JP4580092B2

JP4580092B2 - 非常用電源設備用の過給式エンジン

Info

Publication number: JP4580092B2
Application number: JP2000365505A
Authority: JP
Inventors: 周三工藤; 芳志内藤; 信彦深谷; 正道一本松
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2000-11-30
Filing date: 2000-11-30
Publication date: 2010-11-10
Anticipated expiration: 2020-11-30
Also published as: JP2002161751A

Description

【０００１】
本発明は、発電機を駆動するエンジン本体から排出される排ガスにて駆動されて過給する過給機と、
前記エンジン本体への燃料の供給量を調節する燃料供給量調節手段と、
前記エンジン本体の回転状態を検出する回転状態検出手段と、
その回転状態検出手段の検出情報に基づいて、前記エンジン本体の回転状態が目標回転状態になるように前記燃料供給量調節手段を制御する制御手段が設けられた非常用電源設備用過給式エンジンに関する。
【０００２】
【従来の技術】
かかる過給式エンジンは、駆動対象の発電機が非常用である場合のように、過給式エンジンを起動させて発電機を駆動して給電するときに、エンジン本体に対する負荷が急増すると、従来では、下記のような理由により、エンジン本体を適正に運転できなくなって、エンジン本体が停止するので、所望の負荷に至るまで、エンジン本体の運転に影響を与えない程度の小さい増大幅にて段階的に負荷を増大させていた。ちなみに、過給式エンジンを起動させて給電する場合は、エンジン本体の回転速度を定格回転速度に上昇させる起動運転を実行後、負荷をかけ始めることになる。
即ち、負荷が急増すると、エンジン本体の回転状態が低下することにより、過給機の排ガスタービンに供給される排ガス量が減少して過給能力が低下することとなって、エンジン本体へ供給される燃料が減少して、更なる回転状態の低下を招き、適正に運転できなくなるのである。
【０００３】
特に、過給式エンジンを起動させて給電する場合、起動運転直後は、エンジン本体から排出される排ガスを過給機の排ガスタービンに導く排ガス経路は温度が低いため、排ガスが排ガスタービンに達するまでの間に排ガスからエネルギが奪われる量が多いので、排ガスタービンを駆動させる力が弱くなって、負荷の増大に対してエンジン本体の回転状態が低下し易く、特に、負荷増大幅を小さくする必要があった。
【０００４】
又、省燃費並びに低ＮＯｘ化を図るために、エンジン本体が、理論空気量よりも多い燃焼用空気にて燃料を燃焼させる希薄燃焼式に構成される場合があるが、希薄燃焼式の場合、理論空気量の燃焼用空気にて燃料を燃焼させる一般のものに比べて、負荷の増大に対してエンジン本体の回転状態が低下し易いので、特に、負荷増大幅を小さくする必要があった。
【０００５】
上記の如き、負荷を一度に増大可能な幅を大きくすることができないという問題を解決するために、従来、エンジン本体の動力を減速機に伝達するように構成した過給機式エンジンにおいて、減速機の回転出力により駆動されて空気を圧縮し、過給機の駆動を補助するために過給機のコンプレッサに圧縮した空気を供給する空気圧縮機を備えたものが提案されている（例えば、特開２０００−２０４９５７号公報参照）。この従来の過給式エンジンでは、空気圧縮機から圧縮空気を直接に過給機のコンプレッサに供給する場合と、空気圧縮機からの圧縮空気を蓄えるサージタンクを備えて、空気圧縮機から圧縮空気をサージタンクを介して過給機のコンプレッサに供給する場合がある。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記の如き、空気圧縮機を備えた従来の過給式エンジンでは、過給機の駆動を補助するときは、空気圧縮機から圧縮空気を直接に過給機のコンプレッサに供給する場合、及び、空気圧縮機から圧縮空気をサージタンクを介してコンプレッサに供給する場合のいずれの場合でも、エンジン本体のエネルギを用いるものであるため、過給機の駆動を十分に補助することができなかった。従って、依然として、負荷を一度に増大可能な幅を大きくすることができないという欠点が残されており、負荷を増大させるときには、所望の負荷に至るまで小さい増大幅にて段階的に負荷を増大させる必要があるため、所望の負荷をかけることができるまでに長い時間を要するという問題があった。
