JP4418124B2 - ガスエンジンの副室差圧制御装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、副室内において副室ガス供給路を通して供給される着火用燃料ガスと燃焼室から副室噴口を通って流入する希薄混合気とを混合して形成される濃混合気に着火するように構成されたガスエンジンにおいて副室ガス供給路と給気管路との差圧を制御する副室差圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ガス等の清浄ガスを主燃料とするガスエンジンは、副室内において副室ガス供給路を通して供給される着火用燃料ガスと燃焼室から副室噴口を通って流入する希薄混合気とを混合して形成される濃混合気に着火する副室式希薄燃焼ガスエンジンが多く用いられている。
【０００３】
図４はかかる副室式希薄燃焼ガスエンジンの１例を示す燃焼室近傍の要部断面図である。
図４において、４２はシリンダヘッド、４３はピストン、４４は該ピストン４３の上面に凹設された燃焼室（主室）、０４７は前記シリンダヘッドの中央部に固定された副室口金である。４１は該副室口金０４７の内部に形成された下部副室、４８は該下部副室４１の上部に連設された上部副室で、該下部副室４１及び上部副室４８により副室２を構成する。
４９はトーチ着火用の副室ガスが通流する副室ガス通路である。４５はガス弁本体４６内に往復摺動自在に嵌合された副室ガス弁で、開閉により前記副室ガス通路４９と前記副室２との間を連通あるいは遮断する。５０は前記副室２内の副室ガスに点火して着火するための点火プラグである。
【０００４】
かかる副室式希薄燃焼ガスエンジンにおいては、給気管路を経て空気過剰率１・７〜２・２程度の混合気を前記燃焼室４４に供給する主室ガス系統と、副室ガス供給管から前記副室ガス通路４９及び副室ガス弁４５を経て副室２に着火用として理論混合比付近の混合気を供給する副室ガス系統との２系統の燃料ガス系統を有している。
前記副室ガス系統は、副室２内において理論混合比付近の混合気とするため、副室ガス供給路内の圧力を給気管路内の圧力よりも若干高めに調整して燃料ガスを副室２内に送給するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、かかるガスエンジンにおいては、副室ガス供給路内の圧力と給気管路内の圧力との差圧即ち副室差圧を所望値に調整して燃料ガスを副室に送給するようになっているが、該副室差圧はエンジンの燃焼状態を左右する大きな因子であり、エンジン出力及びエンジン回転数等のエンジン運転条件によって変化し、かかる副室差圧が適正範囲外になると、エンジン出力の低下やエンジン停止、失火、排ガス性能の悪化、ハンチング現象、等の異常現象を引き起こす。
【０００６】
かかる副室差圧の過大あるいは過小に伴う異常現象の発生を回避する手段として、従来は副室ガス供給路に機械的に前記副室差圧を制御する手段として機械式差圧レギュレータを設けて副室差圧を調整する手段が提供されている。
かかる手段にあっては、副室ガス供給路に始動及び低負荷運転時における失火防止のためのニードル弁及び電磁弁を設けて、該電磁弁の閉時に前記ニードル弁部に圧力損失を発生させることによりエンジンに作用する実質的な差圧を低減させ、また始動時には上流側に設けたスローオープン弁によって差圧値をエンジン回転数の上昇に一致させるように調整している。
【０００７】
しかしながら、かかる従来技術にあっては、機械式差圧レギュレータによる１方向の圧力制御であるため、エンジン出力及びエンジン回転数等のエンジン運転条件によって変化する副室差圧を該エンジン運転条件に完全に追従させて調整することができず、また燃料ガスのガス源側の元圧が変化した場合には副室差圧が変化し、該副室差圧の制御精度が低くなる。
またかかる従来技術にあっては、機械式差圧レギュレータによる１方向の単純制御であるため、副室差圧の制御によって低負荷時における混合気過濃による失火やハンチングの発生を防止することはできない。
【０００８】
また前記のように、機械式差圧レギュレータによる１方向の圧力制御であるため、副室差圧制御の応答性が前記機械式差圧レギュレータの応答性によって支配され、応答性の調整ができず高い応答性は得られ難い。また、前記電磁弁の閉状態では、負荷投入時に副室の燃料ガスが不足するため負荷の投入性が悪い。
等の問題点を有している。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、エンジン出力及びエンジン回転数等のエンジン運転条件の変化に追従して副室差圧を制御可能として、エンジン運転条件に適合しかつガス源側の元圧の変動等に影響されることなく副室差圧を高精度かつ高い応答性で以って調整でき、エンジンの失火やハンチング等のエンジン性能不良の発生を防止可能な副室差圧制御を実現できるガスエンジンの副室差圧制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、給気管路にて燃料ガスと空気とが混合された希薄混合気を該給気管路を通して燃焼室内に導入し、副室内において副室ガス供給路を通して供給される着火用燃料ガスと前記燃焼室から副室噴口を通って流入する前記希薄混合気とを混合して形成される濃混合気に着火し、この着火火炎を前記副室噴口から燃焼室内に噴出せしめて該燃焼室内の希薄混合気を完全燃焼するように構成されたガスエンジンにおける副室差圧制御装置において、前記副室ガス供給路に設けられて該副室ガス供給路の通路面積を調整する副室ガス調整弁と、該副室ガス調整弁の下流側の前記副室ガス供給路と前記希薄混合気を燃焼室に導入する給気管路との差圧即ち副室差圧を検出する副室差圧検出器と、エンジン出力及びエンジン回転数と前記副室差圧との関係が予め設定されるとともにエンジン出力検出器及びエンジン回転数検出器からエンジン出力及びエンジン回転数の検出値が夫々入力され前記エンジン出力及びエンジン回転数と副室差圧との関係の設定値から前記エンジン出力及びエンジン回転数の検出値に対応する差圧目標値Ｐ ０ を算出する差圧目標値設定手段、及び前記差圧目標値設定手段から入力される差圧目標値と前記副室差圧検出器から入力される副室差圧の検出値との偏差を算出し該偏差に基づき前記副室差圧が前記差圧目標値になるように前記副室ガス調整弁の開度を制御するガス調整弁制御手段を有する差圧制御装置とを備え、さらに、差圧制御装置は前記差圧目標値設定手段にて算出される差圧目標値Ｐ ０ をガスエンジンの失火を抑えるような差圧値およびガスエンジンのハンチングを抑えるような差圧値およびガスエンジンにて発生するＮＯｘ排出量を許容ＮＯｘ排出量以下に抑えるような差圧値にそれぞれ補正する差圧目標値補正手段を備え、前記差圧目標値補正手段は、エンジン出力またはエンジン回転数と副室差圧とに対して失火域および不安定燃焼域の関係が設定された差圧目標値補正線図に基づいて失火を阻止する副室差圧目標値の失火補正係数ｋ １ 、ハンチングを阻止するハンチング補正係数ｋ ２ 、およびＮＯｘ排出量を許容値以内にするＮＯｘ補正係数ｋ ３ を算出し、さらに、前記差圧目標値補正手段は失火検出器にて失火が検出されたとき前記差圧目標値設定手段にて算出された差圧目標値Ｐ ０ に前記失火補正係数ｋ １ を乗じて下限値より下がらない範囲内で小さくする補正をし、ハンチング検出器にてハンチングが検出されたときまたはＮＯｘ検出器で許容ＮＯｘ排出量以上が検出されたとき前記差圧目標値設定手段にて算出された差圧目標値Ｐ ０ に前記ハンチング補正係数ｋ ２ を乗じてまたはＰ ０ に前記ＮＯｘ補正係数ｋ ３ を乗じて上限値を超えない範囲内で大きくする補正をすることを特徴とするガスエンジンの副室差圧制御装置を提案する。
