JP4975702B2 - 液体燃料および／または気体燃料で駆動可能な内燃機関を制御するための装置 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１のおいて書き部分に記載の液体燃料および／または気体燃料で駆動可能な内燃機関を制御するための装置に関するものである。通例このようなエンジンは大きな出力を得るために設計され、設定された一定の回転数で運動し、電流を発生させるために発電機を駆動させる。このようなエンジンを使用することは特に、気体燃料を液体燃料の有利な代替として容易に利用可能なところ、たとえばガス採掘地域近くに建設された発電施設またはガスを輸送するタンカーを駆動する際などに関心がもたれている。

ガス駆動のために設計されたエンジンが液体燃料とりわけディーゼル燃料でも駆動可能である必要性は、始動は常に液体燃料によってのみ可能であり、かつ通常ガス供給が途絶えた場合でも駆動が保証されなくてはならないということから生じたものである。このことから、エンジンは連続駆動の間にある種類の燃料からその他の種類の燃料への転換が可能でなくてはならない。

連続駆動における燃料転換の周知の方法は、それまで使用されてきた燃料の供給を転換の開始時における実際値を起点として固定された率で直線的に抑制するものである。回転数制御装置の出力部は転換の開始時にそれまでの種類の燃料の供給装置から切り離され、ゼロに戻され、新たな種類の燃料の供給装置に接続される。続いて回転数制御装置はその通常の作用方法に基づいて、正しい範囲で自動的に新たな燃料形態の供給を増大させ、専ら新たな種類の燃料での駆動において固定した状態に達するまで、これまでの種類の燃料の供給の抑制を進めながら当該抑制との均衡を実現する。

前記の構想の欠点は、ある種類の燃料から他の種類の燃料への転換が漸進的にしか行われず、急速には行われないことである。それは、回転数制御装置が回転数を一定に保つために最適化されているためである。またそれゆえに、出力の低下が生じてはならないのであれば、それまでの種類の燃料をゆっくりと抑制しながら均衡を実現するしかない点にある。しかしながら、急速な転換の可能性とりわけ気体燃料による駆動から液体燃料による駆動の急速な転換の可能性が望ましい。なぜなら、ガス漏れが起こった場合爆発の危険があるため、ガスの供給は即座に中止されなくてはならないからである。

それゆえこの発明の課題は、同種のエンジンにおいて、ある種類の燃料からその他の種類の燃料に急速に転換するのを可能ならしめることにある。

前記課題は、本願発明により請求項１に記載の特徴を有する装置によって解決される。有利な形成は従属請求項に記載されている。

本発明がもくろんでいるのは、２種類の燃料の供給装置を常時互いに並行して制御することであり、その際エンジンの全出力に対する個々の燃料の負担分をあらかじめ決められた比率で割り当てることである。その際１種類のみの燃料での駆動は比率０ないしは１に対応し、燃料の種類の転換は０から１あるいはその逆への比率の交換に当てはまる。制御が常時並行して２つの燃料供給装置に働きかけることにより、転換が任意に迅速に行われ得、転換の速さは制御工学における信号伝達時間と、燃料供給装置におけるアクチュエータの反応時間によってのみ制限される。

２つの燃料供給装置の制御を恒常的に行うことには、更なる利点がある。すなわち２つの種類の燃料間での急速な転換だけでなく、前記２種類の燃料によるエンジンの混合駆動を可能ならしめる。その際、エンジンの全出力に対する２種類の燃料の負担比率が任意に調節可能である。そのために、そのつど定められた出力負担分は、２種類の燃料に関するその時々の特性曲線に基づいて、個々の種類の燃料供給装置に関するそのつどの修正信号に変換される。混合駆動の有利な応用はとりわけ、気体量が不充分な場合、液体燃料をさらに加えることで、気体燃料のみの駆動では達し得ないエンジン出力を得る可能性にある。