又、この従来の過給式エンジンでは、過給機の駆動を補助するに当たっては、圧縮空気を過給機のコンプレッサに供給して、過給機のコンプレッサの駆動を補助する構成であるので、燃料と燃焼用空気とが予混合された予混合燃料を過給機にて過給する予混合過給タイプのものにおいては、燃料と燃焼用空気との混合比を調節し難く、過給する予混合燃料の混合比を適正に維持し難いという問題もあった。
【０００７】
本発明は、かかる実情に鑑みてなされたものであり、その目的は、過給式エンジンにおいて、所望の負荷をかけることができるまでに要する時間を短縮して運転できるようにすることにあり、他の目的は、予混合過給タイプの過給式エンジンにおいて、燃料と燃焼用空気との混合比を適正に維持した状態で予混合燃料を過給できながら、所望の負荷をかけることができるまでに要する時間を短縮して運転できるようにすることにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
〔請求項１記載の発明〕
請求項１に記載の特徴構成は、前記過給機の駆動を補助する補助駆動手段が、駆動補助のときには前記エンジン本体から出力されるエネルギを用いずに作動するように設けられ、
前記制御手段は、前記回転状態検出手段の検出情報に基づいて、前記エンジン本体の回転状態を前記目標回転状態に維持するのを補助するように、前記補助駆動手段を駆動補助を行う作動状態と停止状態とに切り換えるように構成され、
前記過給機が、燃料と燃焼用空気とが予混合された予混合燃料を過給するように構成され、
前記燃料供給量調節手段が、前記エンジン本体への予混合燃料の供給量を調節するように構成され、
前記補助駆動手段が、圧縮気体を前記過給機における排ガスタービンに供給することにより、前記排ガスタービンの駆動を補助するように構成され、且つ、前記排ガスタービンの駆動を補助するための構成として、気体としての窒素を圧縮状態で貯蔵する気体貯蔵部を備えて、その気体貯蔵部から圧縮気体としての圧縮窒素ガスを減圧弁にて減圧して前記排ガスタービンに供給することにより、前記排ガスタービンの駆動を補助するように構成されていることにある。
請求項１に記載の特徴構成によれば、制御手段によって、回転状態検出手段の検出情報に基づいて、エンジン本体の回転状態を目標回転状態に維持するのを補助するように、補助駆動手段が駆動補助を行う作動状態と停止状態とに切り換えられるので、負荷が増大して、エンジン本体の回転状態が低下傾向になると、補助駆動手段が作動状態に切り換えられて、補助駆動手段によって過給機の駆動が補助されて、過給能力が向上し、エンジン本体の回転状態が目標回転状態に戻される。
又、過給機の駆動を補助する補助駆動手段が、駆動補助のときにはエンジン本体から出力されるエネルギを用いずに作動するように設けられているので、過給機の駆動を補助するために、エンジン本体からのエネルギが消費されることが無いことから、エンジン本体からのエネルギの全てを負荷に与えながら、過給機の駆動を十分に補助することができる。
つまり、負荷が増大して、エンジン本体の回転状態が低下傾向になったときに、過給機の駆動が補助されて、エンジン本体の回転状態を目標回転状態に維持するのが補助され、しかも、エンジン本体の回転状態を目標回転状態に維持するのを補助するために、過給機の駆動を補助するに当たっては、エンジン本体からのエネルギを用いないようにして、過給機の駆動を十分に補助することができるようにしてあるので、負荷を増大させるときには、一度に増大させることができる幅を従来に比べて効果的に大きくすることができる。
従って、所望の負荷をかけることができるまでに要する時間を短縮して運転できるようになった。
【０００９】
また、請求項１に記載の特徴構成によれば、過給機によって、燃料と燃焼用空気とが予混合された予混合燃料がエンジン本体に過給され、補助駆動手段によって、過給機の排ガスタービンの駆動が補助される。
すなわち、負荷が増大して、エンジン本体の回転状態が低下傾向になると、補助駆動手段が作動状態に切り換えられて、補助駆動手段によって過給機の排ガスタービンの駆動が補助されるので、エンジン本体に予混合燃料を過給する過給能力が向上して、エンジン本体の回転状態が目標回転状態に戻され、しかも、排ガスタービンの駆動の補助が、エンジン本体からのエネルギを用いずに行われる。