【００１１】
請求項２記載の発明は前記ガス調整弁制御手段の具体的構成に係り、請求項１において、前記ガス調整弁制御手段は、前記差圧目標値設定手段から入力される差圧目標値を補正した補正差圧目標値と前記副室差圧検出器から入力される副室差圧の検出値との偏差を算出する減算部と、該減算部から入力される前記偏差に基づきＰＩＤ（比例、積分、微分）演算を行って前記副室差圧が前記補正差圧目標値になるような前記副室ガス調整弁の開度を算出するガス調整弁制御部とを備えてなることを特徴とする。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
かかる発明によれば、副室差圧検出器にて副室差圧即ち副室ガス調整弁の下流側の副室ガス供給路と希薄混合気を燃焼室に導入する給気管路との差圧を検出して差圧制御装置にフイードバックするとともに、該差圧制御装置の差圧目標値設定手段にエンジン出力及びエンジン回転数を検出して入力し、該差圧目標値設定手段において予め設定されたエンジン出力及びエンジン回転数と前記副室差圧との関係の設定値から前記エンジン出力及びエンジン回転数の検出値に対応する差圧目標値を算出し、ガス調整弁制御手段において前記差圧目標値と前記副室差圧検出器からフイードバックされる副室差圧検出値との偏差を算出して該偏差に基づきＰＩＤ（比例、積分、微分）演算を行って前記副室差圧が前記差圧目標値になるような副室ガス調整弁の開度を算出し、前記副室差圧が前記差圧目標値になるように該副室ガス調整弁のガス通路面積を制御するので、エンジン出力及びエンジン回転数等のエンジン運転条件に対応するきめ細かい差圧目標値の設定が可能となるとともに該エンジン運転条件に追従して前記差圧目標値を変化させることが可能となり、該副室差圧を該エンジン運転条件に完全に追従させてきめ細かく調整することができる。
さらに、差圧制御装置は前記差圧目標値設定手段にて算出される差圧目標値Ｐ ０ をガスエンジンの失火を抑えるような差圧値およびガスエンジンのハンチングを抑えるような差圧値およびガスエンジンにて発生するＮＯｘ排出量を許容ＮＯｘ排出量以下に抑えるような差圧値にそれぞれ補正する差圧目標値補正手段を備え、前記差圧目標値補正手段は、エンジン出力またはエンジン回転数と副室差圧とに対して失火域および不安定燃焼域の関係が設定された差圧目標値補正線図に基づいて失火を阻止する副室差圧目標値の失火補正係数ｋ １ 、ハンチングを阻止するハンチング補正係数ｋ ２ 、およびＮＯｘ排出量を許容値以内にするＮＯｘ補正係数ｋ ３ を算出し、さらに、前記差圧目標値補正手段は失火検出器にて失火が検出されたとき前記差圧目標値設定手段にて算出された差圧目標値Ｐ ０ に前記失火補正係数ｋ １ を乗じて下限値より下がらない範囲内で小さくする補正をし、ハンチング検出器にてハンチングが検出されたときまたはＮＯｘ検出器で許容ＮＯｘ排出量以上が検出されたとき前記差圧目標値設定手段にて算出された差圧目標値Ｐ ０ に前記ハンチング補正係数ｋ ２ を乗じてまたはＰ ０ に前記ＮＯｘ補正係数ｋ ３ を乗じて上限値を超えない範囲内で大きくする補正をすることで、失火やハンチングの発生が回避されるとともにＮＯｘ排出量を許容値以下に保持してガスエンジンを安定して運転することができる。
【００１６】
また前記のようにして設定された差圧目標値と副室差圧検出器からフイードバックされる副室差圧検出値との偏差に基づき該副室ガス調整弁のガス通路面積を制御する副室差圧のフイードバック制御であるので、過渡的な副室差圧の変化等の、副室差圧の変化に迅速に追従した高い応答性で以ってかつ連続的に副室差圧を制御することが可能となる。
【００１７】
これにより、副室差圧を、燃料ガスのガス源側元圧の変化や副室ガス供給及び制御機器の応答性に影響されることなく、エンジン運転条件に適合した高精度でかつ高い応答性で以って制御することができるとともに、エンジンの全負荷域で安定した負荷投入性が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、ガスエンジンの失火を検出し、またガスエンジンのハンチングを検出し、さらにはガスエンジンのＮＯｘ（窒素酸化物）排出量を検出して差圧目標値補正手段に入力し、該差圧目標値補正手段において前記差圧目標値を、失火の発生しない差圧値に補正し、あるいはハンチングの発生しない差圧値に補正し、あるいはＮＯｘ排出量が該ガスエンジンの運転条件に対応する許容ＮＯｘ排出量以下になるような差圧値に補正して、この補正差圧目標値に基づきガス調整弁制御手段により副室ガス調整弁の流量調整を行うので、ガスエンジン１において失火やハンチングの発生があり、あるいはＮＯｘ排出量が許容ＮＯｘ排出量以上となる事態となっても、かかる事態に迅速に追従して副室差圧を適正値に調整することが可能となる。
これにより、失火やハンチングの発生が回避されるとともにＮＯｘ排出量を許容値以下に保持してガスエンジンを安定して運転することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２０】
図１は本発明の実施例に係るガスエンジンの副室差圧制御装置の全体構成を示すブロック図、図２は前記実施例における差圧目標値設定線図、図３は前記実施例における差圧目標値補正線図である。図４は本発明が適用される副室式希薄燃焼ガスエンジンの燃焼室近傍の要部断面図である。
【００２１】
本発明が適用される副室式希薄燃焼ガスエンジンを示す図４において、４２はエンジンのシリンダヘッド、４３はピストン、４４は該ピストン４３の上面に凹設された燃焼室（主室）、０４７は前記シリンダヘッドの中央部に固定された副室口金である。４１は該副室口金０４７の内部に形成された下部副室、４８は該下部副室４１の上部に連設された上部副室で、該下部副室４１及び上部副室４８により副室２を構成する。
４９は副室ガス供給管４（図１参照）から導入されるトーチ着火用の副室ガスが通流する副室ガス通路である。４５はガス弁本体４６内に往復摺動自在に嵌合された副室ガス弁で、クランク軸（図示省略）の回転と同期して開閉作動することにより前記副室ガス通路４９と前記副室２との間を連通あるいは遮断する。５０は前記副室２内の副室ガスに点火して着火するための点火プラグである。
【００２２】
以上に示すガスエンジン本体の構成は通常の副室式希薄燃焼ガスエンジンと同様である。本発明は、前記ガスエンジンおける副室ガス供給路４及び副室ガス通路４９と給気管路３との副室差圧を制御する副室差圧制御装置に係るものである。
【００２３】
本発明の実施例を示す図１において、１はガスエンジン、４は燃料ガスを前記副室ガス通路４９に導く副室ガス供給管、６は該副室ガス供給管４内の圧力を調整する圧力レギュレータである。３は給気管でガス噴射装置（図示省略）によって空気中に燃料ガスが噴出されて形成された混合気が該給気管３を通して前記燃焼室に供給されるようになっている。
５は副室ガス調整弁で、後述する差圧制御装置１００からの制御信号により前記副室ガス供給管４のガス流量つまり前記ガスエンジン１の副室２に供給される燃料ガスのガス流量を調整するものである。
【００２４】
１０は前記副室ガス供給管４のガス圧力つまり前記副室２内のガス圧力と前記給気管３内のガス圧力との差圧即ち副室差圧Ｐを検出する副室差圧検出器、１１は前記ガスエンジン１の回転数を検出するエンジン回転数検出器、１２は該ガスエンジン１の出力（出力に対応する負荷、平均有効圧力、燃料ラック位置等でもよい）を検出するエンジン出力検出器である。
２０は前記ガスエンジン１の燃焼室４４内における失火の発生を検出する失火検出器、２１は該ガスエンジン１における回転のハンチングの発生を検出するハンチング検出器、２２は該ガスエンジン１からのＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を検出するＮＯｘ検出器である。
