JP5022823B2 - Gas engine control device - Google Patents
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Description
本発明は、パイロット着火方式の予混合稀薄燃焼エンジンの制御装置に関する。 The present invention relates to a control device for a pilot ignition type premixed lean combustion engine.
ガスエンジンで発電機を駆動して電力を発生させると共に、前記ガスエンジンの排熱を利用して温水や蒸気等を生成する、いわゆるコージェネレーションシステムが普及しつつある。前記ガスエンジンとして、理論空燃比(燃料:空気=1:15)よりも低い空燃比(例えば燃料:空気=1:20程度)で燃料ガスと空気とを予め混合した混合ガスの供給を受け、これをパイロット着火方式で燃焼させるパイロット着火方式の予混合稀薄燃焼エンジンが用いられることがある。かかるエンジンは、理論空燃比よりも少ない燃料ガスで駆動されるので、燃料効率が良いという利点がある。なお、稀薄燃焼エンジンの空燃比制御技術として、特許文献1を例示しておく。
A so-called cogeneration system that generates electric power by driving a generator with a gas engine and generates hot water, steam, or the like by using exhaust heat of the gas engine is becoming widespread. The gas engine is supplied with a mixed gas in which fuel gas and air are mixed in advance at an air-fuel ratio (for example, fuel: air = 1: 20) lower than the stoichiometric air-fuel ratio (fuel: air = 1: 15), A pilot ignition type premixed lean combustion engine may be used in which this is burned by a pilot ignition type. Since such an engine is driven with a fuel gas less than the stoichiometric air-fuel ratio, there is an advantage that fuel efficiency is good.
一般にエンジンの出力制御は、ガバナコントローラによる燃料ガスの供給スロットルの開度調整により行われている。コージェネレーションシステムでは、発電機出力の目標値に応じて電力制御装置が制御信号を発生し、該制御信号に応じてガバナコントローラが開度調整を実行することになる。
ところで、理論空燃比に近い混合ガスが用いられるエンジンでは、ガバナコントローラの制御方式として、エンジン出力を効率的に目標値に近づけるため、通常はPID制御が採用される。すなわち、現状の出力値と目標値との偏差が大きい場合は制御信号のパルス幅を拡げて早く目標値に近づくようにし、偏差が小さい場合はパルス幅を小さくして目標値に収斂させる制御が行われる。 By the way, in an engine in which a mixed gas close to the stoichiometric air-fuel ratio is used, PID control is usually adopted as a control method of the governor controller in order to efficiently bring the engine output close to the target value. That is, when the deviation between the current output value and the target value is large, the control signal is expanded so that the pulse width of the control signal is widened to approach the target value quickly, and when the deviation is small, the pulse width is reduced to converge to the target value. Done.
しかしながら、このようなPID制御を、パイロット着火方式の予混合稀薄燃焼エンジンに適用すると、その出力制御が良好に行えない場合がある。すなわち、当該エンジンではガバナコントローラでスロットルの開度調整を行ったとしても応答性が悪く、PID制御で出力値と目標値との偏差に応じたパルス幅の制御パルスを与えても、これに呼応した出力制御を十分に行えないという問題があった。このため、コージェネレーションシステムにおいて電力制御装置の指令でダイレクトにガバナコントローラを制御した場合、エンジンが失速してしまう等の不具合が生じることが起こり得る。 However, if such PID control is applied to a pilot ignition type premixed lean combustion engine, the output control may not be performed well. In other words, even if the throttle opening is adjusted by the governor controller in the engine, the responsiveness is poor, and even if a control pulse having a pulse width corresponding to the deviation between the output value and the target value is given by PID control, it responds to this. There was a problem that the output control performed could not be performed sufficiently. For this reason, in the cogeneration system, when the governor controller is directly controlled by a command from the power control device, problems such as engine stall may occur.
本発明はこのような問題に鑑みてなされたもので、パイロット着火方式の予混合稀薄燃焼エンジンの出力制御を効率良く行うことができるガスエンジン制御装置を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems, and an object of the present invention is to provide a gas engine control device capable of efficiently performing output control of a pilot ignition type premixed lean combustion engine.
