JP5655214B2 - Air-fuel ratio correction control method and apparatus for premixed gas engine - Google Patents
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Description
この発明は、燃料ガスと空気とが予め混合されて燃焼室に供給される予混合式のガスエンジンの空燃比補正制御方法および空燃比補正制御装置に関する。 The present invention relates to an air-fuel ratio correction control method and an air-fuel ratio correction control apparatus for a premixed gas engine in which fuel gas and air are mixed in advance and supplied to a combustion chamber.
化石エネルギーの代替として熱分解ガスや消化ガスなどのバイオガスの有効利用が求められている。バイオガスの利用法の1つとして、バイオガスを燃料としたガスエンジンによる発電システムが注目されている。 Effective utilization of biogas such as pyrolysis gas and digestion gas is required as an alternative to fossil energy. As one of the utilization methods of biogas, a power generation system using a gas engine using biogas as a fuel has attracted attention.
ガスエンジンにおいて、燃料ガスと燃焼用の空気との比(空燃比)は重要な調整要素である。燃料ガスに対して空気が多すぎれば失火・燃焼変動が発生し、空気が少なすぎれば排気温度上昇・ノッキングといった燃焼異常の現象が発生して、安定して運転を継続できない。このため、予混合式ガスエンジンにおいては、あらかじめ目標とする空燃比を設定し、混合気の量を計測することにより、空燃比を一定に保っている。この場合、空燃比の設定値は、予め決めた代表的な燃料ガスの性状を用いて設定する。 In a gas engine, the ratio (air-fuel ratio) between fuel gas and combustion air is an important adjustment factor. If there is too much air relative to the fuel gas, misfires and combustion fluctuations will occur, and if there is too little air, combustion abnormal phenomena such as exhaust temperature rise and knocking will occur, and stable operation cannot be continued. For this reason, in a premixed gas engine, a target air-fuel ratio is set in advance, and the air-fuel ratio is kept constant by measuring the amount of air-fuel mixture. In this case, the set value of the air-fuel ratio is set using a typical characteristic of fuel gas determined in advance.
たとえば、特開2009−36111号公報(特許文献1)に記載のガスエンジンでは、高カロリーガス(たとえば、LPG(液化天然ガス)、都市ガス)を用いて運転する始動時には、空燃比の目標値は燃料が過不足なく反応するとされる理論空燃比の値に設定される。高カロリーガスから低カロリーガス(バイオガス)に切替えるときには、空燃比の目標値は、理論空燃比の値に設定されるか、もしくは混合気が一気にリーンになってしまい失火する可能性を避けるために理論空燃比の値よりもリッチになるように設定される。 For example, in the gas engine described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-36111 (Patent Document 1), the target value of the air-fuel ratio is set at the start of operation using high calorie gas (for example, LPG (liquefied natural gas), city gas). Is set to the value of the stoichiometric air / fuel ratio at which the fuel reacts without excess or deficiency. When switching from high-calorie gas to low-calorie gas (biogas), the target value of air-fuel ratio is set to the theoretical air-fuel ratio value, or to avoid the possibility of misfiring because the air-fuel mixture becomes lean all at once. Is set to be richer than the theoretical air-fuel ratio.
都市ガスなどのように性状が安定したガスの場合には空燃比の目標値を固定しても問題がないが、バイオガスのようにガスエンジンの運転中に性状が変化するガスにおいては、適正な空燃比も変化する。このため、バイオガスの場合に空燃比の目標値を固定する制御を行なうと、燃料ガスの性状が変化したときに燃焼異常が発生する。 In the case of gas with stable properties such as city gas, there is no problem even if the target value of the air-fuel ratio is fixed. However, in the case of gas such as biogas whose properties change during operation of the gas engine, it is appropriate. The air / fuel ratio also changes. For this reason, if control is performed to fix the target value of the air-fuel ratio in the case of biogas, combustion abnormality occurs when the property of the fuel gas changes.
上記の特許文献に記載のバイオエンジンの場合には、空燃比の目標値は基本的に理論空燃比の値に固定して運転されるため、燃料ガスの性状の急変に対応できない。燃料ガスカロリーの切替わり時は、適正な空燃比とならないため、バイオガスの利用効率の点で問題がある。 In the case of the bioengine described in the above-mentioned patent document, the target value of the air-fuel ratio is basically fixed to the value of the theoretical air-fuel ratio, so that it cannot cope with a sudden change in the properties of the fuel gas. When the fuel gas calorie is switched, there is a problem in terms of biogas utilization efficiency because an appropriate air-fuel ratio is not obtained.
この発明の目的は、燃料ガスの性状が時間とともに変化するバイオガスなどの場合であっても、ガスエンジンを安定して運転できるように空燃比を補正制御する空燃比補正制御方法および空燃比補正制御装置を提供することである。 An object of the present invention is to provide an air-fuel ratio correction control method and air-fuel ratio correction for correcting and controlling an air-fuel ratio so that a gas engine can be stably operated even in the case of biogas whose properties of fuel gas change with time. It is to provide a control device.
この発明は要約すれば、燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンの空燃比補正制御方法である。この発明による空燃比補正制御方法は、ガスエンジンの負荷率と目標温度との間を対応付ける第1の対応関係と、ガスエンジンの負荷率と補正用理論空気量との間を対応付ける第2の対応関係とを予め設定するステップと、ガスエンジンの現在の負荷率を取得するステップと、温度センサを用いて、ガスエンジンの燃焼室から排出される排気ガスの温度を測定するステップと、取得した負荷率に応じて補正用理論空気量を決定するステップと、決定した補正用理論空気量に予め設定された空気過剰率を乗ずることによって空燃比の設定値を計算するステップと、空燃比の現在の設定値に従って燃料ガスまたは空気の供給量を調整するステップとを備える。ここで、上記の補正用理論空気量を決定するステップは、第1の対応関係に基づいて、排気ガスの温度と排気ガスの温度を測定したときの負荷率に対応する目標温度との偏差が小さくなるように、フィードバック制御によって補正用理論空気量を決定する第1ステップと、第2の対応関係に基づいてガスエンジンの負荷率に応じて補正用理論空気量を決定する第2ステップとを含む。第1ステップはガスエンジンの負荷率が所定の閾値以上の場合に実行され、第2ステップはガスエンジンの負荷率が閾値未満の場合に実行される。 In summary, the present invention is an air-fuel ratio correction control method for a premixed gas engine in which a mixed gas obtained by mixing fuel gas and air is supplied. The air-fuel ratio correction control method according to the present invention has a first correspondence relationship that associates a load factor of a gas engine with a target temperature, and a second correspondence that associates a load factor of the gas engine with a theoretical air amount for correction. Presetting the relationship, obtaining the current load factor of the gas engine, measuring the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the gas engine using a temperature sensor, and the obtained load A step of determining a correction theoretical air amount according to the rate, a step of calculating a set value of the air-fuel ratio by multiplying the determined correction theoretical air amount by a preset excess air ratio, and a current air-fuel ratio Adjusting the supply amount of the fuel gas or air according to the set value. Here, in the step of determining the correction theoretical air amount, the deviation between the exhaust gas temperature and the target temperature corresponding to the load factor when the exhaust gas temperature is measured is based on the first correspondence relationship. A first step of determining the correction theoretical air amount by feedback control so as to decrease, and a second step of determining the correction theoretical air amount according to the load factor of the gas engine based on the second correspondence relationship. Including. The first step is executed when the load factor of the gas engine is greater than or equal to a predetermined threshold, and the second step is executed when the load factor of the gas engine is less than the threshold.
好ましくは、ガスエンジンの負荷率が次第に増加する場合において、第2ステップはガスエンジンの負荷率が閾値に達するまで実行され、第1ステップはガスエンジンの負荷率が閾値以上であり、かつ、ガスエンジンの負荷率が閾値に達したときから開始する第1の移行期間が終了した後に実行される。補正用理論空気量を決定するステップは、さらに、第1の移行期間中に実行され、第1の移行期間が開始したときに測定された排気ガスの温度を初期値として時間の経過またはガスエンジンの負荷率の増加に伴って徐々に増加または減少する変化値を、経過時間またはガスエンジンの負荷率に応じて目標温度に設定し、排気ガスの温度と排気ガスの温度を測定したときの目標温度との偏差が小さくなるようにフィードバック制御によって補正用理論空気量を決定するステップを含む。第1の移行期間は、上記の変化値と第1の対応関係に基づく目標温度とが等しくなったときに終了する。 Preferably, when the load factor of the gas engine is increased gradually, the second step is performed until the load factor of the gas engine reaches a threshold, the first step is equal to or greater than the threshold load of the gas engine, and, It is executed after the first transition period starting from when the load factor of the gas engine reaches the threshold value. The step of determining the correction theoretical air amount is further executed during the first transition period, and the temperature of the exhaust gas measured when the first transition period starts is used as an initial value, or a gas engine The target value when the exhaust gas temperature and the exhaust gas temperature are measured by setting the change value that gradually increases or decreases as the load factor increases to the target temperature according to the elapsed time or the load factor of the gas engine. A step of determining a correction theoretical air amount by feedback control so that a deviation from the temperature is small ; The first transition period ends when the change value and the target temperature based on the first correspondence relationship become equal .