１００は差圧制御装置で、前記副室差圧検出器１０、エンジン回転数検出器１１、エンジン出力検出器１２、失火検出器２０、ハンチング検出器２１、ＮＯｘ検出器２２等からの検出信号が入力され、これらの検出信号に基づき前記副室ガス調整弁５の開度即ち副室ガス流量を制御するものである。
【００２５】
かかる構成からなる副室式希薄燃焼ガスエンジンの運転時において、前記給気管路３を経た空気過剰率１・７〜２・２程度の混合気は前記燃焼室４４に供給され、また副室ガス供給管４を経た燃料ガスは副室ガス弁４５を経て副室２に供給され該副室２において着火用として理論混合比付近の混合気が形成される。
【００２６】
かかる運転時において、前記差圧制御装置１００は次のような制御動作を行う。即ち１３は差圧目標値設定部であり、該差圧目標値設定部１３においては、図２に示すように、ガスエンジン１のエンジン出力Ｌ及びエンジン回転数Ｎと前記副室差圧Ｐとの関係つまり前記エンジン出力Ｌ及びエンジン回転数Ｎでの運転状態における最適の副室差圧Ｐの値が設定されている。
そして、該差圧目標値設定部１３においては前記エンジン回転数検出器１１及びエンジン出力検出器１２から入力されるエンジン出力の検出値及びエンジン回転数の検出値に対応する差圧目標値Ｐ０を図２における設定線から算出する。この差圧目標値Ｐ０は差圧目標値補正部１４に入力される。
【００２７】
ここで、ガスエンジン１の許容副室差圧Ｐは、図３に示すように、該ガスエンジン１の失火が発生する失火域及び燃焼不良が発生し易い不安定な燃焼域に挟まれた領域であり、エンジン回転数Ｎを一定とするとエンジン出力Ｌの増大に従い大きくなり（エンジン出力Ｌを一定とするとエンジン回転数Ｎの増大に従い大きくなる）、図３の実線Ｐが最適値、Ｐ１線が上限値、Ｐ２線が下限値である。
そして、図３に示すように、前記副室差圧Ｐが大きくなって前記上限値Ｐ１を超えると失火が発生し易くなり、また前記副室差圧Ｐが小さくなって前記下限値Ｐ２よりも小さくなると回転のハンチングが発生し易くなり、さらに前記副室差圧Ｐが小さくなって前記下限値Ｐ２よりも小さくなるとＮＯｘ発生量が増大する。
【００２８】
前記のような副室差圧特性の許において、前記失火検出器２０にて前記ガスエンジン１の燃焼室４４内における失火の発生が検出されると、該失火検出信号は前記差圧制御装置１００の失火補正部１７に入力される。該失火補正部１７においては、失火が阻止される差圧目標値Ｐ０の補正量つまり差圧目標値Ｐ０を小さくするような補正量及び該補正量に相当する副室差圧目標値の失火補正係数ｋ１を算出して前記差圧目標値補正部１４に入力する。
また前記ハンチング検出器２１にて前記ガスエンジン１における回転のハンチングの発生が検出されると、該ハンチング検出信号は前記差圧制御装置１００のハンチング補正部１８に入力される。該ハンチング補正部１８においては、ハンチングが阻止される差圧目標値Ｐ０の補正量つまり該差圧目標値Ｐ０を大きくするような補正量及び該補正量に相当する副室差圧目標値の失火補正係数ｋ２を算出して差圧目標値補正部１４に入力する。
【００２９】
さらに１９はＮＯｘ補正部で、該ガスエンジン１におけるエンジン出力及びエンジン回転数に対するＮＯｘ排出量許容値が設定されており、前記ＮＯｘ検出器２２からＮＯｘ発生量の検出信号が入力されると、該ＮＯｘ補正部１９においては該ＮＯｘ発生量の検出値と前記ＮＯｘ排出量許容値とを比較し、該ＮＯｘ発生量検出値がＮＯｘ排出量許容値以内になるような差圧目標値Ｐ０の補正量つまり差圧目標値Ｐ０を大きくするような補正量及び該補正量に相当する副室差圧目標値のＮＯｘ補正係数ｋ３を算出して前記差圧目標値補正部１４に入力する。
【００３０】
前記差圧目標値補正部１４においては、前記差圧目標値設定部１３から入力された差圧目標値Ｐ０を次のようにして補正する。
即ち前記失火検出器２０にて失火が検出されているときには、前記差圧目標値補正部１４においては前記差圧目標値Ｐ０に前記失火補正係数ｋ１を乗じた補正差圧目標値ｋ１・Ｐ０を算出して減算器１５に出力する。
また前記ハンチング検出器２１にてハンチングが検出されているときには、前記差圧目標値補正部１４においては前記差圧目標値Ｐ０に前記ハンチング補正係数ｋ１を乗じた補正差圧目標値ｋ２・Ｐ０を算出して前記減算器１５に出力する。
さらに前記ＮＯｘ補正部１９からＮＯｘ発生量検出値がＮＯｘ排出量許容値を超えているときのＮＯｘ補正係数ｋ３が入力されたときには、前記差圧目標値補正部１４においては前記差圧目標値Ｐ０に前記ＮＯｘ補正係数ｋ３を乗じた補正差圧目標値ｋ３・Ｐ０を算出して前記減算器１５に出力する。
【００３１】
該減算器１５においては、前記差圧目標値補正部１４から入力される前記補正差圧目標値ｋ１・Ｐ０あるいはｋ２・Ｐ０あるいはｋ３・Ｐ０と、前記副室差圧検出器１０からフイードバックされる前記副室差圧Ｐの検出値（副室ガス供給管４のガス圧力つまり前記副室２内のガス圧力と前記給気管３内のガス圧力との差圧の検出値）との偏差を算出しガス調整弁制御部１６入力する。
該ガス調整弁制御部１６においては、前記減算器１５から入力された前記補正差圧目標値と副室差圧の検出値との副室差圧偏差に基づきＰＩＤ（比例、積分、微分）演算を行って、検出されている副室差圧（Ｐ）が前記補正差圧目標値（ｋ１・Ｐ０あるいはｋ２・Ｐ０あるいはｋ３・Ｐ０）になるような前記副室ガス調整弁５の開度を算出する。
【００３２】
そして、該ガス調整弁制御部１６においては、前記副室ガス調整弁５の開度を前記のようにして算出された開度に調整する。
これにより、該副室ガス調整弁５は前記副室差圧Ｐが前記補正差圧目標値になるようなガス通路面積に調整され、前記副室差圧はガスエンジン１の運転状態に適合した副室差圧つまり前記補正差圧目標値に保持される。
【００３３】
かかる実施例によれば、副室差圧検出器１０にて副室差圧即ち副室ガス供給管路４と給気管３との差圧を検出して差圧制御装置１００にフイードバックするとともに、該差圧制御装置１００の差圧目標値設定部（差圧目標値設定手段）１３にエンジン出力及びエンジン回転数を検出して入力し、該差圧目標値設定部１３において予め設定されたエンジン出力及びエンジン回転数と副室差圧との関係の設定値から前記エンジン出力及びエンジン回転数の検出値に対応する差圧目標値を算出し、ガス調整弁制御手段を構成する減算器１５において前記差圧目標値と前記副室差圧検出器１０からフイードバックされる副室差圧検出値との偏差を算出し、該ガス調整弁制御手段を構成するガス調整弁制御部において前記偏差に基づきＰＩＤ（比例、積分、微分）演算を行って前記副室差圧が前記差圧目標値になるような副室ガス調整弁５の開度を算出して前記副室差圧が前記差圧目標値になるように該副室ガス調整弁５のガス通路面積を制御するので、エンジン出力及びエンジン回転数等のエンジン運転条件に対応するきめ細かい差圧目標値の設定が可能となるとともに該エンジン運転条件に追従して前記差圧目標値を変化させることが可能となり、該副室差圧を該エンジン運転条件に完全に追従させてきめ細かく調整することができる。
【００３４】
また前記のようにして設定された差圧目標値と副室差圧検出器１０からフイードバックされる副室差圧検出値との偏差に基づき該副室ガス調整弁５のガス通路面積を制御する副室差圧のフイードバック制御であるので、過渡的な副室差圧の変化等の、副室差圧の変化に迅速に追従した高い応答性で以ってかつ連続的に副室差圧を制御することが可能となる。
【００３５】