つまり、エンジン本体から排出される排ガスにて過給機を駆動し、その過給機にて予混合燃料をエンジン本体に過給するようにして、エンジン本体の出力を向上させた予混合過給タイプにおいて、負荷が増大して、エンジン本体の回転状態が低下傾向になったときに、エンジン本体の回転状態を目標回転状態に維持するのを補助するに当たって、排ガスタービンの駆動を補助することによって予混合燃料の過給能力を向上するようにしてあるので、燃料と燃焼用空気との混合比を適正に維持した状態で、エンジン本体に予混合燃料を過給できるようにしながら、負荷を増大させるときには、一度に増大させることができる幅を大きくすることができる。
しかも、エンジン本体の回転状態を目標回転状態に維持するのを補助するために、排ガスタービンの駆動を補助するに当たっては、エンジン本体からのエネルギを用いないようにして、エンジン本体からの出力のすべてを負荷に投入できるようにしてあるので、負荷を増大させるときには、一度に増大させることができる幅を更に大きくすることができる。
従って、予混合過給タイプの過給式エンジンにおいて、燃料と燃焼用空気との混合比を適正に維持した状態で予混合燃料を過給できながら、所望の負荷をかけることができるまでに要する時間を短縮して運転できるようになった。
【００１０】
また、請求項１に記載の特徴構成によれば、圧縮気体が過給機における排ガスタービンに供給されて、圧縮気体の圧力エネルギによって排ガスタービンの回転駆動が補助されることになる。
ちなみに、補助駆動手段は、電動モータをクラッチを介して排ガスタービンに連結することにより構成することができるが、この場合は、圧縮気体を排ガスタービンに供給するように構成する場合に比べて、可動部分が多くなり、構成が複雑となる。
従って、可動部分が少ない簡単な構成にて補助駆動手段を構成することができるので、本願発明の実施コストを低減することができる。
【００１１】
また、請求項１に記載の特徴構成によれば、気体としての窒素を圧縮状態で貯蔵する気体貯蔵部が、排ガスタービンの駆動を補助するために専用に備えられて、その専用の気体貯蔵部から圧縮気体としての圧縮窒素ガスが過給機における排ガスタービンに供給されて、圧縮気体としての圧縮窒素ガスの圧力エネルギによって排ガスタービンの回転駆動が補助されることになる。
気体貯蔵部としては、例えば、ガスボンベを用いることができ、そのガスボンベに、窒素ガスを圧縮状態で貯蔵しておく。
従って、圧縮気体供給用の設備（例えば、工場内の機械に圧縮空気を供給すべく工場内に配管されている圧縮空気配管）が設けられていない場所にも、過給式エンジンを設置することができるので、設置場所の制約を無くすことができるという効果を奏する。
【００１２】
〔請求項２記載の発明〕
請求項２に記載の特徴構成は、前記回転状態検出手段が前記エンジン本体の回転速度を検出するように構成され、
前記制御手段が、前記回転状態検出手段の検出情報に基づいて、前記エンジン本体の回転速度が目標回転速度になるように前記燃料供給量調節手段を制御し、且つ、前記エンジン本体の回転速度を前記目標回転速度に維持するのを補助するように、前記補助駆動手段を前記作動状態と前記停止状態とに切り換えるように構成されていることにある。
請求項２に記載の特徴構成によれば、負荷の変動に対応して、制御手段によって、回転状態検出手段の検出情報に基づいて、エンジン本体の回転速度が目標回転速度になるように燃料供給量調節手段が制御され、且つ、エンジン本体の回転速度を目標回転速度に維持するのを補助するように、補助駆動手段が作動状態と停止状態とに切り換えられるので、エンジン本体は、その回転速度が目標回転速度になるように運転される。
つまり、エンジン本体にて発電機を駆動する場合は、負荷の変動に対応して、エンジン本体の回転速度が目標回転速度になるように運転することになるが、そのような場合において、一度に大きい増大幅にて負荷を増大させても、エンジン本体の回転速度が目標回転速度になるように運転することができる。
しかも、過給機の過給能力はエンジン本体の回転速度の変化により変化し易いことから、エンジン本体の回転状態として回転速度を検出して、その回転速度の検出情報に基づいて、エンジン本体の回転速度を目標回転速度に維持するのを補助するように、補助駆動手段を作動状態と停止状態とに切り換えることにより、的確に過給機の駆動を補助して、エンジン本体に適正に過給できるようにして、エンジン本体の回転速度を的確に目標回転速度に維持することができる。
