JP5731136B2

JP5731136B2 - ガスエンジンシステム

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Publication number: JP5731136B2
Application number: JP2010130353A
Authority: JP
Inventors: 博光日高
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2010-06-07
Filing date: 2010-06-07
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2030-06-07
Also published as: JP2011256746A

Description

本発明は、ガスエンジンシステムの制御技術に関し、特にバイオガスを燃料として使用するガスエンジンの空燃比の制御技術に関する。

従来より、バイオガスを燃料として使用するガスエンジンは公知となっている（例えば、特許文献１）。特許文献１においては、有機廃棄物よりメタンガスを主成分とするバイオガスを発生させるメタン発酵槽と、前記メタン発酵槽で発生したバイオガスから有害な気体を分離して除去する精製装置と、有害な気体及び酸素の濃度を連続的に確認する連続モニタリング装置と、前記バイオガスの圧力を検出する圧力検出装置と、前記メタン発酵槽から発生したバイオガスを貯蔵するガス貯蔵装置と、前記ガス貯蔵装置から供給されるバイオガスと空気とを燃焼させて、ガスエンジンを駆動して発電機を駆動させるガスエンジン発電機と、前記ガスエンジン発電機への余剰バイオガスを燃焼させる余剰ガス燃焼装置と、前記圧力検出装置の検出値、及び連続モニタリング装置の計測値を入力してガスエンジン発電機と余剰ガス燃焼装置の始動及び停止を制御する制御装置と、を具備するバイオガス発電システムが開示されている。特許文献１のバイオガス発電システムにおいては、ガスエンジンと発電機が直結して配設されている。そして、当該ガスエンジンは、メタンガスを主成分とするバイオガスを燃焼させることにより当該発電機を駆動する。

特開２００９−１１４８８６号公報

しかしながら、上記ガスエンジンの燃料となるバイオガスにおいては、その主成分となるメタンガスの濃度が、メタンガスを生成するための発酵材料、生成温度等により大きく変動する。そして、当該メタンガスの濃度が変動すると、メタンガスの熱量が変動し、それにともなって、ガスエンジンの空燃比が変動する。そのため、バイオガスを燃料とするガスエンジンでは、当該空燃比の変動により、エミッションの過出、熱効率等の性能低下、燃焼不良による失火・ハンチングの問題があった。

そこで、本発明は、バイオガスを燃料とするガスエンジンの空燃比の変動を抑制し、当該空燃比の変動によるエミッションの過出、熱効率等の性能低下、燃焼不良による失火・ハンチングを防止するガスエンジンシステムを提供する。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

請求項１においては、メタンガスを主成分とするバイオガスからなる燃料ガスを燃焼させることにより駆動するガスエンジンを備えるガスエンジンシステムにおいて、前記ガスエンジンから排気される排気ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段と、前記ガスエンジンのエンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段としてのエンジン回転数センサと、前記燃料ガスの供給量を調整する燃料ガス調整手段としての燃料制御弁と、空気と前記燃料ガスを混合した後の混合ガスの量を調整する混合ガス調整手段としてのスロットルと、前記燃料制御弁と、前記スロットルとを制御して前記ガスエンジンの回転数を所定の回転数に制御する制御装置とを備え、前記制御装置は、所定回転数におけるエンジン負荷毎に、排気温度と空燃比との関係が定められた排気温度マップを備え、該制御装置は、エンジン回転数センサからの検出信号を読み込み、読み込んだエンジン回転数センサからの検出信号及び目標回転数によって、エンジン負荷を演算し、該検出したエンジン負荷に対応する目標排気温度マップを取得し、前記取得した目標排気温度マップに基づいて、取得した排気ガスの目標排気温度に対応する目標空燃比を取得し、前記排気温度センサによって、ガスエンジンから排気される排気ガスの排気温度の実測値を検出し、前記目標排気温度と、排気温度の実測値との差分検出を行い、該目標排気温度と排気温度の実測値との差の絶対値が予め設定された所定値より小さいか否かを判断し、該目標排気温度と排気温度の実測値との差の絶対値が予め設定された所定値より小さいと判断すると、ガスエンジンの空燃比が、現時点のエンジン負荷に対して、最適な空燃比であると判断し、前記目標排気温度と排気温度の実測値との差の絶対値が予め設定された所定値より小さくないと判断すると、空燃比が現時点のエンジン負荷に対して、最適な空燃比ではないと判断し、最適な空燃比ではないと判断すると、制御装置は、空燃比を前記目標空燃比となるように変更する制御を行い、該空燃比を変更する制御は、前記燃料制御弁の開度と、前記スロットルの開度とを変更して制御し、制御装置は、目標排気温度と排気温度の実測値との差の絶対値が予め設定された所定値より小さいと判断するまで、前記制御を繰り返すものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