これにより、副室差圧を、燃料ガスのガス源側元圧の変化や副室ガス供給及び制御機器の応答性に影響されることなく、エンジン運転条件に適合した高精度でかつ高い応答性で以って制御することができるとともにエンジンの全負荷域で安定した負荷投入性が得られる。
【００３６】
またかかる実施例によれば、ガスエンジンの失火を検出し、またガスエンジンのハンチングを検出し、さらにはガスエンジンのＮＯｘ（窒素酸化物）排出量を検出して差圧目標値補正部（差圧目標値補正手段）１４に入力し、該差圧目標値補正部１４において前記差圧目標値を、失火の発生しない差圧値に補正し、あるいはハンチングの発生しない差圧値に補正し、あるいはＮＯｘ排出量が該ガスエンジンの運転条件に対応する許容ＮＯｘ排出量以下になるような差圧値に補正して、この補正差圧目標値に基づきガス調整弁制御手段を構成するガス調整弁制御部１６により副室ガス調整弁５の流量調整を行うので、ガスエンジン１において失火やハンチングの発生があり、あるいはＮＯｘ排出量が許容ＮＯｘ排出量以上となる事態となっても、かかる事態に迅速に追従して副室差圧を適正値に調整することが可能となる。
これにより、失火やハンチングの発生が回避されるとともにＮＯｘ排出量を許容値以下に保持してガスエンジン１を安定して運転することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、差圧制御装置において予め設定されたエンジン出力及びエンジン回転数と副室差圧との関係の設定値から両者の検出値に対応する差圧目標値を算出し、該差圧目標値と副室差圧検出器からフイードバックされる副室差圧検出値との偏差を算出して該偏差に基づき前記副室差圧が前記差圧目標値になるように該副室ガス調整弁のガス通路面積を制御するので、エンジン出力及びエンジン回転数等のエンジン運転条件に対応するきめ細かい差圧目標値の設定が可能となるとともに該エンジン運転条件に追従して前記差圧目標値を変化させることが可能となり、該副室差圧を該エンジン運転条件に完全に追従させてきめ細かく調整することができる。
さらに、前記差圧目標値設定手段にて算出される差圧目標値Ｐ ０ をガスエンジンの失火を抑えるような差圧値およびガスエンジンのハンチングを抑えるような差圧値およびガスエンジンにて発生するＮＯｘ排出量を許容ＮＯｘ排出量以下に抑えるような差圧値にそれぞれ補正する差圧目標値補正手段を備え、前記差圧目標値補正手段は、エンジン出力またはエンジン回転数と副室差圧とに対して失火域および不安定燃焼域の関係が設定された差圧目標値補正線図に基づいて失火を阻止する副室差圧目標値の失火補正係数ｋ １ 、ハンチングを阻止するハンチング補正係数ｋ ２ 、およびＮＯｘ排出量を許容値以内にするＮＯｘ補正係数ｋ ３ を算出し、さらに、前記差圧目標値補正手段は失火検出器にて失火が検出されたとき前記差圧目標値設定手段にて算出された差圧目標値Ｐ ０ に前記失火補正係数ｋ １ を乗じて下限値より下がらない範囲内で小さくする補正をし、ハンチング検出器にてハンチングが検出されたときまたはＮＯｘ検出器で許容ＮＯｘ排出量以上が検出されたとき前記差圧目標値設定手段にて算出された差圧目標値Ｐ ０ に前記ハンチング補正係数ｋ ２ を乗じてまたはＰ ０ に前記ＮＯｘ補正係数ｋ ３ を乗じて上限値を超えない範囲内で大きくする補正をすることで、失火やハンチングの発生が回避されるとともにＮＯｘ排出量を許容値以下に保持してガスエンジンを安定して運転することができる。
【００３８】
また前記のようにして設定された差圧目標値と副室差圧検出器からフイードバックされる副室差圧検出値との偏差に基づき該副室ガス調整弁のガス通路面積を制御する副室差圧のフイードバック制御であるので、過渡的な副室差圧の変化等の、副室差圧の変化に迅速に追従した高い応答性で以ってかつ連続的に副室差圧を制御することが可能となる。
【００３９】
これにより、副室差圧を、燃料ガスのガス源側元圧の変化や副室ガス供給及び制御機器の応答性に影響されることなく、エンジン運転条件に適合した高精度でかつ高い応答性で以って制御することができるとともに、エンジンの全負荷域で安定した負荷投入性が得られる。
【００４０】
また本発明のように構成すれば、ガスエンジンの失火、ハンチング、ＮＯｘ（窒素酸化物）排出量の検出信号に基づき差圧目標値補正手段において差圧目標値を、失火の発生しない差圧値に補正し、あるいはハンチングの発生しない差圧値に補正し、あるいはＮＯｘ排出量が該ガスエンジンの運転条件に対応する許容ＮＯｘ排出量以下になるような差圧値に補正して、この補正差圧目標値に基づき副室ガス調整弁の流量調整を行うので、ガスエンジンにおいて失火やハンチングの発生があり、あるいはＮＯｘ排出量が許容ＮＯｘ排出量以上となる事態となっても、かかる事態に迅速に追従して副室差圧を適正値に調整することが可能となる。
これにより、失火やハンチングの発生が回避されるとともにＮＯｘ排出量を許容値以下に保持してガスエンジンを安定して運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係るガスエンジンの副室差圧制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】 前記実施例における差圧目標値設定線図である。
【図３】 前記実施例における差圧目標値補正線図である。
【図４】 本発明が適用される副室式希薄燃焼ガスエンジンの燃焼室近傍の要部断面図である。
【符号の説明】
１ ガスエンジン
２ 副室
３ 給気管
４ 副室ガス供給管
５ 副室ガス調整弁
１０ 副室差圧検出器
１１ エンジン回転数検出器
１２ エンジン出力検出器
１３ 差圧目標値設定部
１４ 差圧目標値補正部
１５ 減算器
１６ ガス調整弁制御部
１７ 失火補正部
１８ ハンチング補正部
１９ ＮＯｘ補正部
２０ 失火検出器
２１ ハンチング検出器
２２ ＮＯｘ検出器
４１ 下部副室
４４ 燃焼室
０４４ 副室口金
４５ 副室ガス弁
４８ 上部副室
４９ 副室ガス通路
５０ 点火プラグ
１００ 差圧制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、副室内において副室ガス供給路を通して供給される着火用燃料ガスと燃焼室から副室噴口を通って流入する希薄混合気とを混合して形成される濃混合気に着火するように構成されたガスエンジンにおいて副室ガス供給路と給気管路との差圧を制御する副室差圧制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
都市ガス等の清浄ガスを主燃料とするガスエンジンは、副室内において副室ガス供給路を通して供給される着火用燃料ガスと燃焼室から副室噴口を通って流入する希薄混合気とを混合して形成される濃混合気に着火する副室式希薄燃焼ガスエンジンが多く用いられている。
【０００３】
図４はかかる副室式希薄燃焼ガスエンジンの１例を示す燃焼室近傍の要部断面図である。
図４において、４２はシリンダヘッド、４３はピストン、４４は該ピストン４３の上面に凹設された燃焼室（主室）、０４７は前記シリンダヘッドの中央部に固定された副室口金である。４１は該副室口金０４７の内部に形成された下部副室、４８は該下部副室４１の上部に連設された上部副室で、該下部副室４１及び上部副室４８により副室２を構成する。
４９はトーチ着火用の副室ガスが通流する副室ガス通路である。４５はガス弁本体４６内に往復摺動自在に嵌合された副室ガス弁で、開閉により前記副室ガス通路４９と前記副室２との間を連通あるいは遮断する。５０は前記副室２内の副室ガスに点火して着火するための点火プラグである。
【０００４】