従って、所望の負荷をかけることができるまでに要する時間を短縮できるようにしながら、発電機を適正に駆動することができるようになった。
【００１３】
〔請求項３記載の発明〕
請求項３に記載の特徴構成は、前記エンジン本体が、理論空気量よりも多い燃焼用空気にて燃料を燃焼させる希薄燃焼式にて構成され、
前記制御手段が、前記回転状態検出手段の検出情報に基づいて、前記エンジン本体の回転速度を前記目標回転速度としての定格回転速度に維持するように前記燃料供給量調節手段を制御し、且つ、前記エンジン本体の回転速度を前記定格回転速度に維持するのを補助するように、前記補助駆動手段を前記作動状態と前記停止状態とに切り換えるように構成され、
前記エンジン本体にて発電機を駆動することにある。
請求項３に記載の特徴構成によれば、負荷の変動に対応して、制御手段によって、回転状態検出手段の検出情報に基づいて、希薄燃焼式に構成されたエンジン本体の回転速度を定格回転速度に維持するように燃料供給量調節手段が制御され、且つ、エンジン本体の回転速度を定格回転速度に維持するのを補助するように、補助駆動手段が作動状態と停止状態とに切り換えられる状態で、エンジン本体が運転され、そのエンジン本体によって、発電機が一定の回転速度に維持されるように駆動される。
ところで、希薄燃焼式に構成されたエンジン本体は、一般のものに比べて、省燃費及び低ＮＯｘ化を図れるものの、負荷の増大に対してエンジン本体の回転速度が低下し易いものであるが、このような希薄燃焼式のエンジン本体を用いたものにおいて、本発明を採用することにより、負荷の増大に対してエンジン本体の回転速度を目標回転速度に維持する作用を、特に効果的に発揮させることができるのである。
本請求項３は上記の請求項２に合わせて実施するものであり、請求項２によれば、エンジン本体の回転速度を検出して、その回転速度の検出情報に基づいて、エンジン本体の回転速度を目標回転速度に維持するのを補助するように、補助駆動手段を作動状態と停止状態とに切り換えることにより、エンジン本体の回転速度を的確に目標回転速度に維持することができる。
従って、省燃費及び低ＮＯｘ化の利点を生かすと共に、所望の負荷をかけることができるまでに要する時間を短縮できるようにしながら、発電機を適正に駆動することができるようになった。
例えば、エンジン本体にて発電機を駆動して給電している通常の運転中に、負荷を増大させるときは、一挙に増大させることができる、又は、段階的に増大させるにしても、その増大幅を大きくすることができるようになり、短時間で所望の負荷をかけることができる。
又、駆動対象の発電機が非常用である場合は、停電時に、過給式エンジンを起動後、短時間で所望の負荷をかけることができるようになり、非常用電源としての実用性を向上することができるようになった。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて、過給式エンジンを非常用電源設備用に用いた場合の実施形態を説明する。
図１に示すように、非常用電源設備は、過給式エンジンＥと、その過給式エンジンＥにて駆動される発電機３０と、その発電機３０から負荷Ｌに供給される電力量を調節する給電量調節器３１と、その給電量調節器３１の作動を制御する給電制御器３２とを備えて構成してあり、商用電源からの電力供給が停止する停電時に、過給式エンジンＥが自動的に起動されて、発電機３０が駆動され、負荷Ｌに給電されるように構成してある。
【００１５】
図１に示すように、過給式エンジンＥは予混合過給タイプに構成し、都市ガス等のガス燃料と燃焼用空気とが予混合された予混合燃料にて駆動されるエンジン本体１と、そのエンジン本体１から排出される排ガスにて駆動されて、エンジン本体１に予混合燃料を過給する過給機Ｔと、エンジン本体１への予混合燃料の供給量を調節する燃料供給量調節手段Ｖと、エンジン本体１の回転状態を検出する回転状態検出手段としての回転速度センサ１５と、その回転速度センサ１５の検出情報に基づいて、エンジン本体１の回転速度を目標回転速度としての定格回転速度に維持するように燃料供給量調節手段Ｖを制御する制御手段としてのエンジン制御器１８を備えて構成してある。
【００１６】