好ましくは、ガスエンジンの負荷率が次第に減少する場合において、第1ステップはガスエンジンの負荷率が閾値に達するまで実行され、第2ステップはガスエンジンの負荷率が閾値未満であり、かつ、ガスエンジンの負荷率が閾値に達したときから開始する第2の移行期間が終了した後に実行される。補正用理論空気量を決定するステップは、さらに、第2の移行期間中に実行され、第2の移行期間に入る直前に第1ステップで決定した補正用理論空気量を初期値として時間の経過またはガスエンジンの負荷率の減少に伴って徐々に増加または減少する変化値を、経過時間またはガスエンジンの負荷率に応じて補正用理論空気量に決定するステップを含む。第2の移行期間は、上記の変化値と第2の対応関係に基づく補正用理論空気量とが等しくなったときに終了する。 Preferably, In no event the load factor of the gas engine is decreased gradually, the first step is performed until the load factor of the gas engine reaches a threshold, the second step is less than the threshold load of the gas engine, And it is performed after the end of the second transition period starting when the load factor of the gas engine reaches the threshold value. The step of determining the correction theoretical air amount is further executed during the second transition period, and the passage of time with the correction theoretical air amount determined in the first step immediately before entering the second transition period as an initial value. Alternatively, the method includes the step of determining a change value that gradually increases or decreases as the load factor of the gas engine decreases in the correction theoretical air amount in accordance with the elapsed time or the load factor of the gas engine . The second transition period ends when the above change value and the correction theoretical air amount based on the second correspondence relationship become equal.
この発明の他の局面において、上記の第1ステップは、温度センサが正常な場合に実行される。上記の第2ステップは、温度センサの故障を検出したときから開始する第3の移行期間の終了後に実行される。正用理論空気量を決定するステップは、さらに、第3の移行期間中に実行され、第3の移行期間に入る直前に第1ステップで決定した補正用理論空気量を初期値として時間の経過に伴って徐々に増加または減少する変化値を、経過時間に応じて補正用理論空気量に決定するステップを含む。第2の移行期間は、上記の変化値と第2の対応関係に基づく補正用理論空気量とが等しくなったときに終了する。 In another aspect of the present invention, the first step is executed when the temperature sensor is normal. Said 2nd step is performed after the completion | finish of the 3rd transition period started from the time of detecting failure of a temperature sensor. Determining a Tadashiyo theoretical amount of air is further performed during the third migration period, the time of the correction theoretical air quantity determined in the first step immediately before entering the third transition period as the initial value A step of determining a change value that gradually increases or decreases with the passage of time as a correction theoretical air amount according to the elapsed time; The second transition period ends when the above change value and the correction theoretical air amount based on the second correspondence relationship become equal.
好ましくは、上記の第2ステップは、第2の対応関係に基づいて前記ガスエンジンの負荷率に応じた補正用理論空気量の基準値を決定するステップと、排気ガスの温度が所定の基準温度を超えたか否かを判定し、前記排気ガスの温度が前記基準温度を超えない場合には前記基準値を最終的な補正用理論空気量に決定し、前記排気ガスの温度が前記基準温度を超えた場合には前記基準値に所定のオフセット量を加算した値を最終的な補正用理論空気量に決定するステップとを有する。 Preferably, the second step includes a step of determining a reference value of the correction theoretical air amount according to the load factor of the gas engine based on the second correspondence relationship, and the temperature of the exhaust gas is a predetermined reference temperature. If the temperature of the exhaust gas does not exceed the reference temperature, the reference value is determined as a final corrected theoretical air amount, and the temperature of the exhaust gas is equal to the reference temperature. if it exceeds comprises the step of determining a value obtained by adding a predetermined offset amount to the reference value to the final correction for the theoretical amount of air.
この発明は他の局面において、燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンの空燃比補正制御装置であって、空気過剰率設定部と、温度センサと、補正用理論空気量決定部と、空燃比計算部と、ガス量調整器とを備える。空気過剰率設定部は、ガスエンジンの回転数および負荷率と空気過剰率との予め定められた対応関係を表すテーブルに基づいて、ガスエンジンの現在の回転数および負荷率に対応する空気過剰率の値を設定する。温度センサは、ガスエンジンの燃焼室から排出された排気ガスの温度を測定する。補正用理論空気量決定部は、ガスエンジンの現在の負荷率に応じて補正用理論空気量を決定する。空燃比計算部は、決定した補正用理論空気量に設定された空気過剰率の値を乗算することによって空燃比の設定値を計算する。ガス量調整器は、空燃比の現在の設定値に従って燃料ガスまたは空気の供給量を調整する。上記の補正用理論空気量決定部は、ガスエンジンの負荷率が閾値以上の場合に、ガスエンジンの負荷率と目標温度との間を対応付ける第1の対応関係に基づいて、排気ガスの温度と排気ガスの温度を測定したときの負荷率に対応する目標温度との偏差が小さくなるように、フィードバック制御によって補正用理論空気量を決定する。補正用理論空気量決定部は、ガスエンジンの負荷率が閾値未満の場合に、ガスエンジンの負荷率と補正用理論空気量との間を対応付ける第2の対応関係に基づいて、ガスエンジンの負荷率に応じて補正用理論空気量を決定する。 In another aspect, the present invention is an air-fuel ratio correction control device for a premixed gas engine to which a mixed gas obtained by mixing fuel gas and air is supplied, the excess air ratio setting unit, a temperature sensor, and a correction A theoretical air amount determination unit, an air-fuel ratio calculation unit, and a gas amount adjuster are provided. The excess air ratio setting unit is configured to determine the excess air ratio corresponding to the current rotation speed and the load factor of the gas engine based on a table representing a predetermined correspondence relationship between the revolution speed and load factor of the gas engine and the excess air ratio. Set the value of. The temperature sensor measures the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the gas engine. The correction theoretical air amount determination unit determines the correction theoretical air amount according to the current load factor of the gas engine. The air-fuel ratio calculation unit calculates the set value of the air-fuel ratio by multiplying the determined correction theoretical air amount by the value of the excess air ratio set. The gas amount adjuster adjusts the supply amount of fuel gas or air according to the current set value of the air-fuel ratio. When the load factor of the gas engine is equal to or greater than the threshold value, the correction theoretical air amount determination unit described above calculates the temperature of the exhaust gas based on the first correspondence relationship that associates the load factor of the gas engine with the target temperature. The correction theoretical air amount is determined by feedback control so that the deviation from the target temperature corresponding to the load factor when the temperature of the exhaust gas is measured becomes small. The correction theoretical air amount determination unit determines the load of the gas engine based on the second correspondence relationship that associates the load factor of the gas engine and the correction theoretical air amount when the load factor of the gas engine is less than the threshold. The correction theoretical air amount is determined according to the rate.