本発明の請求項1に係るガスエンジン制御装置は、ガスコージェネレーションシステムに用いられるパイロット着火方式の予混合稀薄燃焼エンジンを制御するための装置であって、予混合燃料ガスを前記エンジンに供給するガス流路に設けられるガス流量制御弁と、前記ガス流量制御弁の開度調整を行う制御弁コントローラと、前記制御弁コントローラに開度調整動作を実行させるための制御信号を出力するシーケンサと、前記エンジンの直接的又は間接的な出力値と所定の目標値との間に偏差が生じたときに、前記シーケンサに前記偏差を解消させる動作指令を与える出力制御装置と、を備え、前記出力制御装置は、前記動作指令として、目標値よりも低い現状の出力値を目標値に近づける上げ指令と、目標値よりも高い現状の出力値を目標値に近づける下げ指令とを前記シーケンサに与えることが可能とされ、前記シーケンサは、一定幅のパルス信号を前記制御信号として出力し、前記制御弁コントローラはそのパルス幅の時間において前記開度調整動作を実行するものであって、前記シーケンサは、前記出力制御装置から前記上げ指令が与えられたとき、第1のインターバルで前記パルス信号を出力し、前記下げ指令が与えられたとき、第1のインターバルよりも短い第2のインターバルで前記パルス信号を出力することを特徴とする。
Gas engine control apparatus according to
この構成によれば、前記制御弁コントローラは、シーケンサから第1のインターバルで出力される一定幅のパルス信号に基づき、ガス流量制御弁の開度調整動作を実行する。従って、ガス流量制御弁の開度が急激に大きくなることはなく、燃料ガスが理論空燃比よりも稀釈化されたものであっても、エンジン内の燃料濃度が急激に変化することはない。つまり、前記上げ指令が与えられたとき、エンジンの筒内圧が上がることから失速(失火)生じ易い環境となるが、一定のペースでガス流量制御弁の開度が大きくされて行くので、失火が生じ難くなる。 According to this configuration, the control valve controller performs the opening adjustment operation of the gas flow control valve based on the pulse signal having a constant width output from the sequencer at the first interval. Therefore, the opening of the gas flow rate control valve does not suddenly increase, and even if the fuel gas is diluted more than the stoichiometric air-fuel ratio, the fuel concentration in the engine does not change abruptly. In other words, when the increase command is given, the in-cylinder pressure of the engine increases, so that an environment in which a stall (misfire) is likely to occur is generated. However, since the opening of the gas flow control valve is increased at a constant pace, It becomes difficult to occur.
一方、前記下げ指令が与えられたとき、第1のインターバルよりも短い第2のインターバルでパルス信号が前記制御弁コントローラに与えられる。これは、下げ指令のときはエンジンの筒内圧が下がることから元々失火が生じ難く、上げ指令のときよりも早いペースでガス流量制御弁の開度を小さくできるからである。これにより、下げ指令の場合の、目標値への到達時間を短縮化することができる。 On the other hand, when the lowering command is given, a pulse signal is given to the control valve controller at a second interval shorter than the first interval. This is because the in-cylinder pressure of the engine is lowered when the lowering command is issued, so that misfire is not likely to occur, and the opening of the gas flow control valve can be reduced at a faster pace than when the raising command is issued. Thereby, the arrival time to the target value in the case of the lowering command can be shortened.
上記構成において、前記エンジンにより駆動される発電機をさらに備え、前記出力制御装置は、前記発電機の出力状態に基づいて、前記上げ指令若しくは前記下げ指令を発生することが望ましい(請求項2)。この構成によれば、発電機の出力(例えば出力電圧や発生電力)に応じて前記エンジンの出力制御が行われる。このため、コージェネレーションシステム等に本発明を適用し易くなる。 In the above configuration, it is preferable that the generator further includes a generator driven by the engine, and the output control device generates the increase command or the decrease command based on an output state of the generator. . According to this configuration, output control of the engine is performed according to the output of the generator (for example, output voltage or generated power). For this reason, it becomes easy to apply this invention to a cogeneration system etc.