かかる副室式希薄燃焼ガスエンジンにおいては、給気管路を経て空気過剰率１・７〜２・２程度の混合気を前記燃焼室４４に供給する主室ガス系統と、副室ガス供給管から前記副室ガス通路４９及び副室ガス弁４５を経て副室２に着火用として理論混合比付近の混合気を供給する副室ガス系統との２系統の燃料ガス系統を有している。
前記副室ガス系統は、副室２内において理論混合比付近の混合気とするため、副室ガス供給路内の圧力を給気管路内の圧力よりも若干高めに調整して燃料ガスを副室２内に送給するようになっている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
前記のように、かかるガスエンジンにおいては、副室ガス供給路内の圧力と給気管路内の圧力との差圧即ち副室差圧を所望値に調整して燃料ガスを副室に送給するようになっているが、該副室差圧はエンジンの燃焼状態を左右する大きな因子であり、エンジン出力及びエンジン回転数等のエンジン運転条件によって変化し、かかる副室差圧が適正範囲外になると、エンジン出力の低下やエンジン停止、失火、排ガス性能の悪化、ハンチング現象、等の異常現象を引き起こす。
【０００６】
かかる副室差圧の過大あるいは過小に伴う異常現象の発生を回避する手段として、従来は副室ガス供給路に機械的に前記副室差圧を制御する手段として機械式差圧レギュレータを設けて副室差圧を調整する手段が提供されている。
かかる手段にあっては、副室ガス供給路に始動及び低負荷運転時における失火防止のためのニードル弁及び電磁弁を設けて、該電磁弁の閉時に前記ニードル弁部に圧力損失を発生させることによりエンジンに作用する実質的な差圧を低減させ、また始動時には上流側に設けたスローオープン弁によって差圧値をエンジン回転数の上昇に一致させるように調整している。
【０００７】
しかしながら、かかる従来技術にあっては、機械式差圧レギュレータによる１方向の圧力制御であるため、エンジン出力及びエンジン回転数等のエンジン運転条件によって変化する副室差圧を該エンジン運転条件に完全に追従させて調整することができず、また燃料ガスのガス源側の元圧が変化した場合には副室差圧が変化し、該副室差圧の制御精度が低くなる。
またかかる従来技術にあっては、機械式差圧レギュレータによる１方向の単純制御であるため、副室差圧の制御によって低負荷時における混合気過濃による失火やハンチングの発生を防止することはできない。
【０００８】
また前記のように、機械式差圧レギュレータによる１方向の圧力制御であるため、副室差圧制御の応答性が前記機械式差圧レギュレータの応答性によって支配され、応答性の調整ができず高い応答性は得られ難い。また、前記電磁弁の閉状態では、負荷投入時に副室の燃料ガスが不足するため負荷の投入性が悪い。
等の問題点を有している。
【０００９】
本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、エンジン出力及びエンジン回転数等のエンジン運転条件の変化に追従して副室差圧を制御可能として、エンジン運転条件に適合しかつガス源側の元圧の変動等に影響されることなく副室差圧を高精度かつ高い応答性で以って調整でき、エンジンの失火やハンチング等のエンジン性能不良の発生を防止可能な副室差圧制御を実現できるガスエンジンの副室差圧制御装置を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明はかかる課題を解決するため、請求項１記載の発明として、給気管路にて燃料ガスと空気とが混合された希薄混合気を該給気管路を通して燃焼室内に導入し、副室内において副室ガス供給路を通して供給される着火用燃料ガスと前記燃焼室から副室噴口を通って流入する前記希薄混合気とを混合して形成される濃混合気に着火し、この着火火炎を前記副室噴口から燃焼室内に噴出せしめて該燃焼室内の希薄混合気を完全燃焼するように構成されたガスエンジンにおける副室差圧制御装置において、前記副室ガス供給路に設けられて該副室ガス供給路の通路面積を調整する副室ガス調整弁と、該副室ガス調整弁の下流側の前記副室ガス供給路と前記希薄混合気を燃焼室に導入する給気管路との差圧即ち副室差圧を検出する副室差圧検出器と、エンジン出力及びエンジン回転数と前記副室差圧との関係が予め設定されるとともにエンジン出力検出器及びエンジン回転数検出器からエンジン出力及びエンジン回転数の検出値が夫々入力され前記エンジン出力及びエンジン回転数と副室差圧との関係の設定値から前記エンジン出力及びエンジン回転数の検出値に対応する差圧目標値Ｐ ０ を算出する差圧目標値設定手段、及び前記差圧目標値設定手段から入力される差圧目標値と前記副室差圧検出器から入力される副室差圧の検出値との偏差を算出し該偏差に基づき前記副室差圧が前記差圧目標値になるように前記副室ガス調整弁の開度を制御するガス調整弁制御手段を有する差圧制御装置とを備え、さらに、差圧制御装置は前記差圧目標値設定手段にて算出される差圧目標値Ｐ ０ をガスエンジンの失火を抑えるような差圧値およびガスエンジンのハンチングを抑えるような差圧値およびガスエンジンにて発生するＮＯｘ排出量を許容ＮＯｘ排出量以下に抑えるような差圧値にそれぞれ補正する差圧目標値補正手段を備え、前記差圧目標値補正手段は、エンジン出力またはエンジン回転数と副室差圧とに対して失火域および不安定燃焼域の関係が設定された差圧目標値補正線図に基づいて失火を阻止する副室差圧目標値の失火補正係数ｋ １ 、ハンチングを阻止するハンチング補正係数ｋ ２ 、およびＮＯｘ排出量を許容値以内にするＮＯｘ補正係数ｋ ３ を算出し、さらに、前記差圧目標値補正手段は失火検出器にて失火が検出されたとき前記差圧目標値設定手段にて算出された差圧目標値Ｐ ０ に前記失火補正係数ｋ １ を乗じて下限値より下がらない範囲内で小さくする補正をし、ハンチング検出器にてハンチングが検出されたときまたはＮＯｘ検出器で許容ＮＯｘ排出量以上が検出されたとき前記差圧目標値設定手段にて算出された差圧目標値Ｐ ０ に前記ハンチング補正係数ｋ ２ を乗じてまたはＰ ０ に前記ＮＯｘ補正係数ｋ ３ を乗じて上限値を超えない範囲内で大きくする補正をすることを特徴とするガスエンジンの副室差圧制御装置を提案する。
【００１１】
請求項２記載の発明は前記ガス調整弁制御手段の具体的構成に係り、請求項１において、前記ガス調整弁制御手段は、前記差圧目標値設定手段から入力される差圧目標値を補正した補正差圧目標値と前記副室差圧検出器から入力される副室差圧の検出値との偏差を算出する減算部と、該減算部から入力される前記偏差に基づきＰＩＤ（比例、積分、微分）演算を行って前記副室差圧が前記補正差圧目標値になるような前記副室ガス調整弁の開度を算出するガス調整弁制御部とを備えてなることを特徴とする。
【００１２】
【００１３】
【００１４】
【００１５】
かかる発明によれば、副室差圧検出器にて副室差圧即ち副室ガス調整弁の下流側の副室ガス供給路と希薄混合気を燃焼室に導入する給気管路との差圧を検出して差圧制御装置にフイードバックするとともに、該差圧制御装置の差圧目標値設定手段にエンジン出力及びエンジン回転数を検出して入力し、該差圧目標値設定手段において予め設定されたエンジン出力及びエンジン回転数と前記副室差圧との関係の設定値から前記エンジン出力及びエンジン回転数の検出値に対応する差圧目標値を算出し、ガス調整弁制御手段において前記差圧目標値と前記副室差圧検出器からフイードバックされる副室差圧検出値との偏差を算出して該偏差に基づきＰＩＤ（比例、積分、微分）演算を行って前記副室差圧が前記差圧目標値になるような副室ガス調整弁の開度を算出し、前記副室差圧が前記差圧目標値になるように該副室ガス調整弁のガス通路面積を制御するので、エンジン出力及びエンジン回転数等のエンジン運転条件に対応するきめ細かい差圧目標値の設定が可能となるとともに該エンジン運転条件に追従して前記差圧目標値を変化させることが可能となり、該副室差圧を該エンジン運転条件に完全に追従させてきめ細かく調整することができる。