そして、本発明においては、過給機Ｔの排ガスタービン３の駆動を補助する補助駆動手段としての補助駆動部Ａを、駆動補助のときにはエンジン本体１から出力されるエネルギを用いずに作動するように設け、エンジン制御器１８は、回転速度センサ１５の検出情報に基づいて、エンジン本体１の回転速度を定格回転速度に維持するのを補助するように、補助駆動部Ａを駆動補助を行う作動状態と停止状態とに切り換えるように構成してある。
【００１７】
過給機Ｔは、排ガスタービン３とコンプレッサ２とを軸４にて連動連結して、排ガスタービン３にてコンプレッサ２を駆動するように構成してある。
コンプレッサ２の吸気作用により吸気される空気と、ガス燃料路７を通じて加圧状態で供給されるガス燃料との混合比を調節する混合弁６を設け、その混合弁６にて混合された予混合燃料が、予混合燃料供給路５を通じてコンプレッサ２の吸気口に吸気され、コンプレッサ２の吐出口から吐出される圧縮予混合燃料が過給路８を通じて、エンジン本体１に供給され、並びに、エンジン本体１から排出される排ガスが、排ガス路９を通じて排ガスタービン３の給気口に供給され、排ガスタービン３から排出される排ガスが、煙道１０を通じて排出されるように構成してある。
つまり、エンジン本体１から排出される排ガスにて排ガスタービン３が駆動されると共に、その排ガスタービン３に連動連結されたコンプレッサ２が駆動され、そのコンプレッサ２によって、混合弁６にて混合された予混合燃料が吸気、圧縮され、圧縮された予混合燃料が過給路８を通じてエンジン本体１に供給される。
【００１８】
設定空燃比を、空気比λが例えば１．７程度になるように設定し、混合弁６にて、空燃比を設定空燃比に調節して希薄予混合燃料を生成して、エンジン本体１に供給する。エンジン本体１は、理論空気量よりも多い燃焼用空気にてガス燃料を燃焼させる希薄燃焼式に構成してある。
【００１９】
コンプレッサ２をバイパスする状態で、バイパス路１１を吸気路５と過給路８とに接続し、過給路８においてバイパス路１１との接続箇所よりも下流側の箇所に、スロットルバルブ１２を設け、並びに、バイパス路１１にバイパス路開閉弁１３を設けてある。又、過給路８においてバイパス路１１との接続箇所よりも上流側の箇所には、インタークーラ１４を設けてある。
エンジン本体１の回転速度を検出する回転速度センサ１５を設け、過給路８におけるスロットルバルブ１２よりも下流側の箇所において、エンジン本体１に供給される予混合燃料の圧力を検出する圧力センサ１６を設けてある。
図１中の１７は、エンジン本体１を始動させるセルモータである。
【００２０】
補助駆動部Ａについて説明を加える。補助駆動部Ａは、窒素ガスを高圧（例えば、１１７６８ｋＰ（Ｇａｕｇｅ）程度）にて貯蔵する気体貯蔵部としての複数のガスボンベ２１と、複数のガスボンベ２１に接続された補助駆動用ガス路２２と、その補助駆動用ガス路２２に設けた減圧弁２３及び補助駆動ガス断続用開閉弁２４を備えて構成し、補助駆動用ガス路２２を排ガス路９に接続してある。そして、補助駆動ガス断続用開閉弁２４を開弁することにより、ガスボンベ２１の圧縮窒素ガスを減圧弁２３にて減圧し（例えば、５８８〜７８５ｋＰ（Ｇａｕｇｅ）程度）、そのように減圧した圧縮窒素ガスを排ガスタービン３に供給することにより、排ガスタービン３の駆動を補助し、補助駆動ガス断続用開閉弁２４を閉弁することにより、排ガスタービン３への圧縮窒素ガスを停止して、排ガスタービン３の駆動の補助を停止するように構成してある。
【００２１】
つまり、補助駆動部Ａは、ガスボンベ２１に貯蔵されている圧縮窒素ガスを過給機Ｔにおける排ガスタービン３に供給することにより、排ガスタービン３の駆動を補助するよう構成して、駆動補助のときにはエンジン本体１から出力されるエネルギを用いずに作動するよう設けてある。
又、補助駆動ガス断続用開閉弁２４を開弁する状態が、補助駆動を行う作動状態に相当し、補助駆動ガス断続用開閉弁２４を閉弁する状態が、補助駆動を停止する停止状態に相当する。
【００２２】
エンジン制御器１８には、回転速度センサ１５及び圧力センサ１６夫々の検出情報が入力され、又、エンジン制御器１８は、混合弁６、スロットルバルブ１２、バイパス路開閉弁１３及び補助駆動ガス断続用開閉弁２４夫々の作動を制御するように構成してある。