第１の発明に係るガスエンジンシステムにおいては、燃料ガス中のメタンガスの濃度が変動することよりメタンガスの熱量が変動する場合であっても、ガスエンジンの空燃比を最適な空燃比に調整することができる。そのため、空燃比変動による機関性能変化（低下）、排ガスエミッションの悪化、燃焼不良を起因とした失火、ハンチングを抑制することができる。
また、メタンガス濃度（メタンガスの熱量）を検出することなく、ガスエンジンから排気される排気ガスの排気温度を検出することで、ガスエンジンの空燃比を調整することができるため、メタンガスの濃度（メタンガスの熱量）を検出するための検出装置を設ける必要がなく、システム全体を簡略化できる。

ガスエンジンシステムの全体的な構成を示す概略図。制御装置に記憶される各種マップを示すブロック図。各種マップを示すグラフ。（ａ）目標排気温度マップを示すグラフ。（ｂ）燃料消費量マップを示すグラフ。（ｃ）目標開度マップを示すグラフ。（ｄ）目標スロットル開度マップを示すグラフ。（ｅ）目標吸気負圧マップを示すグラフ。ガスエンジンの空燃比制御の第１実施例を示すフローチャート。ガスエンジンの空燃比制御の第１構成例を示すフローチャート。ガスエンジンの空燃比制御の第２構成例を示すフローチャート。ガスエンジンの空燃比制御の第３構成例を示すフローチャート。ガスエンジンの空燃比制御の第４構成例を示すフローチャート。ガスエンジンの空燃比制御の第５構成例を示すフローチャート。

本発明の一実施形態に係るガスエンジンシステム１について説明する。

まず、ガスエンジンシステム１の全体的な構成について説明する。

図１に示すように、ガスエンジンシステム１は、ガスエンジン２、制御装置３等を備えている。

ガスエンジン２は、吸気部４と、燃料ガス供給部５と、エンジン本体６と、排気部７とを備えている。吸気部４は、外部から取り込む空気及び燃料ガスであるバイオガスを後述するミキサ８により混合して生成した混合ガスを供給する吸気配管９と、空気中に含まれる塵挨等を除去するエアクリーナー１０と、を備える。

燃料ガス供給部５は、ミキサ８を備える。ミキサ８は、バイオガスを吸気配管９の内部に供給する第一バイオガス供給配管１１と、第一バイオガス供給配管１１からバイオガスを一時的に増量する制御を行うための開閉式燃料弁１２と、開閉式燃料弁１２をバイパスして第一バイオガス供給配管１１に接続される第二バイオガス供給配管１３と、第二バイオガス供給配管１３を通過するバイオガスの供給量、即ち混合ガスに含まれるバイオガスの供給量を調整する燃料ガス調整手段である燃料制御弁１４と、第一バイオガス供給配管１１内のバイオガスと吸気空気との間に差圧を生じさせ、該バイオガスを第一バイオガス供給配管１１から吸気配管９に供給するベンチュリ１５と、混合ガスの量を調整する混合ガス調整手段であるスロットル１６等を備える。なお、開閉式燃料弁１２は、バイオガスを一時的に増量する制御を組み込まない場合には省略される。また、ミキサ８の第一バイオガス供給配管１１の上流側（ミキサ８の入口側）には、流量調整弁４１が設けられる。流量調整弁４１は、ミキサ８の入口側におけるバイオガスの流量を調整する弁である。