さらに、差圧制御装置は前記差圧目標値設定手段にて算出される差圧目標値Ｐ ０ をガスエンジンの失火を抑えるような差圧値およびガスエンジンのハンチングを抑えるような差圧値およびガスエンジンにて発生するＮＯｘ排出量を許容ＮＯｘ排出量以下に抑えるような差圧値にそれぞれ補正する差圧目標値補正手段を備え、前記差圧目標値補正手段は、エンジン出力またはエンジン回転数と副室差圧とに対して失火域および不安定燃焼域の関係が設定された差圧目標値補正線図に基づいて失火を阻止する副室差圧目標値の失火補正係数ｋ １ 、ハンチングを阻止するハンチング補正係数ｋ ２ 、およびＮＯｘ排出量を許容値以内にするＮＯｘ補正係数ｋ ３ を算出し、さらに、前記差圧目標値補正手段は失火検出器にて失火が検出されたとき前記差圧目標値設定手段にて算出された差圧目標値Ｐ ０ に前記失火補正係数ｋ １ を乗じて下限値より下がらない範囲内で小さくする補正をし、ハンチング検出器にてハンチングが検出されたときまたはＮＯｘ検出器で許容ＮＯｘ排出量以上が検出されたとき前記差圧目標値設定手段にて算出された差圧目標値Ｐ ０ に前記ハンチング補正係数ｋ ２ を乗じてまたはＰ ０ に前記ＮＯｘ補正係数ｋ ３ を乗じて上限値を超えない範囲内で大きくする補正をすることで、失火やハンチングの発生が回避されるとともにＮＯｘ排出量を許容値以下に保持してガスエンジンを安定して運転することができる。
【００１６】
また前記のようにして設定された差圧目標値と副室差圧検出器からフイードバックされる副室差圧検出値との偏差に基づき該副室ガス調整弁のガス通路面積を制御する副室差圧のフイードバック制御であるので、過渡的な副室差圧の変化等の、副室差圧の変化に迅速に追従した高い応答性で以ってかつ連続的に副室差圧を制御することが可能となる。
【００１７】
これにより、副室差圧を、燃料ガスのガス源側元圧の変化や副室ガス供給及び制御機器の応答性に影響されることなく、エンジン運転条件に適合した高精度でかつ高い応答性で以って制御することができるとともに、エンジンの全負荷域で安定した負荷投入性が得られる。
【００１８】
また、本発明によれば、ガスエンジンの失火を検出し、またガスエンジンのハンチングを検出し、さらにはガスエンジンのＮＯｘ（窒素酸化物）排出量を検出して差圧目標値補正手段に入力し、該差圧目標値補正手段において前記差圧目標値を、失火の発生しない差圧値に補正し、あるいはハンチングの発生しない差圧値に補正し、あるいはＮＯｘ排出量が該ガスエンジンの運転条件に対応する許容ＮＯｘ排出量以下になるような差圧値に補正して、この補正差圧目標値に基づきガス調整弁制御手段により副室ガス調整弁の流量調整を行うので、ガスエンジン１において失火やハンチングの発生があり、あるいはＮＯｘ排出量が許容ＮＯｘ排出量以上となる事態となっても、かかる事態に迅速に追従して副室差圧を適正値に調整することが可能となる。
これにより、失火やハンチングの発生が回避されるとともにＮＯｘ排出量を許容値以下に保持してガスエンジンを安定して運転することができる。
【００１９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載される構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載が無い限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく単なる説明例に過ぎない。
【００２０】
図１は本発明の実施例に係るガスエンジンの副室差圧制御装置の全体構成を示すブロック図、図２は前記実施例における差圧目標値設定線図、図３は前記実施例における差圧目標値補正線図である。図４は本発明が適用される副室式希薄燃焼ガスエンジンの燃焼室近傍の要部断面図である。
【００２１】
本発明が適用される副室式希薄燃焼ガスエンジンを示す図４において、４２はエンジンのシリンダヘッド、４３はピストン、４４は該ピストン４３の上面に凹設された燃焼室（主室）、０４７は前記シリンダヘッドの中央部に固定された副室口金である。４１は該副室口金０４７の内部に形成された下部副室、４８は該下部副室４１の上部に連設された上部副室で、該下部副室４１及び上部副室４８により副室２を構成する。
４９は副室ガス供給管４（図１参照）から導入されるトーチ着火用の副室ガスが通流する副室ガス通路である。４５はガス弁本体４６内に往復摺動自在に嵌合された副室ガス弁で、クランク軸（図示省略）の回転と同期して開閉作動することにより前記副室ガス通路４９と前記副室２との間を連通あるいは遮断する。５０は前記副室２内の副室ガスに点火して着火するための点火プラグである。
【００２２】
以上に示すガスエンジン本体の構成は通常の副室式希薄燃焼ガスエンジンと同様である。本発明は、前記ガスエンジンおける副室ガス供給路４及び副室ガス通路４９と給気管路３との副室差圧を制御する副室差圧制御装置に係るものである。
【００２３】
本発明の実施例を示す図１において、１はガスエンジン、４は燃料ガスを前記副室ガス通路４９に導く副室ガス供給管、６は該副室ガス供給管４内の圧力を調整する圧力レギュレータである。３は給気管でガス噴射装置（図示省略）によって空気中に燃料ガスが噴出されて形成された混合気が該給気管３を通して前記燃焼室に供給されるようになっている。
５は副室ガス調整弁で、後述する差圧制御装置１００からの制御信号により前記副室ガス供給管４のガス流量つまり前記ガスエンジン１の副室２に供給される燃料ガスのガス流量を調整するものである。
【００２４】
１０は前記副室ガス供給管４のガス圧力つまり前記副室２内のガス圧力と前記給気管３内のガス圧力との差圧即ち副室差圧Ｐを検出する副室差圧検出器、１１は前記ガスエンジン１の回転数を検出するエンジン回転数検出器、１２は該ガスエンジン１の出力（出力に対応する負荷、平均有効圧力、燃料ラック位置等でもよい）を検出するエンジン出力検出器である。
２０は前記ガスエンジン１の燃焼室４４内における失火の発生を検出する失火検出器、２１は該ガスエンジン１における回転のハンチングの発生を検出するハンチング検出器、２２は該ガスエンジン１からのＮＯｘ（窒素酸化物）の排出量を検出するＮＯｘ検出器である。
１００は差圧制御装置で、前記副室差圧検出器１０、エンジン回転数検出器１１、エンジン出力検出器１２、失火検出器２０、ハンチング検出器２１、ＮＯｘ検出器２２等からの検出信号が入力され、これらの検出信号に基づき前記副室ガス調整弁５の開度即ち副室ガス流量を制御するものである。
【００２５】
かかる構成からなる副室式希薄燃焼ガスエンジンの運転時において、前記給気管路３を経た空気過剰率１・７〜２・２程度の混合気は前記燃焼室４４に供給され、また副室ガス供給管４を経た燃料ガスは副室ガス弁４５を経て副室２に供給され該副室２において着火用として理論混合比付近の混合気が形成される。
【００２６】
かかる運転時において、前記差圧制御装置１００は次のような制御動作を行う。即ち１３は差圧目標値設定部であり、該差圧目標値設定部１３においては、図２に示すように、ガスエンジン１のエンジン出力Ｌ及びエンジン回転数Ｎと前記副室差圧Ｐとの関係つまり前記エンジン出力Ｌ及びエンジン回転数Ｎでの運転状態における最適の副室差圧Ｐの値が設定されている。
そして、該差圧目標値設定部１３においては前記エンジン回転数検出器１１及びエンジン出力検出器１２から入力されるエンジン出力の検出値及びエンジン回転数の検出値に対応する差圧目標値Ｐ０を図２における設定線から算出する。この差圧目標値Ｐ０は差圧目標値補正部１４に入力される。
【００２７】