上記構成において、前記シーケンサは、前記目標値に到達する直前のタイミングのとき、パルス信号のパルス幅を前記一定幅よりも短いパルス幅として出力することが望ましい(請求項3)。この構成によれば、目標値に到達する直前に制御弁コントローラに与えられるパルス信号は、パルス幅が短いものとなる。従って、オーバーシュート等の発生を抑制することができる。 In the above configuration, it is desirable that the sequencer outputs the pulse width of the pulse signal as a pulse width shorter than the fixed width at a timing immediately before reaching the target value. According to this configuration, the pulse signal given to the control valve controller immediately before reaching the target value has a short pulse width. Therefore, occurrence of overshoot or the like can be suppressed.
本発明のガスエンジン制御装置によれば、ガスコージェネレーションシステムに用いられるパイロット着火方式の予混合稀薄燃焼エンジンの出力制御を、失火を生じさせるこのなく、効率良く行うことができる。また、シーケンサを組み入れることで、既存のPID制御装置を流用しつつ、予混合稀薄燃焼エンジンの出力制御を行えるという利点もある。
According to the gas engine control device of the present invention, the output control of the pilot ignition type premixed lean combustion engine used in the gas cogeneration system can be efficiently performed without causing misfire. In addition, by incorporating a sequencer, there is also an advantage that output control of a premixed lean combustion engine can be performed while diverting an existing PID control device.
以下、図面に基づいて本発明の実施形態につき詳細に説明する。
図1は、本発明が適用されたコージェネレーション装置Sの構成を概略的に示すブロック図である。このコージェネレーション装置Sは、パイロット着火方式の予混合稀薄燃焼型のガスエンジンシステム10と、該ガスエンジンシステム10の動作を制御するガスエンジン制御装置20とを含む。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram schematically showing the configuration of a cogeneration apparatus S to which the present invention is applied. The cogeneration apparatus S includes a pilot ignition type premixed lean combustion type
ガスエンジンシステム10は、ガスエンジン11、発電機12、第1及び第2熱交換器131、132、燃料ガス源141、空気源142、キャブレータ15、ガススロットル16、パイロットオイル源171、オイル制御弁172及び冷却水供給源18を含んで構成されている。
The
ガスエンジン11は、コモンレール噴射装置111を採用したパイロット着火方式の多気筒ガスエンジンである。すなわち、このガスエンジン11は副室を備え、理論空燃比よりも低い空燃比(例えば燃料:空気=1:20程度)で燃料ガスと空気とを予め混合した混合ガスの供給を受け、前記副室内に少量の液体燃料(パイロットオイル)を噴射することで、稀薄混合気に安定的に着火する方式が採用されている。
The
コモンレール噴射装置111は、コモンレールパイプ、電子噴射弁等を備え、高圧ポンプで圧縮された前記パイロットオイルをコモンレールパイプ内に蓄圧し、電子噴射弁経由で副室内に噴射する装置である。このようなコモンレール噴射装置111の採用により、噴射量、噴射時期の最適制御が個別気筒ごとに可能となる。なお、かかる制御のために、コモンレール噴射装置111には圧力センサ112が付設されている。
The common
ガスエンジン11には、燃料ガスの燃焼排気ガスを排出するための第1排気ガス管路113、第2排気ガス管路114が備えられている。これら第1、第2排気ガス管路113、114は、排気ガスが具備する熱を回収させるために、それぞれ第1、第2熱交換器131、132を経由するように配管されている。第1、第2熱交換器131、132には水が供給され、この水と排気ガスとを熱交換させることで、温水が生成される。なお、第1、第2排気ガス管路113、114を流通する排気ガスの温度は、キャブレータ15の制御のために温度センサ115で監視される。
The