説明を加えると、エンジン制御器１８は、後述する給電制御器３２からのエンジン起動指令に基づいて、エンジン本体１を起動させる起動制御を開始すると共に、回転速度センサ１５の検出回転速度が定格回転速度（例えば、１５００ｒｐｍ）に達して、検出回転速度が定格回転速度に維持される状態が起動確認用設定時間（例えば、５秒間）の間継続することによって、エンジン本体１の起動完了を判別すると共に、起動完了を判別したときには、給電制御器３２に対して、負荷接続指令を送信する。
起動制御は、周知であるので、詳細な説明は省略するが、セルモータ１７及び点火プラグ（図示省略）を作動させると共に、スロットルバルブ１２を開弁して、エンジン本体１に予混合燃料を供給して、燃料を着火、燃焼させて、エンジン本体１を作動させる。
【００２３】
又、エンジン制御器１８は、起動完了を判別すると、回転速度センサ１５の検出情報に基づいて、エンジン本体１の回転速度を定格回転速度に維持するように燃料供給量調節手段Ｖを制御するエンジン運転制御を開始し、このエンジン運転制御は、給電制御器３２からのエンジン停止指令があるまで継続し、エンジン停止指令があると、スロットルバルブ１２を閉弁して、エンジン本体１への予混合燃料の供給を停止して、エンジン本体１を停止させる停止制御を実行する。
【００２４】
そして、エンジン制御器１８は、エンジン運転制御の継続中は、回転速度センサ１５の検出情報に基づいて、過給機Ｔの駆動を補助する必要がある状態（以下、アシスト必要状態と称する場合がある）か、アシスト必要状態でないかを判別し、アシスト必要状態と判別したときは、補助駆動ガス断続用開閉弁２１を開弁して、補助駆動部Ａを作動状態に切り換え、アシスト必要状態でないと判別すると、補助駆動ガス断続用開閉弁２１を閉弁する。
【００２５】
アシスト必要状態は、回転速度センサ１５にて検出される検出回転速度が定格回転速度から低下するときの低下率（例えば、検出回転速度の微分値）が設定低下率以上となる状態のときや、検出回転速度が定格回転速度よりも低くて、定格回転速度と検出回転速度との差がアシスト用設定偏差以上になる状態のときに、判別する。
【００２６】
エンジン運転制御は、設定空燃比になるように混合弁６の作動を制御すると共に、回転速度センサ１５の検出情報に基づいて、エンジン本体１の回転速度を定格回転速度に維持するように、スロットルバルブ１２の開度を調節する。具体的には、回転速度センサ１５の検出情報に基づいて、ＰＩＤ制御にて、スロットルバルブ１２の開度を求め、求めた開度になるように、スロットルバルブ１２の開度を調節する。
更に、エンジン運転制御においては、圧力センサ１６の検出情報に基づいて、予混合燃料の圧力を設定圧力に維持するように、バイパス路開閉弁１３を開閉制御する。つまり、圧力センサ１６の検出圧力が設定圧力よりも高くなると、バイパス路開閉弁１３を開弁して、圧力センサ１６の検出圧力が設定圧力にまで低下すると、バイパス路開閉弁１３を閉弁するように制御して、エンジン本体１に供給される予混合燃料の圧力を設定圧力に維持するようにしてある。
従って、燃料供給量調節手段Ｖは、スロットルバルブ１２及びバイパス路開閉弁１３にて構成してある。
【００２７】
給電制御器３２は、商用電源（図示せず）からの負荷Ｌに対する給電が停止した停電状態、及び、給電が復帰した復帰状態を検出すると共に、停電状態を検出すると、エンジン制御器１８に対して、過給式エンジンの起動を指令するエンジン起動指令を送信し、復帰状態を検出すると、エンジン制御器１８に対して、過給式エンジンを停止するエンジン停止指令を送信するように構成してある。
又、給電制御器３２は、商用電源から電力が供給されている平常時は、発電機３０と負荷Ｌとの接続を遮断し、エンジン制御器１８から負荷接続指令が送信されるのに伴って、発電機３０から負荷Ｌに対して給電を開始すると共に、給電量を調節するように給電量調節器３１の作動を制御するように構成してある。例えば、定格出力が１０００ｋＷの場合、負荷接続指令が送信されると、４００ｋＷの負荷を投入し、その後、１０秒程度経過すると、合計で７００Ｗの負荷を投入するように、給電量調節器３１の作動を制御する。
【００２８】
次に、図２に示すフローチャートに基づいて、エンジン制御器１８の制御動作について説明する。
先ず、エンジン起動指令の有無を判別し、エンジン起動指令が有ると、起動制御を開始し、エンジンの起動完了を判別するまで、起動制御を継続して、エンジンを起動させる（ステップ＃１〜＃３) 。