この発明はさらに他の局面において、予混合式ガスエンジンシステムであって、予混合式ガスエンジンと、空気過剰率設定部と、温度センサと、補正用理論空気量決定部と、空燃比計算部と、ガス量調整器とを備える。予混合式ガスエンジンには、燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される。空気過剰率設定部は、ガスエンジンの回転数および負荷率と空気過剰率との予め定められた対応関係を表すテーブルに基づいて、ガスエンジンの現在の回転数および負荷率に対応する空気過剰率の値を設定する。温度センサは、ガスエンジンの燃焼室から排出された排気ガスの温度を測定する。補正用理論空気量決定部は、ガスエンジンの現在の負荷率に応じて補正用理論空気量を決定する。空燃比計算部は、決定した補正用理論空気量に設定された空気過剰率の値を乗算することによって空燃比の設定値を計算する。ガス量調整器は、空燃比の現在の設定値に従って燃料ガスまたは空気の供給量を調整する。上記の補正用理論空気量決定部は、ガスエンジンの負荷率が閾値以上の場合に、ガスエンジンの負荷率と目標温度との間を対応付ける第1の対応関係に基づいて、排気ガスの温度と排気ガスの温度を測定したときの負荷率に対応する目標温度との偏差が小さくなるように、フィードバック制御によって補正用理論空気量を決定する。補正用理論空気量決定部は、ガスエンジンの負荷率が閾値未満の場合に、ガスエンジンの負荷率と補正用理論空気量との間を対応付ける第2の対応関係に基づいて、ガスエンジンの負荷率に応じて補正用理論空気量を決定する。 In yet another aspect, the present invention provides a premixed gas engine system, a premixed gas engine, an excess air ratio setting unit, a temperature sensor, a correction theoretical air amount determination unit, and an air-fuel ratio calculation unit. And a gas amount regulator. The premixed gas engine is supplied with a mixed gas obtained by mixing fuel gas and air. The excess air ratio setting unit is configured to determine the excess air ratio corresponding to the current rotation speed and the load factor of the gas engine based on a table representing a predetermined correspondence relationship between the revolution speed and load factor of the gas engine and the excess air ratio. Set the value of. The temperature sensor measures the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the gas engine. The correction theoretical air amount determination unit determines the correction theoretical air amount according to the current load factor of the gas engine. The air-fuel ratio calculation unit calculates the set value of the air-fuel ratio by multiplying the determined correction theoretical air amount by the value of the excess air ratio set. The gas amount adjuster adjusts the supply amount of fuel gas or air according to the current set value of the air-fuel ratio. When the load factor of the gas engine is equal to or greater than the threshold value, the correction theoretical air amount determination unit described above calculates the temperature of the exhaust gas based on the first correspondence relationship that associates the load factor of the gas engine with the target temperature. The correction theoretical air amount is determined by feedback control so that the deviation from the target temperature corresponding to the load factor when the temperature of the exhaust gas is measured becomes small. The correction theoretical air amount determination unit determines the load of the gas engine based on the second correspondence relationship that associates the load factor of the gas engine and the correction theoretical air amount when the load factor of the gas engine is less than the threshold. The correction theoretical air amount is determined according to the rate.
この発明よれば、空燃比の設定値を排気ガスの温度に応じて補正することによって、燃料ガスの性状が時間とともに変化するバイオガスなどの場合であっても、ガスエンジンを安定して運転できるように空燃比を制御することができる。 According to the present invention, by correcting the set value of the air-fuel ratio according to the temperature of the exhaust gas, the gas engine can be stably operated even in the case of biogas whose properties of fuel gas change with time. Thus, the air-fuel ratio can be controlled.
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The same or corresponding parts are denoted by the same reference numerals, and description thereof will not be repeated.
[ガスエンジンシステム100の概略的な構成]
図1は、この発明の実施の一形態による予混合式のガスエンジンシステム100の構成を示すブロック図である。図1に示すように、ガスエンジンシステム100は、ガスエンジン1と、ミキサ30と、燃料ガス量調整器8と、エアクリーナ7と、過給機4と、スロットル弁9とを含む。
[Schematic Configuration of Gas Engine System 100]
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a premixed
ガスエンジン1は、燃料ガスFと空気Aとが予め混合された混合ガスMが燃焼室2に吸入される予混合式のガスエンジンである。実施の形態1のガスエンジン1では、燃料ガスFとして熱分解ガスや消化ガスなどのバイオガスが用いられる。吸入された混合ガスMは燃焼室2内で点火されて燃焼し、発生する熱エネルギーによってピストン3が駆動される。
The
ミキサ30は、燃料ガスFと空気Aとを混合して混合ガスMを生成する。燃料ガス量調整器8は、ミキサ30に供給する燃料ガスFの流量を調整する。エアクリーナ7は、ミキサ30に供給する空気Aに含まれるゴミなどを除去する。
The
過給機4は、排気タービン駆動式の過給機(いわゆる、ターボチャージャー)である。すなわち、燃焼室2から排気された排気ガスEによってタービン6が回転し、タービン6に連動して回転するコンプレッサー5によって燃焼室2に供給する混合ガスMが加圧される。
The supercharger 4 is an exhaust turbine driven supercharger (so-called turbocharger). That is, the
スロットル弁9は、過給機4のコンプレッサー5と燃焼室2との間の混合ガスMの経路に設けられ、ガスエンジン1の出力に応じて混合ガスMの流量を調整する。
The throttle valve 9 is provided in the path of the mixed gas M between the
燃料ガスFとして用いられるバイオガスは、都市ガスなどと異なり、その性状が時間的に変化する。たとえば、熱分解ガスは廃プラスチックや建築廃材などを熱分解した後にガス改質することによって得られるが、その成分ガスである水素と一酸化炭素の比率が時間的に変化する。有機廃棄物や汚泥などを嫌気性微生物群によってメタン発酵することによって得られる消化ガスについても、その成分ガスであるメタンと二酸化炭素の比率が時間的に変化する。このため、燃料ガスFの性状に応じて空燃比(空気Aと燃料ガスFとの比率)を適切に制御する必要がある。 The biogas used as the fuel gas F is different from city gas or the like, and its properties change with time. For example, the pyrolysis gas is obtained by thermally decomposing waste plastics or building waste materials, etc., and then gas reforming, and the ratio of the component gas, hydrogen and carbon monoxide, changes with time. As for digestion gas obtained by subjecting organic waste or sludge to methane fermentation by anaerobic microorganisms, the ratio of its component gas, methane and carbon dioxide, changes over time. For this reason, it is necessary to appropriately control the air-fuel ratio (ratio of air A and fuel gas F) according to the properties of the fuel gas F.
図1のガスエンジンシステム100は、空燃比の制御のために、流量計11と、温度センサ13と、空燃比制御部12と、補正用理論空気量決定部14とをさらに含む。
The
流量計11は、スロットル弁9と燃焼室2との間の混合ガスMの経路に設けられ、混合ガスMの流量を測定する。温度センサ13は、燃焼室2と過給機4との間の排気ガスEの経路に設けられ、燃焼室2から排出された排気ガスEの温度を測定する。
The
空燃比制御部12は、ガスエンジン1の回転数および負荷率(定格出力に対する現在のエンジン出力の比率)に応じた空気過剰率の値を設定する。補正用理論空気量決定部14は、燃料ガスの種類に応じて補正用理論空気量を決定する。空燃比制御部12は、決定された補正用理論空気量に空気過剰率を乗じることによって空燃比の設定を行なう。そして、空燃比制御部12は、流量計11によって計測された混合ガスMの流量に応じて、空燃比が現在の設定値となるように制御信号を生成して燃料ガス量調整器8に出力する。この結果、燃料ガスFの流量が調整される。
The air-fuel
ここで、上記の補正用理論空気量は、空燃比の補正に用いる制御用パラメータであり、理論空気量に相当する値である。本来、理論空気量は燃料ガスの性状に応じて一義的に値が決定されるものであるが、バイオガスの場合には、燃料ガスの性状の変化を直接検出することが困難である。そこで、空燃比を補正するための制御パラメータとして理論空気量を用いている。補正用理論空気量は、ガスエンジンの負荷率が所定の閾値以上のときは、燃料ガスの種類と排気ガス温度に応じて設定される。ガスエンジンの負荷率が所定の閾値未満のときは、排気ガス温度にはよらず、燃料ガスの種類ごとに代表的な性状に基づいて定めた理論空気量を負荷率に応じて補正した値が補正用理論空気量に設定される。 The correction theoretical air amount is a control parameter used for correcting the air-fuel ratio, and is a value corresponding to the theoretical air amount. Originally, the theoretical air amount is uniquely determined according to the properties of the fuel gas. However, in the case of biogas, it is difficult to directly detect changes in the properties of the fuel gas. Therefore, the theoretical air amount is used as a control parameter for correcting the air-fuel ratio. The correction theoretical air amount is set according to the type of fuel gas and the exhaust gas temperature when the load factor of the gas engine is equal to or greater than a predetermined threshold. When the load factor of the gas engine is less than a predetermined threshold value, a value obtained by correcting the theoretical air amount determined based on the typical properties for each type of fuel gas according to the load factor, regardless of the exhaust gas temperature. Set to the corrected theoretical air volume.
一般に、排気ガスEの温度は、空燃比が増加するほど、すなわち、混合ガスMがリーンの状態になるほど低下する。この発明では、この点を利用して、排気ガスEの温度の変化をモニタすることによって、燃料ガスFの性状の変化を検出する。そして、排気ガスEの温度に応じて空燃比を補正する。これによって、燃料ガスFの性状の変化に応じて空燃比を最適化することができる。ただし、低負荷時には、燃料ガスFの性状変化に対する排気ガスEの温度の追随性が鈍いので、排気ガスEの温度による空燃比の制御はある程度の高負荷になってから行なうのが望ましい。 Generally, the temperature of the exhaust gas E decreases as the air-fuel ratio increases, that is, as the mixed gas M becomes leaner. In the present invention, by utilizing this point, a change in the property of the fuel gas F is detected by monitoring a change in the temperature of the exhaust gas E. Then, the air-fuel ratio is corrected according to the temperature of the exhaust gas E. Thereby, the air-fuel ratio can be optimized according to the change in the properties of the fuel gas F. However, since the temperature follow-up of the exhaust gas E with respect to changes in the properties of the fuel gas F is slow at low loads, it is desirable to control the air-fuel ratio based on the temperature of the exhaust gas E after a certain high load is applied.