発電機12は、ガスエンジン11によって駆動されて電力を発生し、この電力を所定の電力系統に供給する。発電機12はタービンを備え、該タービンの回転軸がガスエンジン11の出力回転軸に連結されている。この発電機12には、前記タービンに装着されている回転子コイルに界磁電流を供給する励磁機121が備えられている。
The
燃料ガス源141は、ガスエンジン11の気筒内で燃焼される燃料ガスを供給する。空気源142は、所定の空燃比に稀薄された混合ガスを生成するために空気を供給する。キャブレータ15は、燃料ガス源141及び空気源142から燃料ガス及び空気の供給を受け、両者の混合比を調整して混合ガス(予混合稀薄ガス)を生成する。このキャブレータ15は、後述のキャブレータコントローラ25により制御され、混合ガスの空燃比が調整可能とされている。
The
ガススロットル16(ガス流量制御弁)は、ガスエンジン11に対して予混合燃料ガスを供給するガス流路に設置されている。このガススロットル16の開度は、負荷に応じてガスエンジン11の回転数を調速するために、後述のガバナコントローラ23によって調整され、予混合燃料ガスのガスエンジン11への供給量が制御される。
The gas throttle 16 (gas flow rate control valve) is installed in a gas flow path for supplying premixed fuel gas to the
パイロットオイル源171は、ガスエンジン11の副室にパイロット着火のために供給されるパイロットオイルを供給する。オイル制御弁172は、パイロットオイルのガスエンジン11への供給量を制御する制御弁である。このオイル制御弁172は、圧力センサ112により検出されたコモンレール噴射装置111の圧力に基づいて、パイロットオイルコントローラ173により制御される。冷却水供給源18は、ガスエンジン11の冷却のために用いられる冷却水を供給する。
The
次に、ガスエンジン制御装置20は、上述したような構成を有するガスエンジンシステム10の動作制御のために、電力制御装置21(出力制御装置)、シーケンサ22、ガバナコントローラ23(制御弁コントローラ)、自動電圧調整装置(AVR)24及びキャブレータコントローラ25を備えている。
Next, the gas
電力制御装置21は、発電機12の発生電圧と周波数を制御すると共に、発電機12の出力値と所定の目標値との間に偏差が生じたときに、シーケンサ22に前記偏差を解消させる動作指令を与える。具体的には、発電機12の出力端が接続されている電力系統30の系統電圧及び周波数を検知する第1検知手段31、及び発電機12の出力電圧及び周波数を検知する第2検知手段32の測定値に基づき、電力制御装置21は発電機12の発生電圧と周波数を制御する制御信号を自動電圧調整装置24に出力し、またガスエンジン11の出力を制御する制御信号をキャブレータコントローラ25に出力する。さらに、発電機12の出力目標値が与えられた場合に、現状の出力値が出力目標値よりも低い場合は上げ指令を、現状の出力値が出力目標値よりも高い場合は下げ指令を、シーケンサ22に与える。
The
シーケンサ22は、ガバナコントローラ23にガススロットル16の開度調整動作を実行させるための制御信号を出力する。シーケンサ22は、電力制御装置21から動作指令が与えられた場合に、一定幅のパルス信号からなるコンスタントパルスを生成し、前記制御信号としてガバナコントローラ23へ出力する。
The
ガバナコントローラ23は、負荷に応じてガスエンジン11の回転数を調速するために、ガススロットル16の開度を調整する動作を行う。ガバナコントローラ23は、シーケンサ22から与えられるパルス信号のパルス幅の時間において、ガススロットル16の開度調整動作を実行する。この開度調整動作は、ガスエンジン11の出力をある一定値に安定させる場合の他、ガスエンジン11の出力をある目標値に上昇させる場合(負荷UP)、ガスエンジン11の出力をある目標値に下降させる場合(負荷DOWN)に実行される。
The
自動電圧調整装置24は、励磁機121から発電機12の回転子コイルに供給する界磁電流を調整する装置である。すなわち自動電圧調整装置24は、第1及び第2検知手段31、32が検出する系統電圧及び発電機出力電圧の値、周波数に応じて界磁電流を制御することで、発電機出力電圧や力率を制御するものである。
キャブレータコントローラ25は、発電機の出力制御にために、キャブレータ15を制御して混合ガスの空燃比を調整する。
The
図2は、上述の電力制御装置21及びシーケンサ22の機能構成を示すブロック図である。電力制御装置21は、機能的に、出力監視部211、同期検定部212及び発電機出力制御部213を備えている。また、シーケンサ22は、パルス幅設定部221及びインターバル設定部222を備えている。
FIG. 2 is a block diagram illustrating functional configurations of the
出力監視部211は、所定のサンプリング周期で第1検知手段31及び第2検知手段32から検知信号の入力を受け、電力系統30の系統電圧及び周波数の情報と、発電機12の出力電圧(発電機電圧)及び周波数の情報とを取得する。
The
同期検定部212は、出力監視部211が取得した前記系統電圧と発電機電圧との位相差を確認し、両者の同期状態を検定する。この同期状態に関する信号は、自動電圧調整装置24に与えられる。自動電圧調整装置24は、系統電圧と発電機電圧との位相差に応じた界磁電流の制御信号を生成し、これを励磁機121に与える。これにより、系統電圧と発電機電圧との同期が維持される。
The