ガスの品質が変動しうるという観点から、本発明の有利な形成は、実際の出力を測定し、かつ回転数制御装置によって全体的に算出された出力と実際の出力との違いをガス圧の目標値の修正のために用いることを目的としている。すなわち、実際の出力が算出された値よりも低ければ、制御装置を介して目標値を上げ、原因となったガスの品質悪化が生じないようにするのである。エンジンが発電用のジェネレータを駆動させれば、この構想の現実化は容易となる。なぜならこの場合、実際のエンジン出力は問題なく電気的に測定可能だからである。

以下に、本発明の実施例を図に基づいて示す。唯一の図である図１は、本発明に係る装置の信号伝達図を示している。

エンジン１は電気ジェネレータ２を出力３で駆動しており、燃料噴射装置４により液体燃料スループット５および／またはガス噴入装置６によりガススループット７を供給され得る。その際、ガス噴入装置６のガスは、ガス供給部８からガス圧９によって供給される。

ガス供給部８にはガス圧の目標値１０があらかじめ設定されている。このガス圧の目標値１０は、エンジン１からターボチャージャーを介して作り出される過給空気圧１１をガス圧調節装置１２から出力される一定のガス圧調節値１３に加算することでもたらされる。前記の加算を行う加算器１４に任意に第３の入力信号３２を与え得る。この入力信号３２は目下のところ関心の対象ではないが、後で詳しく説明する。調節装置１２はガス圧調節値１３の手動および／または自動での調節を可能にする。

エンジン１の実際の回転数１５は、回転数制御装置１６に与えられ、当該回転数制御装置１６の内部であらかじめ設定された一定の目標回転数が調整されている。回転数制御装置１６から出力された第１の制御信号１７は、分配器１８に送られる。この制御信号１７は、絶対値としてのエンジン出力３に、またはエンジン１の名目出力に標準化された出力に相当する。分配器１８には調節装置１９によって、エンジン１の全出力に対する２種類の燃料のそれぞれの負担分の比率２０があらかじめ設定されている。

調節装置１９における出力比率の調節も、操作員による手動でも自動でも行うことができる。従ってたとえば、前記２種類の燃料のひとつが欠落した場合、手動であらかじめ設定された０から１までの間にある比率２０は、急速な転換によって自動的に０または１に設定され得る。

分配器１８は、液体燃料によって負担すべき出力を定める第２の制御信号２１と、気体燃料によって負担すべき出力を定める第３の制御信号２２とを出力する。第１の制御信号１７と同様に第２および第３の制御信号２１および２２もそのつどエンジン１の出力の絶対値に応じたものであるか、またはエンジン１の名目出力に標準化される。

第２の制御信号２１は、燃料噴射装置４に作用する修正信号２４とエンジン１の全出力３との関係を示す特性曲線を記憶装置に有している、第１の変換装置２３に供給される。記憶された特性曲線に基づいて、第１の変換装置２３は第２の制御信号２１を対応する修正信号２４に変換し、修正信号２４は変換装置２３から燃料噴射装置４に出力される。

第３の制御信号２２は、ガス噴入装置６に作用する修正信号２６とエンジン１の全出力３との関係を示す特性曲線を記憶装置に有している、第２の変換装置２５に供給される。記憶された特性曲線に基づいて、第２の変換装置２５は第３の制御信号２２を対応する修正信号２６に変換し、修正信号２６は変換装置２５からガス噴入装置６に出力される。

このようにしてエンジン１は同時に２つの異なった種類の燃料で駆動可能となり、その際調節装置１９によって、全出力３に対する両燃料の負担比率は、０から１の間で当該限界値を含む任意の値に調整可能である。比率２０の変更が調節装置１９を介してエンジン１に作用する速度は、制御工学における信号伝達時間と、制御すべきアクチュエータの反応時間のみに依存し、すなわち非常に高速であることは納得できる。それゆえ、気体燃料のみによる駆動から液体燃料のみによる駆動への転換も、非常に迅速なものとなる。