起動が完了すると、給電制御器３２に対して負荷接続指令を送信すると共に、エンジン運転制御を開始し、このエンジン運転制御は、給電制御器３２からエンジン停止指令が有るまで継続するが、そのエンジン運転制御の実行中においては、アシスト必要状態か、アシスト必要状態でないかを判別し、アシスト必要状態と判別したときは、補助駆動ガス断続用開閉弁２１を開弁して、補助駆動部Ａを作動状態に切り換え、アシスト必要状態でないと判別したときは、補助駆動ガス断続用開閉弁２１を閉弁して、停止状態に切り換える（ステップ＃４〜＃８) 。
給電制御器３２からエンジン停止指令が有ると、停止制御を実行して、リターンする（ステップ＃９、＃１０) 。
【００２９】
従って、アシスト必要状態でないと判別すると、補助駆動ガス断続用開閉弁２１を閉弁して、補助駆動部Ａを停止状態に切り換えることにより、検出回転速度が定格回転速度を下回る状態のときに、排ガスタービン３の駆動補助を停止するようにしてあるので、エンジン本体１の回転速度がオーバーシュートするのを防止して、エンジン本体１の回転速度を精度良く定格回転速度に維持することができる。
【００３０】
次に、上述の如き制御構成にて運転して、本発明による過給式エンジンの性能を検証した結果を、図３に基づいて説明する。尚、検証試験に用いた過給式エンジンの定格出力は１０００ｋＷであり、エンジン本体１は、空気比λが１．７程度の希薄予混合燃料を用いる希薄燃焼式である。図３において、（イ）は、起動時からのエンジン本体１の回転速度の経時変化を示し、（ロ）は、負荷投入量の経時変化を示し（負荷の値は、発電機の出力の計測値である）、（ハ）は、回転速度を定格回転速度に維持するのを補助するように、補助駆動ガス断続用開閉弁２４を開閉制御した結果を示し、（イ）、（ロ）及び（ハ）は、互いに時間軸を一致させてある。又、（ハ）において、縦軸の「０」は、補助駆動ガス断続用開閉弁２４の閉弁状態を示し、「１」は補助駆動ガス断続用開閉弁２４の開弁状態を示す。
【００３１】
図３の（イ）に示すように、時間軸０の時点から２０数秒前の時点で、エンジン本体１が起動され、回転速度センサ１５の回転速度センサ１５の検出回転速度が定格回転速度（例えば、１５００ｒｐｍ）に達し、検出回転速度が定格回転速度に維持される状態が起動確認用設定時間（例えば、５秒間) の間継続した時点、即ち、時間軸０の時点で起動の完了が判別される。
図３の（ロ）に示すように、起動の完了が判別された時間軸０の時点において、４００ｋＷの負荷を投入し、その約１０秒後、合計で７００ｋＷの負荷を投入するように、給電制御器３２によって、給電量調節器３１の作動が制御される。
図３の（ハ）は、上述のように負荷が投入されたときに、エンジン本体１の回転速度を定格回転速度に維持するように、補助駆動ガス断続用開閉弁２４が開閉制御される状態を示す。
【００３２】
尚、負荷投入後、時間が経過するのに伴って、エンジン本体１の回転速度のハンチングが小さくなり、負荷投入後、約１００秒経過すると、アシスト必要状態が判別されなくなって、以降は、排ガスタービン３の駆動を補助することなく運転が可能となっている。
【００３３】
つまり、本発明による過給式エンジンを用いることにより、起動後、約３０秒程度で、定格負荷の７０％に相当する負荷を投入することが可能になった。
ちなみに、排ガスタービンの駆動を補助しない過給式エンジンを用いる場合は、定格負荷の７０％に相当する負荷を投入できるまでに、５分間程度を要していた。
【００３４】
〔別実施形態〕
次に別実施形態を説明する。
【００３７】
（イ）上記の実施形態においては、目標回転速度を定格回転速度として、エンジン本体１の回転速度を定格回転速度に維持するように運転する場合について例示したが、負荷に応じて目標回転速度を変更設定するように構成して、エンジン本体１の回転速度が目標回転速度になるように運転するようにしても良い。
【００３８】
（ロ）上記の実施形態においては、回転状態検出手段の具体構成として、エンジン本体１の回転状態として回転速度を検出する回転速度センサ１５を設ける場合について例示したが、回転状態検出手段の具体構成として、例えば、エンジン本体１の出力軸のトルクを検出するトルクセンサを設けても良い。この場合、エンジン制御器１８は、トルクセンサの検出情報に基づいて、エンジン本体１のトルクが目標トルクになるように燃料供給量調節手段Ｖを制御し、且つ、エンジン本体１のトルクを前記目標トルクに維持するのを補助するように、補助駆動部Ａを作動状態と停止状態とに切り換えるように構成する。