発電機出力制御部213は、出力監視部211が取得した情報に基づいて求められる現時点における実際の発電機電圧と、出力目標値として与えられている発電機電圧とを比較して、両者間にシーケンサ22を動作させるべき偏差が存在するか否かを判定する。そして、前記偏差が所定の閾値を超過している場合において、現状の出力値が出力目標値よりも低い場合は「上げ指令」を、現状の出力値が出力目標値よりも高い場合は「下げ指令」を、動作指令としてシーケンサ22に与える。なお、発電機出力制御部213は、発電機出力情報をキャブレータコントローラ25にも与える。
The generator
パルス幅設定部221は、ガバナコントローラ23に与えるパルス信号のパルス幅を設定する。後述するインターバルとは異なり、パルス幅は「上げ指令」及び「下げ指令」の双方において基本的に一定幅に設定される。但し、パルス幅設定部221は、目標値に到達する直前のタイミングのとき、パルス信号のパルス幅を前記一定幅よりも短いパルス幅に設定する。これは出力の上がりすぎ(若しくは下がりすぎ)を防止し、オーバーシュート等を抑止するためである。
The pulse
インターバル設定部222は、ガバナコントローラ23に与えるパルス信号のインターバルを設定する。インターバル設定部222は、発電機出力制御部213から「上げ指令」が与えられたとき、前記パルス信号の発生間隔として所定時間の第1のインターバルを設定する。一方、「下げ指令」が与えられたとき、第1のインターバルよりも所定時間だけ短い第2のインターバルにパルス信号発生間隔を設定する。
The
パルス信号の具体例を例示しておく。パルス幅は、例えば0.1〜10sec程度の範囲から選択することができる。なお、目標値に到達する直前のタイミングのパルス幅は、例えば0.1sec程度に設定すれば良い。また、「上げ指令」のときの第1のインターバルは、例えば2〜20sec程度の範囲から選択することができる。一方、「下げ指令」のときの第2のインターバルは、例えば1〜10sec程度の範囲から選択することができる。 A specific example of the pulse signal will be illustrated. The pulse width can be selected from a range of about 0.1 to 10 seconds, for example. Note that the pulse width at the timing immediately before reaching the target value may be set to about 0.1 sec, for example. Further, the first interval at the time of “up command” can be selected from a range of about 2 to 20 seconds, for example. On the other hand, the second interval at the time of “decrease command” can be selected from a range of about 1 to 10 seconds, for example.
ガバナコントローラ23は、このようなパルス信号に基づいて、ガススロットル16の開度を調整する。つまり、パルス信号のパルス幅の時間において、ガススロットル16の開度調整動作を実行させる。「上げ指令」の際に、従来のようにPID信号ではなく、一定幅で且つ比較的長い第1のインターバルのパルス信号をガバナコントローラ23に与えることで、ガススロットル16の開度が急激に大きくなることはなく、燃料ガスが予め稀釈化されたものであっても、ガスエンジン11内の燃料濃度が急激に変化することはない。従って、「上げ指令」の場合はエンジンの筒内圧が上がることから失速(失火)生じ易い環境となるが、一定の比較的長い第1のインターバルでガススロットル16の開度が大きくされて行くので、失火が生じ難くなる。
The
一方、「下げ指令」の際は、第1のインターバルよりも短い第2のインターバルでパルス信号がガバナコントローラ23に与えられる。これは、「下げ指令」のときはガスエンジン11の筒内圧が下がることから元々失火が生じ難く、「上げ指令」のときよりも早いペースでガススロットル16の開度を小さくできるからである。これにより、「下げ指令」の場合の、目標値への到達時間を短縮化することができる。
On the other hand, in the case of a “lowering command”, a pulse signal is given to the
ここで、一般的なPID制御と本発明の実施形態に係るコンスタントパルス制御との相違について、図3〜図6に基づいて説明する。図3は、PID制御方式が採用されたガスエンジン制御装置を簡略的に示すブロック図である。この場合、電力制御装置21′は、ガバナコントローラ23′にPID制御信号を与え、かかるPID制御信号に基づいてガススロットル16の開度が調整される。
Here, the difference between general PID control and constant pulse control according to the embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 3 is a block diagram schematically showing a gas engine control device employing the PID control method. In this case, the power control device 21 'gives a PID control signal to the governor controller 23', and the opening degree of the