空燃比制御部12および補正用理論空気量決定部14の機能は、マイクロコンピュータを用いて実現することができる。図1では空燃比制御部12と補正用理論空気量決定部14とが別個の構成となっているが、これらを合わせて1つのマイクロコンピュータによって構成してもよい。
The functions of the air-fuel
[空燃比補正制御装置10の構成]
図2は、図1の空燃比制御部12および補正用理論空気量決定部14の構成の一例を示すブロック図である。図2に示すように、空燃比制御部12は、記憶部16と、空気過剰率設定部15と、乗算部17と、制御信号生成部18とを含む。補正用理論空気量決定部14は、演算部31と、記憶部32と含む。なお、空燃比制御部12、補正用理論空気量決定部14、流量計11、および温度センサ13によって、この発明の空燃比補正制御装置10が構成される。
[Configuration of Air-Fuel Ratio Correction Control Device 10]
FIG. 2 is a block diagram showing an example of the configuration of the air-fuel
空燃比制御部12において、記憶部16は、回転数および負荷率に応じた空気過剰率の値を記憶する。図3は、図2の記憶部16に記憶される空気過剰率の設定テーブルの一例を示す図である。
In the air-fuel
空気過剰率設定部15は、ガスエンジン1の回転数および負荷率に対応する空気過剰率の値を記憶部16から読み出す。図1のガスエンジン1は、図示しないエンジン制御部によって回転数および出力が制御される。空気過剰率設定部15は、このエンジン制御部から回転数および負荷率を表わす情報を取得する。
The excess air
乗算部17(空燃比計算部)は、空気過剰率設定部15から出力された空気過剰率の設定値に、補正用理論空気量決定部14から取得した、燃料ガスの種類に対応した補正用理論空気量Youtを乗ずることによって空燃比の設定値を定める。記憶部16から読み出された空気過剰率をαとすると、最終的な空燃比Rは、
R=Yout×α …(1)
と表わされる。
The multiplying unit 17 (air-fuel ratio calculating unit) uses the set value of the excess air ratio output from the excess air
R = Yout × α (1)
It is expressed as
制御信号生成部18は、流量計11によって検出された混合ガスMの流量に応じて算出した空燃比Rが得られるように、燃料ガス量調整器8から出力される燃料ガスFの流量を調整するための制御信号を生成する。
The control signal generator 18 adjusts the flow rate of the fuel gas F output from the fuel
補正用理論空気量決定部14は、空燃比の設定値の補正として上記の補正用理論空気量Youtを決定する。この場合、排気ガスの温度に応じた閉ループ制御(フィードバック制御)によって補正用理論空気量Youtを決定する場合と、ガスエンジン1の負荷率に応じた開ループ制御によって補正用理論空気量Youtを決定する場合とがある。この明細書では、前記の閉ループ制御の場合を補正モード1と称し、後者の開ループ制御の場合を補正モード2と称する。補正モード1(閉ループ制御)はガスエンジン1の負荷率が所定の閾値以上の場合に用いられ、補正モード2(開ループ制御)は負荷率が上記の閾値未満の場合に用いられる。負荷率が所定の閾値以上の場合であっても温度センサが故障した場合には、補正モード1(閉ループ制御)に代えて補正モード2(開ループ制御)が用いられる。以下、補正モード1(閉ループ制御)および補正モード2(開ループ制御)の各々について詳しく説明する。さらに、ガスエンジン1の負荷率の増加によって開ループ制御から閉ループ制御に移行する場合(移行モード1と称する)と、ガスエンジン1の負荷率の減少または温度センサ13の故障によって閉ループ制御から開ループ制御に移行する場合(移行モード2と称する)とについて説明する。
The correction theoretical air
(補正モード1:排気ガス温度に応じた閉ループ制御)
0
図2を参照して、補正モード1の場合、補正用理論空気量決定部14の演算部31は、温度センサ13によって測定された排気ガスの温度Texと、目標温度Trefとの偏差が小さくなるように、閉ループ制御によって補正用理論空気量Youtを決定する。目標温度Trefは、燃料ガスの種類ごとにガスエンジン1の負荷率に対応して予め設定され、記憶部32に記憶されている。
(Correction mode 1: closed loop control according to exhaust gas temperature)
0
Referring to FIG. 2, in the
図4は、図2の演算部31で実行される閉ループ制御について説明するための図である。
FIG. 4 is a diagram for explaining the closed-loop control executed by the
図4に示すように、補正モード1の場合、演算部31は、排気ガス温度Texに応じたPID制御(比例積分微分制御)によって補正用理論空気量Youtを決定する。演算部31は、PID制御を行なうための機能ブロックとして、減算部21と、係数部22〜24と、積分部25と、微分部26と、加算部27とを含む。減算部21は、排気ガス温度Texと設定された目標温度Trefとの偏差を算出する。係数部22は、算出された偏差に比例ゲイン(1/Kp)を乗ずる。係数部23は、算出された偏差に積分ゲイン(1/Ki)を乗ずる。係数部23の出力は積分部25によって積分される。係数部24は、算出された偏差に微分ゲイン(Kd)を乗ずる。係数部24の出力は微分部26によって微分される。加算部27は、係数部22、積分部25、および微分部26の出力を加算することによって補正用理論空気量Youtを生成する。以上の操作によって、設定された目標温度Trefと排気ガスの温度Texとの偏差ができるだけ小さくなるように補正用理論空気量Youtが決定される。上記の係数Kp,Ki,Kdの値は、空燃比の制御性が良好なように実験的に定められる。
As shown in FIG. 4, in the
図5は、図2の記憶部32に記憶される排気ガスの目標温度Trefの例について説明するための図である。図5に示すように、補正用理論空気量決定部14は、複数の負荷率(図5の場合、X0=0、X1=15、X2=25、X3=50、X4=70,X5=85、X6=100、X7=110[%])にそれぞれ対応して設定された目標温度T0〜T7を予め記憶している。目標温度Trefは、負荷率が大きいほど大きな値に設定される。図5のX0〜X7以外の負荷率に対する目標温度Trefは、予め設定された目標温度T0〜T7を補間することによって得られる。この明細書では、ガスエンジン1の負荷率と目標温度Trefとの間の対応関係を第1の対応関係と称する。ただし、負荷率が所定の閾値未満のときには、閉ループ制御は用いられないので、たとえば、図5で閾値をL1(=X3)とすると、負荷率X0〜X3に対する目標温度T0〜T3は実際の制御には用いられない。
FIG. 5 is a diagram for explaining an example of the target temperature Tref of the exhaust gas stored in the
(補正モード2:負荷率に応じた開ループ制御)
再び図2を参照して、補正モード2の場合について説明する。この場合、ガスエンジン1の負荷率と補正用理論空気量Ysetとの対応関係(第2の対応関係と称する)は、燃料ガスの種類ごとに、補正用理論空気量決定部14の記憶部32に予め記憶されている。演算部31は、この第2の対応関係に基づいてガスエンジン1の負荷率に応じた補正用理論空気量Ysetを決定する。演算部31は、最終的に、
Yout=Yset+Yos …(2)
によって決まる補正用理論空気量Youtを空燃比制御部12の乗算部17に出力する。上式(2)において、Yosはオフセットであり、その初期値は0である。演算部31は、排気ガス温度が基準温度を超えた場合にオフセットYosを所定量だけ増加させることによって、排気ガス温度の異常上昇を抑制する。
(Correction mode 2: Open loop control according to load factor)
Referring to FIG. 2 again, the case of the correction mode 2 will be described. In this case, the correspondence between the load factor of the
Yout = Yset + Yos (2)
Is output to the
図6は、図2の記憶部32に記憶される空燃比設定値の補正用理論空気量Ysetの例について説明するための図である。図6に示すように、補正用理論空気量決定部14は、複数の負荷率(図6の場合には、X0=0、X1=15、X2=25、X3=50、X4=70,X5=85、X6=100、X7=110[%])にそれぞれ対応する補正用理論空気量Y0〜Y7を予め記憶する。補正用理論空気量Ysetの値は、負荷率が大きいほど大きな値に設定される。図6のX0〜X7以外の負荷率に対応する補正用理論空気量Ysetについては、予め設定された補正用理論空気量Y0〜Y7を補間することによって与えられる。ただし、温度センサ13が正常の場合には、所定の閾値以上の場合には開ループ制御は用いられない。たとえば、図5で閾値をL1(X3)とすると、負荷率X3〜X7に対する補正用理論空気量Y3〜Y7は実際の制御では用いられない。
FIG. 6 is a diagram for explaining an example of the correction theoretical air amount Yset for the air-fuel ratio set value stored in the
(移行モード1:開ループ制御から閉ループ制御への移行)
ガスエンジン1の負荷率が次第に増加する場合は、補正モード2(開ループ制御)、移行モード1、補正モード1(閉ループ制御)の順にモードが切替えられる。たとえば、図5の場合には、負荷率が閾値L1(=X3)に達するまでは開ループ制御(補正モード2)が実行され、負荷率X3からX4までが移行モード1であり、負荷率がX4以上のとき閉ループ制御(補正モード1)が実行される。
(Transition mode 1: Transition from open loop control to closed loop control)
When the load factor of the