液体燃料の場合想定すべき品質の変動は重要でないものばかりだが、ガス状の燃料は目立った品質の変動、すなわち量単位あたりのエネルギー含有量の時間による変化を見せることがある。しかし第２の変換装置２５に記憶された特性曲線は必然的に、あらかじめ決められたガス状燃料の標準的な品質を基にしている。なぜなら、この特性曲線に基づいて、ガス状燃料のあらかじめ設定された出力負担分２２がガス噴入装置６のための修正信号２６に変換されるからである。したがってガスの品質が想定された基準から外れると、ガス側の制御回路が誤ってパラメータ化される結果となろう。そうなれば、とりわけ気体燃料のみによる駆動において、ガス品質が基準以下に低下すればエンジン出力３の低下を招きかねない。

ガス品質の変動の均衡を実現するために、本願により図１内に破線で縁取りされた作用ブロック２７が設けられている。当該作用ブロック２７は、要約すればガス品質を制御するものと表せる。このガス品質制御装置２７は減算器２８を有しており、この減算器２８には回転数制御装置１６の出力信号１７および出力測定信号２９が供給される。その際、エンジン１の実際の瞬間出力を示す出力測定信号２９は、エンジン１によって駆動されるジェネレータ２の内部に組み入れられている測定変換器から伝達される。

出力測定信号２９は、エンジン１の全出力３の目標値を示す回転数制御装置１６の出力信号１７から減算され、そしてその差分３０が制御装置３１に送られる。この制御装置３１は、その機能に従ってガス圧修正制御装置として特徴付けられ得る。実際の出力３の測定値２９が、回転数制御装置１６によって出力されたエンジン１の全出力３の目標値１７に達しない場合には、このガス圧修正制御装置３１の出力信号３２はすなわち、調節装置１２から伝達されたガス圧調節値１３に加算され、ガス供給部８に印加されるガス圧目標値１０の上昇を招き、そのためにガス噴入装置６に印加されるガス圧９の上昇を招く。

これにより、エンジン１の出力３に対するガス状燃料の負担分の低下が抑えられ、ガス品質の悪化を補填することができるが、当該補填は任意ではなくある程度までしか行われない。なぜならガス圧９は、あらかじめ決められた上限を超えてはならないからである。それゆえガス圧修正制御装置３１の出力信号３２の値の範囲は、それに応じて制限される。エンジン１がガスを燃料として駆動される場合、またガス圧の上昇によってだけでは要求された出力３がもはや補償され得ないほどガスの品質が低下した場合、混合駆動に移行し、出力の一部が液体燃料によって作り出される。これが、本発明の更なる重要な利点である。

ガス品質が再び上がると、実際に出力されるエンジン１の出力３が上昇し、それに伴ってそれに応じた測定値２９も上昇し、ガス圧修正制御装置３１の入力部における差分の信号３０がマイナスとなり、この制御装置３１の出力信号３２が減少することになる。これにより、ガス圧目標値１０の低下がもたらされる。ガスが再び基準の品質に達すれば、ガス圧修正制御装置３１の出力信号は０となり、ガス圧目標値１０は調節装置１２によって伝達されるガス圧調節値１３に再び対応する。原則的にはガスの品質があまりに高いとガス品質制御装置２７を介して、ガス圧目標値１０を低下させることによって補填され得ることは当然であるが、実際にはむしろガスの品質が基準値よりも下方にあるという問題が生じている。

装置の信号伝達図を示す図である。

符号の説明

１ エンジン
２ ジェネレータ
３ 出力
４ 液体燃料噴射装置
５ 液体燃料スループット
６ ガス噴入装置
７ ガススループット
８ ガス供給部
９ ガス圧
１０ ガス圧目標値
１１ 過給空気圧
１２ ガス圧調節装置
１３ ガス圧調節値
１４ 加算器
１５ エンジン１の実際の回転数
１６ 回転数制御装置
１７ 回転数制御装置の制御信号／出力信号
１８ 分配器
１９ 調節装置
２０ ２種類の燃料のそれぞれの負担比率
２１ 第２の制御信号
２２ 第３の制御信号
２３ 第１変換装置
２４ 修正信号
２５ 第２変換装置
２６ 修正信号
２７ ガス品質制御装置
２８ 減算器
２９ 出力測定信号／測定値
３０ 出力信号１７と出力測定信号２９との差分
３１ ガス圧修正制御装置
３２ ガス圧修正制御装置３１の出力信号／加算器への第３の入力信号