図4は、PID制御に基づきガバナコントローラ23′に与えられるPID制御信号の例を示すチャートである。ここでは「上げ指令」の場合におけるPID制御信号を例示している。このPID制御信号もパルス信号であるが、目標値に対する現状の偏差の大きさに応じてデューティー比が変更される。
FIG. 4 is a chart showing an example of a PID control signal given to the
図4に示すように、目標値を100%負荷とするとき、現状の発電機12の出力値が0%〜50%負荷の範囲である場合、偏差が大きいので、パルス信号は1サイクルの割り当て時間における大部分を占める時間t11の期間だけONとされ、残り僅かな時間t12だけOFFとされる。このt11の期間、ガバナコントローラ23′はガバナを上昇させる動作、つまりガススロットル16を開く動作を行わせる。これは、目標値にいち早く近づけるようにするためである。以下、50%〜75%負荷の範囲である場合、時間t11よりも短いt21の期間だけONとされ、残りの時間t22がOFFとされる。また、75%〜100%負荷の範囲である場合、時間t21よりもさらに短いt31の期間だけONとされ、残りの時間t32がOFFとされる。
As shown in FIG. 4, when the target value is assumed to be 100% load, if the current output value of the
このようなPID制御は、応答性に優れるエンジンに対しては有効な制御方式である。しかしながら、本実施形態が対象とする予混合稀薄燃焼型のガスエンジン11のように、燃料ガス濃度が低い混合ガスをエネルギー源とするエンジンの場合、ガススロットル16の開度制御に対するガスエンジン11の応答性が悪く、PID制御は功を奏さないことが多くなる。すなわち、デューティー比を偏差に合わせて微調整しても、その通りの応答が得られず、所期の制御が実現できない場合が多い。そればかりか、大きな偏差が存在する「上げ指令」のときにON期間の長いパルス信号を与えることで、エンジンの応答遅れで失火が生じることも起こり得る。
Such PID control is an effective control method for an engine having excellent responsiveness. However, in the case of an engine using a mixed gas having a low fuel gas concentration as an energy source, such as the premixed lean combustion
このような問題に鑑み、本実施形態では、コンスタントパルスでの制御を行うようにしている。図5は、本実施形態のコンスタントパルス制御方式が採用されたガスエンジン制御装置を簡略的に示すブロック図である。上記で説明した通り本実施形態によれば、電力制御装置21は、目標値との偏差が存在する場合にシーケンサ22に動作指令を与え、これを受けてシーケンサ22はガバナコントローラ23に一定パルス幅の制御信号を与える。そして、このようなコンスタントパルス制御信号に基づいて、ガススロットル16の開度が調整される。
In view of such a problem, in the present embodiment, control with a constant pulse is performed. FIG. 5 is a block diagram schematically showing a gas engine control device that employs the constant pulse control system of the present embodiment. As described above, according to the present embodiment, the
図6は、コンスタントパルス制御に基づきシーケンサ22及びガバナコントローラ23に与えられる制御信号の例を示すチャートである。ここでは「上げ指令」の場合における制御信号を例示している。図4と同様に、目標値を100%負荷とするとき、目標値との偏差が存在する場合、電力制御装置21はシーケンサ22の動作信号を発生する。このシーケンサ動作信号は、偏差が解消されるとOFFとされる。なお、図3の電力制御装置21′のPID制御信号出力を、偏差が存在するときにON出力となるようにパラメータを設定変更すれば、既存のPID制御用電力制御装置を、本実施形態における電力制御装置21として用いることができる。
FIG. 6 is a chart showing an example of control signals given to the
シーケンサ22からガバナコントローラ23へ出力される制御信号は、目標値に対する偏差の大きさに拘わらず、デューティー比が一定のパルス信号である。すなわち、現状の発電機12の出力値が0%〜50%負荷、50%〜75%負荷、75%〜100%負荷のいずれにおいても、ON時間=ta、OFF時間=tbと一定である。但し、目標値に到達する直前のタイミングのパルス幅だけは、オーバーシュート等の防止のために、ON時間はtaよりも短いtendとされる。なお、「下げ指令」の場合には、tbの時間が短縮される。
The control signal output from the