移行モード1の場合、演算部31は、補正モード1の場合と同様に排気ガス温度に応じた閉ループ制御によってガスエンジン1の負荷率に応じて補正用理論空気量Youtを決定するが、目標温度Trefの与え方が補正モード1の場合と異なる。たとえば、図5の場合には、移行モード1の開始時点(負荷率X3)では、負荷率X3で測定された排気ガス温度Texが目標温度に設定される。移行モード1の終了時点(負荷率X4)では、補正モード1で用いられる第1の対応関係に基づく目標温度T4が移行モード1の目標温度に設定される。負荷率X3とX4との間では、負荷率X3のときに実測された排気ガス温度Texと、第1の対応関係に基づく目標温度T4とを補間することによって、各負荷率に対応する目標温度(図5の破線)が設定される。このように、移行モード1が開始したときに測定された排気ガス温度Texを初期値としてガスエンジン1の負荷率の増加に伴って徐々に増加または減少する変化値(図5の破線)が、各負荷率に対応する目標温度に設定される。そして、演算部31は、排気ガス温度と排気ガス温度を測定したときの目標温度との偏差が小さくなるようにフィードバック制御によって補正用理論空気量Youtを決定する。移行モード1は、変化値(図5の破線)が第1の対応関係に基づく目標温度(図5のT4)に等しくなったとき(図5で負荷率がX4に達したとき)に終了する。
In the
(移行モード2:閉ループ制御から開ループ制御への移行)
ガスエンジン1の負荷率が次第に減少する場合には、補正モード1(閉ループ制御)、移行モード2、補正モード2(開ループ制御)の順にモードが切替えられる。たとえば、図6の場合には、負荷率が閾値L2(L2はL1に必ずしも等しくない)に達するまでは閉ループ制御(補正モード1)が実行され、負荷率L2からX8までが移行モード2であり、負荷率がX8未満のとき開ループ制御(補正モード2)が実行される。
(Transition mode 2: Transition from closed loop control to open loop control)
When the load factor of the
移行モード2の場合、演算部31は、ガスエンジン1の負荷率に応じて開ループ制御によって補正用理論空気量Youtを決定するが、補正モード2の場合と異なり負荷率と補正用理論空気量Youtとの対応関係は予め設定されていない。たとえば、図6の場合には、移行モード2の開始時点(負荷率L2)の補正用理論空気量は、移行モード2に入る直前に補正モード1で決定した補正用理論空気量Youtに設定される。その後は、負荷率L2における補正用理論空気量Youtを初期値として時間の経過ともに所定の時間変化率で増加または減少する変化値が、各経過時間に対応して補正用理論空気量に設定される。移行モード2は、この変化値(図6の破線)が第2の対応関係に基づく補正用理論空気量Ysetに等しくなったとき(図6で負荷率がX8に達したとき)に終了する。
In the transition mode 2, the
同様に、排気ガス温度に応じた閉ループ制御(補正モード1)の実行中に温度センサ13が故障した場合も、移行モード2を経て補正モード2(開ループ制御)にモードが切替えられる。移行モード2では、演算部31は、移行モード2に入る直前の補正モード1で決定した補正用理論空気量Youtを初期値として時間の経過に伴って所定の時間変化率で徐々に増加または減少する変化値を、経過時間に応じて補正用理論空気量に決定する。補正モード2は、この変化値と第2の対応関係に基づく補正用理論空気量Ysetとが等しくなったときに終了する。
Similarly, when the
上記のように閉ループ制御(補正モード1)と開ループ制御(補正モード2)との間に移行モード1または2を設けることによって、補正用理論空気量Youtが急激に変化することを防止することができる。
Providing
ガスエンジン1の負荷率が次第に増加する場合、上記の移行モード1に代えて、移行モード2のように、移行モードの開始時の排気ガス温度を初期値として時間経過に伴って所定の時間変化率で増加または減少する変化値を、各経過時間に対応する目標温度に設定してもよい。
When the load factor of the
ガスエンジン1の負荷率が次第に減少する場合、上記の移行モード2に代えて、移行モード1のように、移行モードの開始時および終了時の負荷率を予め定め、移行モードに入る直前に設定された補正用理論空気量Youtと、終了時の負荷率において第2の対応関係に従って設定された補正用理論空気量を補間することによって、各負荷率に対応する補正用理論空気量を決定してもよい。
When the load factor of the
[空燃比補正制御装置10の動作]
図7は、図2に示す空燃比制御部12の動作を示すフローチャートである。図2、図7を参照して、空燃比制御部12の動作について総括的に説明する。
[Operation of Air-Fuel Ratio Correction Control Device 10]
FIG. 7 is a flowchart showing the operation of the air-fuel
ステップS101で、ガスエンジン1の起動時には、空燃比制御部12の空気過剰率設定部15は空気過剰率の初期値を設定する。
In step S101, when the
次のステップS102で、空燃比制御部12は、補正用理論空気量決定部14から補正用理論空気量の初期値を取得する。
In the next step S102, the air-fuel
次のステップS103で、乗算部17は、空気過剰率設定部15から出力された空気過剰率の初期値に補正用理論空気量決定部14から取得した補正用理論空気量の初期値を乗ずることによって、空燃比の初期値の設定を行なう。
In the next step S103, the
次のステップS104で、燃料ガス量調整器8は、設定された空燃比の初期値に対応した制御信号を空燃比制御部12から受け、制御信号に基づいて燃料ガスの流量Fを調整する。
In the next step S104, the fuel
ガスエンジン1が起動すると、図示しないエンジン制御部は、回転数および負荷率を徐々に増加させる。ステップS105で、空気過剰率設定部15はエンジン制御部から回転数および負荷率を表わす情報を取得する。次のステップS106で、空気過剰率設定部15は、エンジン制御部から取得した回転数・負荷率に対応する空気過剰率の設定値を記憶部16に記憶されたテーブルに基づいて定める。
When the
次のステップS107で、空燃比制御部12は、補正用理論空気量決定部14から補正用理論空気量を取得する。
In the next step S107, the air-fuel
次のステップS108で、乗算部17は、空気過剰率設定部15から出力された空気過剰率の設定値に補正用理論空気量決定部14から取得した補正用理論空気量を乗ずることによって、空燃比の設定を行なう。
In the next step S108, the
次のステップS109で、燃料ガス量調整器8は、空燃比の現在の設定値に対応した制御信号を空燃比制御部12から受け、制御信号に基づいて燃料ガスの流量Fを調整する。エンジンが停止されない場合には(ステップS110でNO)、ステップS105〜S109の手順が繰返される。
In the next step S109, the fuel
図8は、図2に示す補正用理論空気量決定部14の動作を示すフローチャートである。以下、図2、図8を参照して補正用理論空気量決定部14の動作について総括的に説明する。
FIG. 8 is a flowchart showing the operation of the correction theoretical air
ガスエンジン1が起動され、無負荷状態で回転数が所定の定格回転数n1に達するまでの間は(ステップS2でNO)、演算部31は、補正用理論空気量Youtとして初期値(たとえば、Yout=5)を出力する(ステップS1)。
Until the
ガスエンジン1の回転数が所定の定格回転数n1に達すると(ステップS2でYES)、演算部31は制御用のパラメータを初期化する(ステップS3)。
When the rotational speed of the
次のステップS4で、演算部31は、記憶部32に記憶された第2の対応関係に基づいて、開ループ制御(補正モード2)によって負荷率に応じて補正用理論空気量Ysetを決定する。演算部31は、前述の式(2)に従って、オフセットYosを加算することによって最終的な補正用理論空気量Youtを算出して、空燃比制御部12に出力する。オフセット値Yosの値はステップS3で初期値(Yos=0)に設定されている。
In the next step S4, the
次のステップS5では、排気ガス温度Texが所定の基準温度(図10のTa)を超えて異常に上昇した場合に、排気ガス温度の異常上昇を抑制するステップが実行される。具体的には、演算部31は、排気ガス温度が基準温度を超えた場合に前述の式(2)のオフセットYosを所定量だけ増加させることによって、排気ガス温度の異常上昇を抑制する。ステップS5の詳細は図10で説明する。
In the next step S5, when the exhaust gas temperature Tex exceeds the predetermined reference temperature (Ta in FIG. 10) and abnormally increases, a step of suppressing the abnormal increase in the exhaust gas temperature is executed. Specifically, when the exhaust gas temperature exceeds the reference temperature, the
次のステップS6は、ガスエンジン1の停止時のために設けられている。具体的には、回転数が基準値n2(n2は定格回転数n1より小さな値である)以下の場合(ステップS6でYES)にステップS7に進み、エンジン停止の場合(ステップS7でYES)に処理が終了する。回転数が基準値n2以下であるが(ステップS6でYES)、エンジン停止ではない場合(ステップS7でNO)、ステップS1に戻る。
The next step S6 is provided when the
上記のステップS4〜S6は、ガスエンジン1の負荷率が閾値L1に達するまでの間(ステップS8でNOの間)、繰返して実行される。一方、負荷率が閾値L1以上となり(ステップS8でYES)、かつ、温度センサ13が正常の場合(ステップS9でYES)には、ステップS10に進み、開ループ制御(補正モード2)から閉ループ制御(補正モード1)に移行する移行モード1にモードが切替わる。
The above steps S4 to S6 are repeatedly executed until the load factor of the
次のステップS11で温度センサ13が正常であることが確認されると(ステップS11でYES)、ステップS12に進む。ステップS12で、補正用理論空気量決定部14は、排気ガス温度に応じた閉ループ制御(補正モード1)によって補正用理論空気量Youtを決定する。なお、ステップS11で温度センサ13が故障の場合(ステップS11でNO)には、ステップS17の移行モード2を経てステップS3に処理が戻る。ステップS17の手順については図9で説明する。
If it is confirmed in the next step S11 that the
次のステップS13で、演算部31は、排気ガス温度Texと目標温度Trefとの偏差の絶対値(|Tex−Tref|)が所定の基準温度Tb以上となっているか否かを判定する。偏差の絶対値が基準温度Tb以上となっていない場合には(ステップS13でNO)、図4の比例ゲインおよび積分ゲインは標準値に設定される(ステップS14)。一方、偏差の絶対値が基準温度Tb以上の場合には(ステップS13でYES)、図4の比例ゲインおよび積分ゲインは、標準値より大きい値である変更用ゲインに設定される(ステップS15)。すなわち、係数Kp,Kiは標準値の場合の係数よりも小さな値に設定される。これによって、ハンチングを抑制することができる。