エンジン本体６には、吸気マニホールド２１がシリンダヘッド２２の一側に設けられる。吸気マニホールド２１は、図示しない吸気弁を介して図示しない複数の燃焼室に連通される。また、吸気マニホールド２１には吸気配管９が連通される。さらに、エンジン本体６には、排気マニホールド２３がシリンダヘッド２２の他側に設けられる。排気マニホールド２３は、図示しない排気弁を介して上記燃焼室に連通される。また、排気マニホールド２３には後述する排気配管５１が連通される。

排気部７は、上記燃焼室で混合ガスが燃焼することにより排気される排気ガスをガスエンジン２の外部に排出する排気配管５１を備える。

次に、制御装置３について説明する。

制御装置３は、エンジンコントロールユニット（ＥＣＵ）を含み、ＣＰＵ等の演算装置や、ＲＯＭやＲＡＭ等の記憶装置、インターフェイス、バス等を備える。記憶装置には、制御プログラムや後述するマップ等が記憶される。

図１に示すように、制御装置３は、ミキサ８の燃料制御弁１４のアクチュエータとなるソレノイド１４ａと、ミキサ８のスロットル１６のアクチュエータとなるモータ１６ａと、流量調整弁４１のアクチュエータとなるソレノイド４１ａと、に接続される。そして、制御装置３は、燃料制御弁１４、スロットル１６、及び流量調整弁４１の開度を調整する。制御装置３により、混合ガス調整手段であるスロットル１６の開度と、燃料ガス調整手段である燃料制御弁１４の開度と、流量調整弁４１の開度とを変更することで、ガスエンジン２の空燃比を調整することができる。

また、制御装置３は、第１ポジションセンサ１７と、第２ポジションセンサ１８と、第３ポジションセンサ１９と、排気温度センサ２４と、排気圧力センサ２５と、エンジン回転数センサ２６と、吸気圧力センサ２７と、流量センサ４２と、第１温度センサ４３と、第２温度センサ４４と、圧力センサ４５と接続される。

第１ポジションセンサ１７は、燃料制御弁１４の開度を検出する開度検出手段である。第１ポジションセンサ１７により検出された燃料制御弁１４の開度は、検出信号として制御装置３に入力される。

第２ポジションセンサ１８は、スロットル１６の開度を検出するスロットル開度検出手段である。第２ポジションセンサ１８により検出されたスロットル１６の開度は、検出信号として制御装置３に入力される。

第３ポジションセンサ１９は、流量調整弁４１の開度を検出する開度検出手段である。第３ポジションセンサ１９により検出された流量調整弁４１の開度は、検出信号として制御装置３に入力される。第１ポジションセンサ１７と、第２ポジションセンサ１８と、第３ポジションセンサ１９と、はポテンショメータ等で構成される。

排気温度センサ２４は、ガスエンジン２から排気される排気ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段である。具体的には、排気温度センサ２４は、ガスエンジン２の複数の燃焼室から排出される排気ガスの排気温度を検出する。排気温度センサ２４は、排気マニホールド２３内であって、ガスエンジン２の複数の燃焼室から排気される排気ガスが集合する通路集合部に設けられる。排気温度センサ２４を当該通路集合部に設けることで、当該排気ガスが排気配管５１に排気されて排気温度が低下する前に、的確な排気温度を検出することができる。排気温度センサ２４により検出された排気ガスの排気温度は、検出信号として制御装置３に入力される。

排気圧力センサ２５は、ガスエンジン２から排気される排気ガスの排気圧力を検出する排気圧力検出手段である。具体的には、排気圧力センサ２５は、ガスエンジン２の複数の燃焼室から排出される排気ガスの排気圧力を検出する。排気圧力センサ２５は、排気マニホールド２３内であって、ガスエンジン２の複数の燃焼室から排出される排気ガスが集合する通路集合部に設けられる。排気圧力センサ２５により検出された排気ガスの排気圧力は、検出信号として制御装置３に入力される。制御装置３は、当該検出信号に基づいて、排気ガスの排気圧力から、燃焼室内で失火したかどうかを判断して、適正にガスエンジン２を運転できるようにする。