このようなコンスタントパルス制御によれば、理論空燃比よりも少ない燃料ガスで駆動され、ガススロットル16の開度調整に対してゆっくりとした応答を示す傾向を持つ予混合稀薄燃焼型ガスエンジン11に適合した負荷移行制御を実現することができる。しかも、PID制御が適用できる場合に比べ目標値への到達には少々時間がかかるとしても、ガススロットル16の開度が急激に変化しないので、「上げ指令」の場合にガスエンジン11の失火が生じ難いという利点もある。
According to such constant pulse control, the premixed lean
以上説明したガスエンジン制御装置20の動作を、図7に示すフローチャートに基づいて説明する。ガスエンジン11の運転が開始されると、電力制御装置21の出力監視部211は、所定のサンプリング周期で第1検知手段31及び第2検知手段32から、系統電圧及び周波数の情報と、発電機電圧及び周波数の情報を取得する(ステップS1)。そして、発電機出力制御部213により、現時点における実際の発電機出力が求められる(ステップS2)。
The operation of the gas
つづいて、発電機出力制御部213は、現状の発電機出力と、現状の出力目標値とを比較して、両者間に所定の閾値を超過する偏差が存在するか否かを判定する(ステップS3)。偏差が実質的に存在しない場合(ステップS3でNO)、ステップS1に戻り、そのままの状態でガスエンジン11の運転が継続される。これに対し、偏差が存在する場合(ステップS3でYES)、発電機出力制御部213はシーケンサ22に「上げ指令」若しくは「下げ指令」を伴う動作指令を与える(ステップS4)。
Subsequently, the generator
シーケンサ22は、「上げ指令」又は「下げ指令」のいずれの動作指令であるかを判定し(ステップS5)、「上げ指令」の場合、インターバル設定部222は、予め定められている所定時間の第1のインターバルにパルス信号発生間隔を設定する(ステップS6)。一方、「下げ指令」の場合、インターバル設定部222は、第1のインターバルよりも所定時間だけ短い第2のインターバルにパルス信号発生間隔を設定する(ステップS7)。なお、パルス幅は「上げ指令」及び「下げ指令」に拘わらず、パルス幅設定部221により一定幅に設定される。
The
このようにして設定されたコンスタントパルス信号が、シーケンサ22からガバナコントローラ23に与えられる(ステップS8)。これにより、ガススロットル16の開度調整動作が実行される。その後、出力監視部211が取得する電圧情報に基づいて、目標値への到達度合いが発電機出力制御部213により監視される。この際、目標値に到達する直前のタイミングであるか否かが判定される(ステップS9)。
The constant pulse signal set in this way is given from the
目標値の直前でない場合(ステップS9でNO)は、ステップS8に戻って処理が繰り返される。一方、目標値の直前である場合(ステップS9でYES)は、パルス幅設定部221は、パルス幅をコンスタントパルス信号のパルス幅よりも短い幅(例えば設定可能な最小のパルス幅)に設定する(ステップS10)。しかる後、発電機出力制御部213からシーケンサ22に、動作停止指令が与えられ、偏差解消動作は終了する。
If it is not immediately before the target value (NO in step S9), the process returns to step S8 and the process is repeated. On the other hand, if it is immediately before the target value (YES in step S9), the pulse
以上、本発明を表現するために、図面を参照しながら実施形態を通して本発明を適切且つ十分に説明したが、当業者であれば上述の実施形態を変更及び/又は改良することは容易に為し得ることであると認識すべきである。従って、当業者が実施する変更形態又は改良形態が、請求の範囲に記載された請求項の権利範囲を離脱するレベルのものでない限り、当該変更形態又は当該改良形態は、当該請求項の権利範囲に包括されると解釈される。 As described above, in order to express the present invention, the present invention has been described appropriately and sufficiently through the embodiments with reference to the drawings. However, those skilled in the art can easily change and / or improve the above-described embodiments. It should be recognized that this is possible. Accordingly, unless the modifications or improvements implemented by those skilled in the art are at a level that departs from the scope of the claims recited in the claims, the modifications or improvements are not limited to the scope of the claims. To be construed as inclusive.