In the next step S13, the
次のステップS16は、ガスエンジン1の停止時のために設けられている。負荷率が次第に減少して閾値L2以下になると(ステップS16でYES)、補正用理論空気量決定部14は、ステップS17の移行モード2を経てステップS3に処理を戻す。負荷率が閾値L2を超えている場合は(ステップS16でNO)、ステップS11〜S15が繰返される。
The next step S16 is provided when the
図9は、図8のステップS17の詳細を示すフローチャートである。既に説明したように、図8のステップS17は、温度センサが故障した場合(ステップS11でNO)または負荷率が閾値L2以下となった場合(ステップS16でYES)に実行される移行モード2に対応する。以下の説明で、補正用理論空気量決定部14の演算部31は所定の制御間隔Tsごとに制御を行なうものとする。
FIG. 9 is a flowchart showing details of step S17 in FIG. As already described, step S17 in FIG. 8 is a transition mode 2 executed when the temperature sensor fails (NO in step S11) or when the load factor becomes equal to or less than the threshold L2 (YES in step S16). Correspond. In the following description, it is assumed that the
図8、図9を参照して、ステップS21で、演算部31は、第2の対応関係に基づいて現在の負荷率に対応して設定される補正用理論空気量Ysetを記憶部32から読み出す。
Referring to FIGS. 8 and 9, in step S <b> 21,
次のステップS22で、演算部31は、移行モード2に入る直前に閉ループ制御(ステップS12)で設定された補正用理論空気量Youtが、ステップS21で読み出した補正用理論空気量Ysetよりも大きいか否かを判定する。
In the next step S22, the
補正用理論空気量Youtが補正用理論空気量Ysetよりも大きい場合には(ステップS22でYES)、ステップS23に進み、演算部31は、時間変化率Rateと制御間隔Tsを乗じた値を補正用理論空気量Youtから減じる。
If the correction theoretical air amount Yout is larger than the correction theoretical air amount Yset (YES in step S22), the process proceeds to step S23, and the
次のステップS24で、演算部31は、第2の対応関係に基づいて現在の負荷率に対応して設定される補正用理論空気量Ysetを記憶部32から読み出す。
In the next step S <b> 24, the
次のステップS25で、現在の補正用理論空気量YoutがステップS24で読み出した補正用理論空気量Yset以下となっているか否かを判定する。補正用理論空気量Youtが補正用理論空気量Yset以下でない場合には(ステップS25でNO)、ステップS23に戻り、ステップS23〜S25が繰返される。 In the next step S25, it is determined whether or not the current correction theoretical air amount Yout is less than or equal to the correction theoretical air amount Yset read in step S24. If the corrected theoretical air amount Yout is not less than or equal to the corrected theoretical air amount Yset (NO in step S25), the process returns to step S23, and steps S23 to S25 are repeated.
現在の補正用理論空気量YoutがステップS24で読み出した補正用理論空気量Yset以下となった場合には(ステップS25でYES)、現在の補正用理論空気量Youtに補正用理論空気量Ysetを代入して移行モード2が終了する(ステップS29)。 If the current correction theoretical air amount Yout is less than or equal to the correction theoretical air amount Yset read in step S24 (YES in step S25), the correction theoretical air amount Yset is set to the current correction theoretical air amount Yout. By substituting, transition mode 2 ends (step S29).
一方、補正用理論空気量Youtが補正用理論空気量Yset以下の場合には(ステップS22でNO)、ステップS26に進み、演算部31は、時間変化率Rateと制御間隔Tsとを乗じた値を補正用理論空気量Youtに加算する。
On the other hand, when the correction theoretical air amount Yout is less than or equal to the correction theoretical air amount Yset (NO in step S22), the process proceeds to step S26, and the
次のステップS27で、演算部31は、第2の対応関係に基づいて現在の負荷率に対応して設定される補正用理論空気量Ysetを記憶部32から読み出す。
In the next step S <b> 27, the
次のステップS28で、現在の補正用理論空気量YoutがステップS27で読み出した補正用理論空気量Yset以上となっているか否かを判定する。補正用理論空気量Youtが補正用理論空気量Yset以上でない場合には(ステップS28でNO)、ステップS26に戻り、ステップS26〜S28が繰返される。 In the next step S28, it is determined whether or not the current correction theoretical air amount Yout is equal to or larger than the correction theoretical air amount Yset read in step S27. If the correction theoretical air amount Yout is not equal to or greater than the correction theoretical air amount Yset (NO in step S28), the process returns to step S26, and steps S26 to S28 are repeated.
現在の補正用理論空気量YoutがステップS27で読み出した補正用理論空気量Yset以上となった場合には(ステップS28でYES)、現在の補正用理論空気量Youtに補正用理論空気量Ysetを代入して移行モード2が終了する(ステップS29)。 When the current correction theoretical air amount Yout is equal to or larger than the correction theoretical air amount Yset read in step S27 (YES in step S28), the correction theoretical air amount Yset is set to the current correction theoretical air amount Yout. By substituting, transition mode 2 ends (step S29).
図10は、図8のステップS5の詳細を示すフローチャートである。図10では、排気ガス温度Texが所定の基準温度Taを超えて異常に上昇した場合に、排気ガス温度を抑制するための処理手順が示される。 FIG. 10 is a flowchart showing details of step S5 in FIG. FIG. 10 shows a processing procedure for suppressing the exhaust gas temperature when the exhaust gas temperature Tex rises abnormally beyond a predetermined reference temperature Ta.
図8、図10を参照して、演算部31は、ステップS31で、排気ガス温度Texが基準温度Taを超えているか否かを判定する。さらに、演算部31は、ステップS32で、経過時間Tim(図8のステップS3で0に初期化されている)が基準時間Tintを越えているか否かを判定する。ステップS31およびS32がともにYESの場合にステップS33に進み、演算部31は、補正用理論空気量のオフセット値Yosを所定量Ystepだけ増加させる。次のステップS34で、演算部31は、経過時間Timを0に初期化する。
Referring to FIGS. 8 and 10,
以上の処理によって、排気ガス温度Texが基準温度Taを超えている状態が継続している場合には、基準時間Tintごとに所定量Ystepだけオフセット値Yosが増加する。この結果、補正用理論空気量Youtも基準時間Tintごとに所定量Ystepずつ増加することになるので、排気ガス温度の上昇を抑制することができる。 When the exhaust gas temperature Tex continues to exceed the reference temperature Ta by the above processing, the offset value Yos increases by a predetermined amount Ystep every reference time Tint. As a result, the correction theoretical air amount Yout also increases by a predetermined amount Ystep every reference time Tint, so that an increase in the exhaust gas temperature can be suppressed.