エンジン回転数センサ２６は、ガスエンジン２におけるクランク軸の回転を検出する回転数検出手段である。エンジン回転数センサ２６はエンジン本体６に設けられる。エンジン回転数センサ２６により検出されるガスエンジン２の回転数は、検出信号として制御装置３に入力される。制御装置３は、回転数と設定回転数（目標回転数又は定格回転数）基づいて、ガスエンジン２のエンジン負荷を演算するとともに、回転変動から失火を検出して、適正にガスエンジン２を運転できるようにする。つまり、制御装置３は、エンジン負荷検出手段、及び、失火検出手段を備える。

吸気圧力センサ２７は、吸気マニホールド２１内の吸気負圧を検出する吸気負圧検出手段である。吸気圧力センサ２７は、吸気マニホールド２１内に設けられる。吸気圧力センサ２７により検出された吸気負圧は、検出信号として制御装置３に入力される。

流量センサ４２は、ミキサ８の入口側におけるバイオガスの流量を検出するものである。流量センサ４２は、流量調整弁４１の上流側に設けられる。流量センサ４２により検出されたバイオガスの流量は、検出信号として制御装置３に入力される。

第１温度センサ４３は、流量センサ４２の上流側（入口側）におけるバイオガスの温度を検出するものである。第１温度センサ４３は、流量センサ４２の上流側（入口側）に設けられる。第１温度センサ４３により検出されたバイオガスの温度は、検出信号として制御装置３に入力される。

第２温度センサ４４は、流量センサ４２の下流側（出口側）におけるバイオガスの温度を検出するものである。第２温度センサ４４は、流量センサ４２の下流側（出口側）に設けられる。第２温度センサ４４により検出されたバイオガスの温度は、検出信号として制御装置３に入力される。

圧力センサ４５は、流量センサ４２の下流側（出口側）におけるバイオガスの圧力を検出するものである。圧力センサ４５は、流量センサ４２の下流側（出口側）に設けられる。圧力センサ４５により検出されたバイオガスの圧力は、検出信号として制御装置３に入力される。

制御装置３は、流量センサ４２、第１温度センサ４３、第２温度センサ４４、及び圧力センサ４５から入力される検出信号に基づいて、バイオガスの標準状態での燃料流量を演算する。そして、制御装置３は、演算した燃料流量に基づいて、バイオガスの燃料消費量（単位時間あたりのバイオガスの燃料流量）を演算する。このように、流量センサ４２、第１温度センサ４３、第２温度センサ４４、圧力センサ４５、及び制御装置３は、バイオガスの燃料消費量を検出する燃料消費量検出手段として機能する。

また、図２に示すように、制御装置３には、目標排気温度マップ３１と、燃料消費量マップ３２と、目標開度マップ３３と、目標スロットル開度マップ３４と、目標吸気負圧マップ３５と、第１失火マップ３６と、第２失火マップ３７とがそれぞれ予め実験等によって求められ記憶されている。

目標排気温度マップ３１は、ガスエンジン２から排気される排気ガスの排気温度と、ガスエンジン２の空燃比と、の関係を示すマップであり、所定の回転数におけるエンジン負荷域毎に設けられている。図３（ａ）に示すように、目標排気温度マップ３１においては、ガスエンジン２の空燃比が大きくなるにつれて、ガスエンジン２から排気される排気ガスの排気温度が低くなるという関係が成立する。そして、ガスエンジン２の空燃比と、排気ガスの排気温度と、の変化割合（グラフの傾斜）は、バイオガスの燃料種、即ち、メタンガスの濃度（メタンガスの熱量）が変化しても変動することはない。従って、ガスエンジン２から排気される排気ガスの排気温度を検出すれば、メタンガスの濃度（メタンガスの熱量）の変動に関わらず、ガスエンジン２の空燃比を推定することができる。

