation amount which is an estimated value of the heat generation amount of the fuel gas contained in the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber based on the intake negative pressure acquired in the intake negative pressure acquisition processing Gas engine system, including and.
  3. 請求項2に記載のガスエンジンシステムにおいて、
    前記推定発熱量演算処理は、ガスエンジンの運転状態が前記基準運転状態である場合における、吸気負圧と燃料ガスの発熱量との相関関係を利用して、前記推定発熱量を演算する処理である、ガスエンジンシステム。
    In the gas engine system according to claim 2,
    The estimated heat value calculation process is a process of calculating the estimated heat value using the correlation between the intake negative pressure and the heat value of the fuel gas when the operating condition of the gas engine is the reference operating condition. There is a gas engine system.
  4. 請求項2又は3に記載のガスエンジンシステムにおいて、
    前記制御装置は、
    前記発熱量推定処理にて演算された前記推定発熱量が予め定められた基準発熱量未満である場合に、前記燃料弁の開度を、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される基準燃料弁開度よりも大きい開度に設定する燃料リッチ補正処理と、
    前記発熱量推定処理にて演算された前記推定発熱量が前記基準発熱量よりも大きい場合に、前記燃料弁の開度を前記基準燃料弁開度よりも小さい開度に設定する燃料リーン補正処理と、
    を実行し得るように構成される、ガスエンジンシステム。
    In the gas engine system according to claim 2 or 3,
    The controller is
    When the estimated calorific value calculated in the calorific value estimation process is less than a predetermined standard calorific value, the opening degree of the fuel valve is set when the calorific value of fuel gas is the standard calorific value Fuel rich correction processing to set the opening degree larger than the reference fuel valve opening degree
    Fuel lean correction processing for setting the opening degree of the fuel valve to an opening degree smaller than the reference fuel valve opening degree when the estimated heat generation amount calculated in the heat generation amount estimation processing is larger than the reference heat generation amount When,
    A gas engine system, configured to be able to perform.
  5. 請求項4に記載のガスエンジンシステムにおいて、
    前記制御装置は、
    前記燃料リッチ補正処理が実行される場合に実行され、前記燃焼室内での混合気の点火時期を、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される基準点火時期よりも進角させる点火時期進角補正処理と、
    前記燃料リーン補正処理が実行される場合に実行され、前記燃焼室での混合気の点火時期を前記基準点火時期よりも遅角させる点火時期遅角補正処理と、
    を実行し得るように構成される、ガスエンジンシステム。
    In the gas engine system according to claim 4,
    The controller is
    This is executed when the fuel rich correction process is performed, and advances the ignition timing of the air-fuel mixture in the combustion chamber more than the reference ignition timing set when the calorific value of the fuel gas is the standard calorific value. Ignition timing advance correction processing,
    Ignition timing retardation correction processing which is executed when the fuel lean correction processing is executed and retards the ignition timing of the air-fuel mixture in the combustion chamber with respect to the reference ignition timing;
    A gas engine system, configured to be able to perform.
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