ここで、ガスエンジン１の許容副室差圧Ｐは、図３に示すように、該ガスエンジン１の失火が発生する失火域及び燃焼不良が発生し易い不安定な燃焼域に挟まれた領域であり、エンジン回転数Ｎを一定とするとエンジン出力Ｌの増大に従い大きくなり（エンジン出力Ｌを一定とするとエンジン回転数Ｎの増大に従い大きくなる）、図３の実線Ｐが最適値、Ｐ１線が上限値、Ｐ２線が下限値である。
そして、図３に示すように、前記副室差圧Ｐが大きくなって前記上限値Ｐ１を超えると失火が発生し易くなり、また前記副室差圧Ｐが小さくなって前記下限値Ｐ２よりも小さくなると回転のハンチングが発生し易くなり、さらに前記副室差圧Ｐが小さくなって前記下限値Ｐ２よりも小さくなるとＮＯｘ発生量が増大する。
【００２８】
前記のような副室差圧特性の許において、前記失火検出器２０にて前記ガスエンジン１の燃焼室４４内における失火の発生が検出されると、該失火検出信号は前記差圧制御装置１００の失火補正部１７に入力される。該失火補正部１７においては、失火が阻止される差圧目標値Ｐ０の補正量つまり差圧目標値Ｐ０を小さくするような補正量及び該補正量に相当する副室差圧目標値の失火補正係数ｋ１を算出して前記差圧目標値補正部１４に入力する。
また前記ハンチング検出器２１にて前記ガスエンジン１における回転のハンチングの発生が検出されると、該ハンチング検出信号は前記差圧制御装置１００のハンチング補正部１８に入力される。該ハンチング補正部１８においては、ハンチングが阻止される差圧目標値Ｐ０の補正量つまり該差圧目標値Ｐ０を大きくするような補正量及び該補正量に相当する副室差圧目標値の失火補正係数ｋ２を算出して差圧目標値補正部１４に入力する。
【００２９】
さらに１９はＮＯｘ補正部で、該ガスエンジン１におけるエンジン出力及びエンジン回転数に対するＮＯｘ排出量許容値が設定されており、前記ＮＯｘ検出器２２からＮＯｘ発生量の検出信号が入力されると、該ＮＯｘ補正部１９においては該ＮＯｘ発生量の検出値と前記ＮＯｘ排出量許容値とを比較し、該ＮＯｘ発生量検出値がＮＯｘ排出量許容値以内になるような差圧目標値Ｐ０の補正量つまり差圧目標値Ｐ０を大きくするような補正量及び該補正量に相当する副室差圧目標値のＮＯｘ補正係数ｋ３を算出して前記差圧目標値補正部１４に入力する。
【００３０】
前記差圧目標値補正部１４においては、前記差圧目標値設定部１３から入力された差圧目標値Ｐ０を次のようにして補正する。
即ち前記失火検出器２０にて失火が検出されているときには、前記差圧目標値補正部１４においては前記差圧目標値Ｐ０に前記失火補正係数ｋ１を乗じた補正差圧目標値ｋ１・Ｐ０を算出して減算器１５に出力する。
また前記ハンチング検出器２１にてハンチングが検出されているときには、前記差圧目標値補正部１４においては前記差圧目標値Ｐ０に前記ハンチング補正係数ｋ１を乗じた補正差圧目標値ｋ２・Ｐ０を算出して前記減算器１５に出力する。
さらに前記ＮＯｘ補正部１９からＮＯｘ発生量検出値がＮＯｘ排出量許容値を超えているときのＮＯｘ補正係数ｋ３が入力されたときには、前記差圧目標値補正部１４においては前記差圧目標値Ｐ０に前記ＮＯｘ補正係数ｋ３を乗じた補正差圧目標値ｋ３・Ｐ０を算出して前記減算器１５に出力する。
【００３１】
該減算器１５においては、前記差圧目標値補正部１４から入力される前記補正差圧目標値ｋ１・Ｐ０あるいはｋ２・Ｐ０あるいはｋ３・Ｐ０と、前記副室差圧検出器１０からフイードバックされる前記副室差圧Ｐの検出値（副室ガス供給管４のガス圧力つまり前記副室２内のガス圧力と前記給気管３内のガス圧力との差圧の検出値）との偏差を算出しガス調整弁制御部１６入力する。
該ガス調整弁制御部１６においては、前記減算器１５から入力された前記補正差圧目標値と副室差圧の検出値との副室差圧偏差に基づきＰＩＤ（比例、積分、微分）演算を行って、検出されている副室差圧（Ｐ）が前記補正差圧目標値（ｋ１・Ｐ０あるいはｋ２・Ｐ０あるいはｋ３・Ｐ０）になるような前記副室ガス調整弁５の開度を算出する。
【００３２】
そして、該ガス調整弁制御部１６においては、前記副室ガス調整弁５の開度を前記のようにして算出された開度に調整する。
これにより、該副室ガス調整弁５は前記副室差圧Ｐが前記補正差圧目標値になるようなガス通路面積に調整され、前記副室差圧はガスエンジン１の運転状態に適合した副室差圧つまり前記補正差圧目標値に保持される。
【００３３】
かかる実施例によれば、副室差圧検出器１０にて副室差圧即ち副室ガス供給管路４と給気管３との差圧を検出して差圧制御装置１００にフイードバックするとともに、該差圧制御装置１００の差圧目標値設定部（差圧目標値設定手段）１３にエンジン出力及びエンジン回転数を検出して入力し、該差圧目標値設定部１３において予め設定されたエンジン出力及びエンジン回転数と副室差圧との関係の設定値から前記エンジン出力及びエンジン回転数の検出値に対応する差圧目標値を算出し、ガス調整弁制御手段を構成する減算器１５において前記差圧目標値と前記副室差圧検出器１０からフイードバックされる副室差圧検出値との偏差を算出し、該ガス調整弁制御手段を構成するガス調整弁制御部において前記偏差に基づきＰＩＤ（比例、積分、微分）演算を行って前記副室差圧が前記差圧目標値になるような副室ガス調整弁５の開度を算出して前記副室差圧が前記差圧目標値になるように該副室ガス調整弁５のガス通路面積を制御するので、エンジン出力及びエンジン回転数等のエンジン運転条件に対応するきめ細かい差圧目標値の設定が可能となるとともに該エンジン運転条件に追従して前記差圧目標値を変化させることが可能となり、該副室差圧を該エンジン運転条件に完全に追従させてきめ細かく調整することができる。
【００３４】
また前記のようにして設定された差圧目標値と副室差圧検出器１０からフイードバックされる副室差圧検出値との偏差に基づき該副室ガス調整弁５のガス通路面積を制御する副室差圧のフイードバック制御であるので、過渡的な副室差圧の変化等の、副室差圧の変化に迅速に追従した高い応答性で以ってかつ連続的に副室差圧を制御することが可能となる。
【００３５】
これにより、副室差圧を、燃料ガスのガス源側元圧の変化や副室ガス供給及び制御機器の応答性に影響されることなく、エンジン運転条件に適合した高精度でかつ高い応答性で以って制御することができるとともにエンジンの全負荷域で安定した負荷投入性が得られる。
【００３６】
またかかる実施例によれば、ガスエンジンの失火を検出し、またガスエンジンのハンチングを検出し、さらにはガスエンジンのＮＯｘ（窒素酸化物）排出量を検出して差圧目標値補正部（差圧目標値補正手段）１４に入力し、該差圧目標値補正部１４において前記差圧目標値を、失火の発生しない差圧値に補正し、あるいはハンチングの発生しない差圧値に補正し、あるいはＮＯｘ排出量が該ガスエンジンの運転条件に対応する許容ＮＯｘ排出量以下になるような差圧値に補正して、この補正差圧目標値に基づきガス調整弁制御手段を構成するガス調整弁制御部１６により副室ガス調整弁５の流量調整を行うので、ガスエンジン１において失火やハンチングの発生があり、あるいはＮＯｘ排出量が許容ＮＯｘ排出量以上となる事態となっても、かかる事態に迅速に追従して副室差圧を適正値に調整することが可能となる。
これにより、失火やハンチングの発生が回避されるとともにＮＯｘ排出量を許容値以下に保持してガスエンジン１を安定して運転することができる。
【００３７】
【発明の効果】