以上のとおり、上記の実施の形態によるガスエンジンシステム100によれば、空燃比の設定値を排気ガス温度Texに応じて補正することによって、燃料ガスFの性状が時間とともに変化するバイオガスなどの場合であっても、ガスエンジン1を安定して運転できるように空燃比を制御することができる。
As described above, according to the
上記では、空燃比を制御するために、燃料ガスFの供給量を調整する燃料ガス量調整器8が設けられていたが、燃料ガス量調整器8に代えて空気Aの供給量を調整する空気量調整器を設けてもよい。
In the above, the fuel
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。 The embodiment disclosed this time must be considered as illustrative in all points and not restrictive. The scope of the present invention is defined by the terms of the claims, rather than the description above, and is intended to include any modifications within the scope and meaning equivalent to the terms of the claims.
1 ガスエンジン、2 燃焼室、4 過給機、8 燃料ガス量調整器、10 空燃比補正制御装置、11 流量計、12 空燃比制御部、13 温度センサ、14 補正用理論空気量決定部、15 空気過剰率設定部、16 記憶部、100 ガスエンジンシステム、A 空気、E 排気ガス、F 燃料ガス、M 混合ガス、Tex 排気ガス温度、Yout,Yset 補正用理論空気量。
DESCRIPTION OF
Claims (7)
前記ガスエンジンの負荷率と目標温度との間を対応付ける第1の対応関係と、前記ガスエンジンの負荷率と補正用理論空気量との間を対応付ける第2の対応関係とを予め設定するステップと、
前記ガスエンジンの現在の負荷率を取得するステップと、
温度センサを用いて、前記ガスエンジンの燃焼室から排出される排気ガスの温度を測定するステップと、
取得した負荷率に応じて補正用理論空気量を決定するステップと、
決定した補正用理論空気量に予め設定された空気過剰率を乗ずることによって空燃比の設定値を計算するステップと、
空燃比の現在の設定値に従って前記燃料ガスまたは前記空気の供給量を調整するステップとを備え、
前記補正用理論空気量を決定するステップは、
前記第1の対応関係に基づいて、前記排気ガスの温度と前記排気ガスの温度を測定したときの負荷率に対応する目標温度との偏差が小さくなるように、フィードバック制御によって補正用理論空気量を決定する第1ステップと、
前記第2の対応関係に基づいて前記ガスエンジンの負荷率に応じて補正用理論空気量を決定する第2ステップとを含み、
前記第1ステップは前記ガスエンジンの負荷率が所定の閾値以上の場合に実行され、前記第2ステップは前記ガスエンジンの負荷率が前記閾値未満の場合に実行される、予混合式ガスエンジンの空燃比補正制御方法。 An air-fuel ratio correction control method for a premixed gas engine to which a mixed gas obtained by mixing fuel gas and air is supplied,
Pre-setting a first correspondence relationship that associates the load factor of the gas engine with a target temperature, and a second correspondence relationship that associates between the load factor of the gas engine and a correction theoretical air amount; ,
Obtaining a current load factor of the gas engine;
Measuring the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the gas engine using a temperature sensor;
Determining a correction theoretical air amount according to the acquired load factor;
Calculating a set value of the air-fuel ratio by multiplying the determined correction theoretical air amount by a preset excess air ratio;
Adjusting the supply amount of the fuel gas or the air according to the current set value of the air-fuel ratio,
The step of determining the correction theoretical air amount includes:
Based on the first correspondence relationship, the correction theoretical air amount is controlled by feedback control so that a deviation between the temperature of the exhaust gas and the target temperature corresponding to the load factor when the temperature of the exhaust gas is measured becomes small. A first step of determining
A second step of determining a correction theoretical air amount according to a load factor of the gas engine based on the second correspondence relationship;
The first step is executed when the load factor of the gas engine is equal to or greater than a predetermined threshold, and the second step is executed when the load factor of the gas engine is less than the threshold . Air-fuel ratio correction control method.
前記補正用理論空気量を決定するステップは、さらに、
前記第1の移行期間中に実行され、前記第1の移行期間が開始したときに測定された前記排気ガスの温度を初期値として時間の経過または前記ガスエンジンの負荷率の増加に伴って徐々に増加または減少する変化値を、経過時間または前記ガスエンジンの負荷率に応じて目標温度に設定し、前記排気ガスの温度と前記排気ガスの温度を測定したときの目標温度との偏差が小さくなるようにフィードバック制御によって補正用理論空気量を決定するステップを含み、
前記第1の移行期間は、前記変化値と前記第1の対応関係に基づく目標温度とが等しくなったときに終了する、請求項1に記載の予混合式ガスエンジンの空燃比補正制御方法。 In the case where the load factor of the previous SL gas engine gradually increases, the second step is performed until the load factor of the gas engine reaches the threshold value, the first step is the load factor of the gas engine is the threshold value or more And after the end of the first transition period starting from when the load factor of the gas engine reaches the threshold,
The step of determining the correction theoretical air amount further comprises:
The temperature of the exhaust gas, which is executed during the first transition period and measured when the first transition period starts, is used as an initial value, and gradually as time passes or the load factor of the gas engine increases. The change value that increases or decreases is set to the target temperature according to the elapsed time or the load factor of the gas engine, and the deviation between the exhaust gas temperature and the target temperature when the exhaust gas temperature is measured is small. Determining the correction theoretical air amount by feedback control so that
It said first transition period is terminated when the target temperature is equal based on the first correspondence relationship between the change value, the air-fuel ratio correction control method of premixing type gas engine according to claim 1.
前記補正用理論空気量を決定するステップは、さらに、
前記第2の移行期間中に実行され、前記第2の移行期間に入る直前に前記第1ステップで決定した補正用理論空気量を初期値として時間の経過または前記ガスエンジンの負荷率の減少に伴って徐々に増加または減少する変化値を、経過時間または前記ガスエンジンの負荷率に応じて補正用理論空気量に決定するステップを含み、
前記第2の移行期間は、前記変化値と前記第2の対応関係に基づく補正用理論空気量とが等しくなったときに終了する、請求項1または2に記載の予混合式ガスエンジンの空燃比補正制御方法。 In no event the load factor of the previous SL gas engine is decreased gradually, the first step is performed until the load factor of the gas engine reaches the threshold value, the second step is the load factor of the gas engine is the threshold And after the end of the second transition period starting from when the load factor of the gas engine reaches the threshold,
The step of determining the correction theoretical air amount further comprises:
For the passage of time or the reduction of the load factor of the gas engine, using the correction theoretical air amount determined in the first step as an initial value immediately before entering the second transition period, which is executed during the second transition period. Determining a change value that gradually increases or decreases along with the elapsed time or the load factor of the gas engine as a correction theoretical air amount ,
Said second transition period is terminated when the correction theoretical air amount based on the second correspondence relationship between the change value becomes equal empty premixing gas engine according to claim 1 or 2 Fuel ratio correction control method.