Claims (2)

1. 液体燃料およびガス燃料の両方を用いて駆動可能なエンジン（１）を制御するための装置であって、
   当該装置は、
   前記エンジン（１）に対して前記液体燃料を供給するための液体燃料噴射装置（４）と、
   前記エンジン（１）に対して前記ガス燃料を供給するための、ガス供給部（８）に接続されたガス噴入装置（６）と、
   前記エンジン（１）の実際の回転数に依存するとともに、前記エンジン（１）の出力に影響を及ぼす制御信号を出力する回転数制御装置（１６）と、を備える装置において、
   前記エンジン（１）から出力すべき全出力（３）の大きさを表す前記回転数制御装置（１６）の制御信号（１７）が、あらかじめ決められた比率に応じて前記全出力（３）の大きさを前記液体燃料の負担分と前記ガス燃料の負担分とに分ける分配器（１８）に送られ、
   該分配器（１８）はそのために第２および第３の制御信号（２１；２２）を発生させて出力すると共に、該分配器（１８）は、分配比率を０と１との間であって０と１とを含む任意の値に調節可能である調節装置（１９）に接続されており、
   前記第２の制御信号（２１）は、第１変換装置（２３）に供給され、該変換装置（２３）は当該変換装置に記憶された特性曲線に基づいて、その時々の前記第２の制御信号（２１）によって出力された、エンジン出力に対する前記液体燃料の負担分の値をそのつどの修正信号（２４）の値に変換し、この修正信号（２４）は前記液体燃料噴射装置（４）に供給され、当該液体燃料噴射装置（４）は、前記エンジン（１）に対して、液体燃料スループット（５）を供給し、前記第２の制御信号（２１）は単位時間ごとに前記エンジン（１）に噴射される前記液体燃料の量に影響を及ぼすようになっており、
   前記第３の制御信号（２２）は、第２変換装置（２５）に供給され、該変換装置（２５）は当該変換装置に記憶された特性曲線に基づいて、その時々の前記第３の制御信号（２２）によって出力された、エンジン出力に対する前記ガス燃料の負担分の値をそのつどの修正信号（２６）の値に変換し、この修正信号（２６）は前記ガス噴入装置（６）に供給され、当該前記ガス噴入装置（６）は、前記エンジン（１）に対して、ガススループット（７）を供給し、前記第３の制御信号（２２）は単位時間ごとに前記エンジン（１）に噴入される前記ガス燃料の量に影響を及ぼすようになっており、
   当該装置は、さらに、前記エンジン（１）の実際の出力（３）の大きさを表す出力測定信号（２９）を送信する測定変換器を備え、
   前記出力測定信号（２９）は前記回転数制御装置（１６）の前記出力信号（１７）から減算され、その差分がガス圧修正制御装置（３１）に送られ、
   該ガス圧修正制御装置（３１）の出力信号（３２）が、ガス圧調節装置（１２）によってあらかじめ設定されたガス圧調整値（１３）に加算され、これによって得られたガス圧目標値（１０）が前記ガス供給部（８）に供給され、これによって、前記エンジンがガスを燃料として駆動されている場合には、エンジン出力に対する前記ガス燃料の負担分の値が変化するように前記ガススループット（７）を増大あるいは減少させるようになっていることを特徴とする装置。
2. 前記エンジン（１）が、該エンジン（１）から出される出力を電気的な出力に変換するジェネレータ（２）を駆動し、
   前記出力測定信号（２９）を送信する前記測定変換器が前記ジェネレータ（２）に組み込まれていることを特徴とする請求項１に記載の装置。

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