【００３９】
（ハ）上記の実施形態において設けたバイパス路１１及びバイパス路開閉弁１３は省略可能であり、この場合は、燃料供給量調節手段Ｖは、スロットルバルブ１２のみにて構成されることになる。
【００４０】
（ニ）上記の実施形態においては、本発明を予混合過給タイプの過給式エンジンに適用する場合について例示したが、本発明は、予混合過給タイプ以外の各種過給式エンジンにも適用することができる。
例えば、過給機Ｔにて、燃焼用空気を圧縮し、その圧縮燃焼用空気に燃料を混合させて、その混合燃料をエンジン本体１に供給するタイプにも適用することができる。この場合は、図１において、混合弁６を、過給路８におけるスロットルバルブ１２よりも上流側の箇所に設けると共に、その混合弁６にガス燃料路７を接続して、この混合弁６にて、燃焼用空気とガス燃料との混合比を調節することになる。
あるいは、過給機Ｔにて、燃焼用空気をエンジン本体１に過給し、燃料を直接、エンジン本体１に噴射するタイプにも適用することができる。
【００４１】
（ホ）上記の実施形態においては、エンジン本体１を希薄燃焼式に構成する場合について例示したが、エンジン本体１は希薄燃焼式に限定されるものではなく、空気比λが１程度の予混合燃料で燃焼させるように構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】過給式エンジンを用いた非常用電源設備の系統図
【図２】過給式エンジンの制御動作のフローチャートを示す図
【図３】過給式エンジンの制御動作のタイムチャートを示す図
【符号の説明】
１エンジン本体
３排ガスタービン
１５回転状態検出手段
１８制御手段
２１気体貯蔵部
３０発電機
Ａ補助駆動手段
Ｔ過給機
Ｖ燃料供給量調節手段

Claims

発電機を駆動するエンジン本体から排出される排ガスにて駆動されて過給する過給機と、
前記エンジン本体への燃料の供給量を調節する燃料供給量調節手段と、
前記エンジン本体の回転状態を検出する回転状態検出手段と、
その回転状態検出手段の検出情報に基づいて、前記エンジン本体の回転状態が目標回転状態になるように前記燃料供給量調節手段を制御する制御手段が設けられた非常用電源設備用の過給式エンジンであって、
前記過給機の駆動を補助する補助駆動手段が、駆動補助のときには前記エンジン本体から出力されるエネルギを用いずに作動するように設けられ、
前記制御手段は、前記回転状態検出手段の検出情報に基づいて、前記エンジン本体の回転状態を前記目標回転状態に維持するのを補助するように、前記補助駆動手段を駆動補助を行う作動状態と停止状態とに切り換えるように構成され、
前記過給機が、燃料と燃焼用空気とが予混合された予混合燃料を過給するように構成され、
前記燃料供給量調節手段が、前記エンジン本体への予混合燃料の供給量を調節するように構成され、
前記補助駆動手段が、圧縮気体を前記過給機における排ガスタービンに供給することにより、前記排ガスタービンの駆動を補助するように構成され、且つ、前記排ガスタービンの駆動を補助するための構成として、気体としての窒素を圧縮状態で貯蔵する気体貯蔵部を備えて、その気体貯蔵部から圧縮気体としての圧縮窒素ガスを減圧弁にて減圧して前記排ガスタービンに供給することにより、前記排ガスタービンの駆動を補助するように構成されている非常用電源設備用の過給式エンジン。
前記回転状態検出手段が前記エンジン本体の回転速度を検出するように構成され、
前記制御手段が、前記回転状態検出手段の検出情報に基づいて、前記エンジン本体の回転速度が目標回転速度になるように前記燃料供給量調節手段を制御し、且つ、前記エンジン本体の回転速度を前記目標回転速度に維持するのを補助するように、前記補助駆動手段を前記作動状態と前記停止状態とに切り換えるように構成されている請求項１記載の非常用電源設備用の過給式エンジン。
前記エンジン本体が、理論空気量よりも多い燃焼用空気にて燃料を燃焼させる希薄燃焼式にて構成され、
前記制御手段が、前記回転状態検出手段の検出情報に基づいて、前記エンジン本体の回転速度を前記目標回転速度としての定格回転速度に維持するように前記燃料供給量調節手段を制御し、且つ、前記エンジン本体の回転速度を前記定格回転速度に維持するのを補助するように、前記補助駆動手段を前記作動状態と前記停止状態とに切り換えるように構成されている請求項２記載の非常用電源設備用の過給式エンジン。