前記ガスエンジンの負荷率と目標温度との間を対応付ける第1の対応関係と、前記ガスエンジンの負荷率と補正用理論空気量との間を対応付ける第2の対応関係とを予め設定するステップと、
前記ガスエンジンの現在の負荷率を取得するステップと、
温度センサを用いて、前記ガスエンジンの燃焼室から排出される排気ガスの温度を測定するステップと、
取得した負荷率に応じて補正用理論空気量を決定するステップと、
決定した補正用理論空気量に予め設定された空気過剰率を乗ずることによって空燃比の設定値を計算するステップと、
空燃比の現在の設定値に従って前記燃料ガスまたは前記空気の供給量を調整するステップとを備え、
前記補正用理論空気量を決定するステップは、
前記第1の対応関係に基づいて、前記排気ガスの温度と前記排気ガスの温度を測定したときの負荷率に対応する目標温度との偏差が小さくなるように、フィードバック制御によって補正用理論空気量を決定する第1ステップと、
前記第2の対応関係に基づいて前記ガスエンジンの負荷率に応じて補正用理論空気量を決定する第2ステップとを含み、
前記第1ステップは、前記温度センサが正常な場合に実行され、
前記第2ステップは、前記温度センサの故障を検出したときから開始する第3の移行期間の終了後に実行され、
前記補正用理論空気量を決定するステップは、さらに、
前記第3の移行期間中に実行され、前記第3の移行期間に入る直前に前記第1ステップで決定した補正用理論空気量を初期値として時間の経過に伴って徐々に増加または減少する変化値を、経過時間に応じて補正用理論空気量に決定するステップを含み、
前記第3の移行期間は、前記変化値と前記第2の対応関係に基づく補正用理論空気量とが等しくなったときに終了する、予混合式ガスエンジンの空燃比補正制御方法。 An air-fuel ratio correction control method for a premixed gas engine to which a mixed gas obtained by mixing fuel gas and air is supplied,
Pre-setting a first correspondence relationship that associates the load factor of the gas engine with a target temperature, and a second correspondence relationship that associates between the load factor of the gas engine and a correction theoretical air amount; ,
Obtaining a current load factor of the gas engine;
Measuring the temperature of the exhaust gas discharged from the combustion chamber of the gas engine using a temperature sensor;
Determining a correction theoretical air amount according to the acquired load factor;
Calculating a set value of the air-fuel ratio by multiplying the determined correction theoretical air amount by a preset excess air ratio;
Adjusting the supply amount of the fuel gas or the air according to the current set value of the air-fuel ratio,
The step of determining the correction theoretical air amount includes:
Based on the first correspondence relationship, the correction theoretical air amount is controlled by feedback control so that a deviation between the temperature of the exhaust gas and the target temperature corresponding to the load factor when the temperature of the exhaust gas is measured becomes small. A first step of determining
A second step of determining a correction theoretical air amount according to a load factor of the gas engine based on the second correspondence relationship;
The first step is executed when the temperature sensor is normal,
The second step is executed after the end of the third transition period starting from when the temperature sensor failure is detected,
The step of determining the correction theoretical air amount further comprises:
A change that is executed during the third transition period, and that gradually increases or decreases with the passage of time, with the correction theoretical air amount determined in the first step immediately before entering the third transition period as an initial value. Determining a value for the corrected theoretical air volume as a function of elapsed time ;
An air-fuel ratio correction control method for a premixed gas engine, wherein the third transition period ends when the change value and the correction theoretical air amount based on the second correspondence relationship become equal.
前記第2の対応関係に基づいて前記ガスエンジンの負荷率に応じた補正用理論空気量の基準値を決定するステップと、
前記排気ガスの温度が所定の基準温度を超えたか否かを判定し、前記排気ガスの温度が前記基準温度を超えない場合には前記基準値を最終的な補正用理論空気量に決定し、前記排気ガスの温度が前記基準温度を超えた場合には前記基準値に所定のオフセット量を加算した値を最終的な補正用理論空気量に決定するステップとを有する、請求項1〜4のいずれか1項に記載の予混合式ガスエンジンの空燃比補正制御方法。 The second step includes
Determining a correction theoretical air amount reference value according to a load factor of the gas engine based on the second correspondence relationship;
It is determined whether or not the temperature of the exhaust gas exceeds a predetermined reference temperature, and when the temperature of the exhaust gas does not exceed the reference temperature, the reference value is determined as a final corrected theoretical air amount, when the temperature of the exhaust gas exceeds the reference temperature and determining a value obtained by adding a predetermined offset amount to the reference value to the final correction for the theoretical amount of air, of claims 1 to 4, The air-fuel ratio correction control method for a premixed gas engine according to any one of the preceding claims.
前記ガスエンジンの回転数および負荷率と空気過剰率との予め定められた対応関係を表すテーブルに基づいて、前記ガスエンジンの現在の回転数および負荷率に対応する空気過剰率の値を設定する空気過剰率設定部と、
前記ガスエンジンの燃焼室から排出された排気ガスの温度を測定する温度センサと、
前記ガスエンジンの現在の負荷率に応じて補正用理論空気量を決定する補正用理論空気量決定部と、
前記決定した補正用理論空気量に前記設定された空気過剰率の値を乗算することによって空燃比の設定値を計算する空燃比計算部と、
空燃比の現在の設定値に従って前記燃料ガスまたは前記空気の供給量を調整するガス量調整器とを備え、
前記補正用理論空気量決定部は、
前記ガスエンジンの負荷率が閾値以上の場合に、前記ガスエンジンの負荷率と目標温度との間を対応付ける第1の対応関係に基づいて、前記排気ガスの温度と前記排気ガスの温度を測定したときの負荷率に対応する目標温度との偏差が小さくなるように、フィードバック制御によって補正用理論空気量を決定し、
前記ガスエンジンの負荷率が前記閾値未満の場合に、前記ガスエンジンの負荷率と補正用理論空気量との間を対応付ける第2の対応関係に基づいて、前記ガスエンジンの負荷率に応じて補正用理論空気量を決定するように構成される、予混合式ガスエンジンの空燃比補正制御装置。 An air-fuel ratio correction control device for a premixed gas engine to which a mixed gas obtained by mixing fuel gas and air is supplied,
Based on a table representing a predetermined correspondence relationship between the rotation speed and load factor of the gas engine and the excess air ratio, a value of the excess air ratio corresponding to the current rotation speed and the load factor of the gas engine is set. An excess air ratio setting section;
A temperature sensor for measuring the temperature of exhaust gas discharged from the combustion chamber of the gas engine;
A correcting theoretical air amount determining unit that determines a correcting theoretical air amount according to the current load factor of the gas engine;
An air-fuel ratio calculation unit that calculates a set value of the air-fuel ratio by multiplying the determined theoretical air amount for correction by the value of the set excess air ratio;
A gas amount adjuster for adjusting a supply amount of the fuel gas or the air according to a current set value of the air-fuel ratio ,
The correction theoretical air amount determination unit includes:
When the load factor of the gas engine is equal to or greater than a threshold value, the temperature of the exhaust gas and the temperature of the exhaust gas are measured based on the first correspondence relationship that associates the load factor of the gas engine with a target temperature. The theoretical air amount for correction is determined by feedback control so that the deviation from the target temperature corresponding to the load factor becomes small,
When the load factor of the gas engine is less than the threshold, correction is performed according to the load factor of the gas engine based on the second correspondence relationship that associates between the load factor of the gas engine and the correction theoretical air amount. An air- fuel ratio correction control device for a premixed gas engine configured to determine a theoretical air amount for use .
前記ガスエンジンの回転数および負荷率と空気過剰率との予め定められた対応関係を表すテーブルに基づいて、前記ガスエンジンの現在の回転数および負荷率に対応する空気過剰率の値を設定する空気過剰率設定部と、
前記ガスエンジンの燃焼室から排出された排気ガスの温度を測定する温度センサと、
前記ガスエンジンの現在の負荷率に応じて補正用理論空気量を決定する補正用理論空気量決定部と、
前記決定した補正用理論空気量に前記設定された空気過剰率の値を乗算することによって空燃比の設定値を計算する空燃比計算部と、
空燃比の現在の設定値に従って前記燃料ガスまたは前記空気の供給量を調整するガス量調整器とを備え、
前記補正用理論空気量決定部は、
前記ガスエンジンの負荷率が閾値以上の場合に、前記ガスエンジンの負荷率と目標温度との間を対応付ける第1の対応関係に基づいて、前記排気ガスの温度と前記排気ガスの温度を測定したときの負荷率に対応する目標温度との偏差が小さくなるように、フィードバック制御によって補正用理論空気量を決定し、
前記ガスエンジンの負荷率が前記閾値未満の場合に、前記ガスエンジンの負荷率と補正用理論空気量との間を対応付ける第2の対応関係に基づいて、前記ガスエンジンの負荷率に応じて補正用理論空気量を決定するように構成される、予混合式ガスエンジンシステム。 A premixed gas engine to which a mixed gas in which fuel gas and air are mixed is supplied;
Based on a table representing a predetermined correspondence relationship between the rotation speed and load factor of the gas engine and the excess air ratio, a value of the excess air ratio corresponding to the current rotation speed and the load factor of the gas engine is set. An excess air ratio setting section;
A temperature sensor for measuring the temperature of exhaust gas discharged from the combustion chamber of the gas engine;
A correcting theoretical air amount determining unit that determines a correcting theoretical air amount according to the current load factor of the gas engine;
An air-fuel ratio calculation unit that calculates a set value of the air-fuel ratio by multiplying the determined theoretical air amount for correction by the value of the set excess air ratio;
E Bei a gas amount regulator for regulating a supply amount of the fuel gas or the air in accordance with the current set value of the air-fuel ratio,
The correction theoretical air amount determination unit includes:
When the load factor of the gas engine is equal to or greater than a threshold value, the temperature of the exhaust gas and the temperature of the exhaust gas are measured based on the first correspondence relationship that associates the load factor of the gas engine with a target temperature. The theoretical air amount for correction is determined by feedback control so that the deviation from the target temperature corresponding to the load factor becomes small,
When the load factor of the gas engine is less than the threshold, correction is performed according to the load factor of the gas engine based on the second correspondence relationship that associates between the load factor of the gas engine and the correction theoretical air amount. A premixed gas engine system configured to determine the theoretical air volume for the engine.
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