例えば、上記実施形態では、発電機出力という、ガスエンジン11にとって間接的な出力値に基づき制御を行う例を示したが、ガスエンジン11自体の出力を監視して、コンスタントパルス制御を行うようにしても良い。また、ガス流量制御弁としてガススロットル16を、制御弁コントローラとしてガバナコントローラ23を例示したが、これらは一例であり、同様の動作を行う他の物に置き換えるようにしても良い。
For example, in the above embodiment, an example is shown in which control is performed based on an output value that is indirect to the
10 ガスエンジンシステム
11 ガスエンジン(予混合稀薄燃焼型ガスエンジン)
12 発電機
121 励磁機
131 熱交換器
141 燃料ガス源
142 空気源
15 キャブレータ
16 ガススロットル(ガス流量制御弁)
171 パイロットオイル源
18 冷却水供給源
20 ガスエンジン制御装置
21 電力制御装置(出力制御装置)
211 出力監視部
212 同期検定部
213 発電機出力制御部
22 シーケンサ
221 パルス幅設定部
222 インターバル設定部
23 ガバナコントローラ(制御弁コントローラ)
24 自動電圧調整装置
25 キャブレータコントローラ
30 電力系統
10
12
171
211
24
Claims (3)
予混合燃料ガスを前記エンジンに供給するガス流路に設けられるガス流量制御弁と、
前記ガス流量制御弁の開度調整を行う制御弁コントローラと、
前記制御弁コントローラに開度調整動作を実行させるための制御信号を出力するシーケンサと、
前記エンジンの直接的又は間接的な出力値と所定の目標値との間に偏差が生じたときに、前記シーケンサに前記偏差を解消させる動作指令を与える出力制御装置と、を備え、
前記出力制御装置は、前記動作指令として、目標値よりも低い現状の出力値を目標値に近づける上げ指令と、目標値よりも高い現状の出力値を目標値に近づける下げ指令とを前記シーケンサに与えることが可能とされ、
前記シーケンサは、一定幅のパルス信号を前記制御信号として出力し、前記制御弁コントローラはそのパルス幅の時間において前記開度調整動作を実行するものであって、
前記シーケンサは、前記出力制御装置から前記上げ指令が与えられたとき、第1のインターバルで前記パルス信号を出力し、前記下げ指令が与えられたとき、第1のインターバルよりも短い第2のインターバルで前記パルス信号を出力する、
ことを特徴とするガスエンジン制御装置。 An apparatus for controlling a pilot ignition type premixed lean combustion engine used in a gas cogeneration system ,
A gas flow rate control valve provided in a gas flow path for supplying premixed fuel gas to the engine;
A control valve controller for adjusting the opening of the gas flow control valve;
A sequencer that outputs a control signal for causing the control valve controller to perform an opening adjustment operation;
An output control device that provides an operation command for canceling the deviation to the sequencer when a deviation occurs between a direct or indirect output value of the engine and a predetermined target value;
The output control device sends, as the operation command, an instruction to raise the current output value lower than the target value to the target value, and a command to lower the current output value higher than the target value to the target value. It is possible to give
The sequencer outputs a pulse signal having a constant width as the control signal, and the control valve controller executes the opening adjustment operation in the time of the pulse width,
The sequencer outputs the pulse signal at a first interval when the raising command is given from the output control device, and a second interval shorter than the first interval when the lowering command is given. To output the pulse signal,
A gas engine control device.
前記出力制御装置は、前記発電機の出力状態に基づいて、前記上げ指令若しくは前記下げ指令を発生することを特徴とする請求項1に記載のガスエンジン制御装置。 Further comprising a generator driven by the engine;
The gas engine control device according to claim 1, wherein the output control device generates the increase command or the decrease command based on an output state of the generator.
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