以上記載のごとく本発明によれば、差圧制御装置において予め設定されたエンジン出力及びエンジン回転数と副室差圧との関係の設定値から両者の検出値に対応する差圧目標値を算出し、該差圧目標値と副室差圧検出器からフイードバックされる副室差圧検出値との偏差を算出して該偏差に基づき前記副室差圧が前記差圧目標値になるように該副室ガス調整弁のガス通路面積を制御するので、エンジン出力及びエンジン回転数等のエンジン運転条件に対応するきめ細かい差圧目標値の設定が可能となるとともに該エンジン運転条件に追従して前記差圧目標値を変化させることが可能となり、該副室差圧を該エンジン運転条件に完全に追従させてきめ細かく調整することができる。
さらに、前記差圧目標値設定手段にて算出される差圧目標値Ｐ ０ をガスエンジンの失火を抑えるような差圧値およびガスエンジンのハンチングを抑えるような差圧値およびガスエンジンにて発生するＮＯｘ排出量を許容ＮＯｘ排出量以下に抑えるような差圧値にそれぞれ補正する差圧目標値補正手段を備え、前記差圧目標値補正手段は、エンジン出力またはエンジン回転数と副室差圧とに対して失火域および不安定燃焼域の関係が設定された差圧目標値補正線図に基づいて失火を阻止する副室差圧目標値の失火補正係数ｋ １ 、ハンチングを阻止するハンチング補正係数ｋ ２ 、およびＮＯｘ排出量を許容値以内にするＮＯｘ補正係数ｋ ３ を算出し、さらに、前記差圧目標値補正手段は失火検出器にて失火が検出されたとき前記差圧目標値設定手段にて算出された差圧目標値Ｐ ０ に前記失火補正係数ｋ １ を乗じて下限値より下がらない範囲内で小さくする補正をし、ハンチング検出器にてハンチングが検出されたときまたはＮＯｘ検出器で許容ＮＯｘ排出量以上が検出されたとき前記差圧目標値設定手段にて算出された差圧目標値Ｐ ０ に前記ハンチング補正係数ｋ ２ を乗じてまたはＰ ０ に前記ＮＯｘ補正係数ｋ ３ を乗じて上限値を超えない範囲内で大きくする補正をすることで、失火やハンチングの発生が回避されるとともにＮＯｘ排出量を許容値以下に保持してガスエンジンを安定して運転することができる。
【００３８】
また前記のようにして設定された差圧目標値と副室差圧検出器からフイードバックされる副室差圧検出値との偏差に基づき該副室ガス調整弁のガス通路面積を制御する副室差圧のフイードバック制御であるので、過渡的な副室差圧の変化等の、副室差圧の変化に迅速に追従した高い応答性で以ってかつ連続的に副室差圧を制御することが可能となる。
【００３９】
これにより、副室差圧を、燃料ガスのガス源側元圧の変化や副室ガス供給及び制御機器の応答性に影響されることなく、エンジン運転条件に適合した高精度でかつ高い応答性で以って制御することができるとともに、エンジンの全負荷域で安定した負荷投入性が得られる。
【００４０】
また本発明のように構成すれば、ガスエンジンの失火、ハンチング、ＮＯｘ（窒素酸化物）排出量の検出信号に基づき差圧目標値補正手段において差圧目標値を、失火の発生しない差圧値に補正し、あるいはハンチングの発生しない差圧値に補正し、あるいはＮＯｘ排出量が該ガスエンジンの運転条件に対応する許容ＮＯｘ排出量以下になるような差圧値に補正して、この補正差圧目標値に基づき副室ガス調整弁の流量調整を行うので、ガスエンジンにおいて失火やハンチングの発生があり、あるいはＮＯｘ排出量が許容ＮＯｘ排出量以上となる事態となっても、かかる事態に迅速に追従して副室差圧を適正値に調整することが可能となる。
これにより、失火やハンチングの発生が回避されるとともにＮＯｘ排出量を許容値以下に保持してガスエンジンを安定して運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の実施例に係るガスエンジンの副室差圧制御装置の全体構成を示すブロック図である。
【図２】 前記実施例における差圧目標値設定線図である。
【図３】 前記実施例における差圧目標値補正線図である。
【図４】 本発明が適用される副室式希薄燃焼ガスエンジンの燃焼室近傍の要部断面図である。
【符号の説明】
１ ガスエンジン
２ 副室
３ 給気管
４ 副室ガス供給管
５ 副室ガス調整弁
１０ 副室差圧検出器
１１ エンジン回転数検出器
１２ エンジン出力検出器
１３ 差圧目標値設定部
１４ 差圧目標値補正部
１５ 減算器
１６ ガス調整弁制御部
１７ 失火補正部
１８ ハンチング補正部
１９ ＮＯｘ補正部
２０ 失火検出器
２１ ハンチング検出器
２２ ＮＯｘ検出器
４１ 下部副室
４４ 燃焼室
０４４ 副室口金
４５ 副室ガス弁
４８ 上部副室
４９ 副室ガス通路
５０ 点火プラグ
１００ 差圧制御装置
Claims (2)
- 給気管路にて燃料ガスと空気とが混合された希薄混合気を該給気管路を通して燃焼室内に導入し、副室内において副室ガス供給路を通して供給される着火用燃料ガスと前記燃焼室から副室噴口を通って流入する前記希薄混合気とを混合して形成される濃混合気に着火し、この着火火炎を前記副室噴口から燃焼室内に噴出せしめて該燃焼室内の希薄混合気を完全燃焼するように構成されたガスエンジンにおける副室差圧制御装置において、
前記副室ガス供給路に設けられて該副室ガス供給路の通路面積を調整する副室ガス調整弁と、該副室ガス調整弁の下流側の前記副室ガス供給路と前記希薄混合気を燃焼室に導入する給気管路との差圧即ち副室差圧を検出する副室差圧検出器と、エンジン出力及びエンジン回転数と前記副室差圧との関係が予め設定されるとともにエンジン出力検出器及びエンジン回転数検出器からエンジン出力及びエンジン回転数の検出値が夫々入力され前記エンジン出力及びエンジン回転数と副室差圧との関係の設定値から前記エンジン出力及びエンジン回転数の検出値に対応する差圧目標値Ｐ ０ を算出する差圧目標値設定手段、及び前記差圧目標値設定手段から入力される差圧目標値と前記副室差圧検出器から入力される副室差圧の検出値との偏差を算出し該偏差に基づき前記副室差圧が前記差圧目標値になるように前記副室ガス調整弁の開度を制御するガス調整弁制御手段を有する差圧制御装置とを備え、さらに、差圧制御装置は前記差圧目標値設定手段にて算出される差圧目標値Ｐ ０ をガスエンジンの失火を抑えるような差圧値およびガスエンジンのハンチングを抑えるような差圧値およびガスエンジンにて発生するＮＯｘ排出量を許容ＮＯｘ排出量以下に抑えるような差圧値にそれぞれ補正する差圧目標値補正手段を備え、
前記差圧目標値補正手段は、エンジン出力またはエンジン回転数と副室差圧とに対して失火域および不安定燃焼域の関係が設定された差圧目標値補正線図に基づいて失火を阻止する副室差圧目標値の失火補正係数ｋ １ 、ハンチングを阻止するハンチング補正係数ｋ ２ 、およびＮＯｘ排出量を許容値以内にするＮＯｘ補正係数ｋ ３ を算出し、さらに、前記差圧目標値補正手段は失火検出器にて失火が検出されたとき前記差圧目標値設定手段にて算出された差圧目標値Ｐ ０ に前記失火補正係数ｋ １ を乗じて下限値より下がらない範囲内で小さくする補正をし、ハンチング検出器にてハンチングが検出されたときまたはＮＯｘ検出器で許容ＮＯｘ排出量以上が検出されたとき前記差圧目標値設定手段にて算出された差圧目標値Ｐ ０ に前記ハンチング補正係数ｋ ２ を乗じてまたはＰ ０ に前記ＮＯｘ補正係数ｋ ３ を乗じて上限値を超えない範囲内で大きくする補正をすることを特徴とするガスエンジンの副室差圧制御装置。 - 前記ガス調整弁制御手段は、前記差圧目標値設定手段から入力される差圧目標値を補正した補正差圧目標値と前記副室差圧検出器から入力される副室差圧の検出値との偏差を算出する減算部と、該減算部から入力される前記偏差に基づきＰＩＤ（比例、積分、微分）演算を行って前記副室差圧が前記補正差圧目標値になるような前記副室ガス調整弁の開度を算出するガス調整弁制御部とを備えてなることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの副室差圧制御装置。
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