燃料消費量マップ３２は、バイオガスの燃料消費量と、ガスエンジン２のエンジン負荷と、の関係からバイオガスの燃料種を取得するためのマップである。具体的には、エンジン回転数センサ２６からの検出値と目標回転数に基づいて制御装置３によって演算されたエンジン負荷（但し、エンジン負荷の検出方法は限定するものではない）と、流量センサ４２、第１温度センサ４３、第２温度センサ４４、及び圧力センサ４５の検出信号に基づいて制御装置３によって演算されたバイオガスの燃料消費量と、の関係からバイオガスの組成（燃料種）を取得することができるマップである。図３（ｂ）に示すように、燃料消費量マップ３２においては、ガスエンジン２のエンジン負荷が大きくなると、バイオガスの燃料消費量が大きくなるという関係が成立する。そして、ガスエンジン２のエンジン負荷と、バイオガスの燃料消費量と、の変化割合（グラフの傾斜）は、バイオガスの燃料種によって異なる。具体的には、バイオガス中のメタンガスの割合が多い場合（図３（ｂ）の破線）には、バイオガス中のメタンガスの割合が少ない場合（図３（ｂ）の実線）と比べて、前記変化割合は小さくなる。従って、ガスエンジン２のエンジン負荷と、バイオガスの燃料消費量と、を演算すれば、バイオガスの燃料種を推定することができる。

目標開度マップ３３は、ガスエンジン２の空燃比と、燃料制御弁１４の開度と、の関係を示すマップである。図３（ｃ）に示すように、目標開度マップ３３においては、ガスエンジン２の空燃比が大きくなるにつれて、燃料制御弁１４の開度が大きくなるという関係がある。従って、燃料制御弁１４の開度を検出すれば、ガスエンジン２の空燃比を推定することができる。目標開度マップ３３は、バイオガスの組成（燃料種）毎に設けられる。

目標スロットル開度マップ３４は、ガスエンジン２の空燃比と、スロットル１６の開度と、の関係を示すマップであり、所定の回転数におけるエンジン負荷域毎に設けられている。図３（ｄ）に示すように、目標スロットル開度マップ３４においては、ガスエンジン２の空燃比が大きくなるにつれて、スロットル１６の開度が大きくなるという関係がある。そして、ガスエンジン２の空燃比と、スロットル１６の開度と、の変化割合（グラフの傾斜）は、バイオガス中のメタンガスの濃度（メタンガスの熱量）が変動しても変化することはない。従って、スロットル１６の開度を参照すれば、メタンガスの濃度（メタンガスの熱量）の変動に関わらず、ガスエンジン２の空燃比を推定することができる。

目標吸気負圧マップ３５は、ガスエンジン２の空燃比と、ガスエンジン２における吸気マニホールド２１内の吸気負圧と、の関係を示すマップであり、所定の回転数におけるエンジン負荷域毎に設けられている。図３（ｅ）に示すように、目標吸気負圧マップ３５においては、ガスエンジン２の空燃比が大きくなるにつれて、吸気マニホールド２１内の吸気負圧は小さくなるという関係がある。そして、ガスエンジン２の空燃比と、吸気マニホールド２１内の吸気負圧と、の変化割合（グラフの傾斜）は、バイオガス中のメタンガスの濃度（メタンガスの熱量）が変動しても変化することはない。従って、吸気マニホールド２１内の吸気負圧を検出すれば、メタンガスの濃度（メタンガスの熱量）の変動に関わらず、ガスエンジン２の空燃比を推定することができる。

第１失火マップ３６は、失火検出時の排気ガスの排気圧力とガスエンジン２の空燃比との関係が定められたマップである。失火検出時の排気ガスの排気圧力を検出し、当該検出した排気圧力を第１失火マップ３６に対応されることで、ガスエンジン２のリーン側の空燃比を推定することができる。

第２失火マップ３７は、失火検出時のガスエンジン２のエンジン回転数とガスエンジン２の空燃比との関係が定められたマップである。失火検出時のガスエンジン２のエンジン回転数を検出し、当該検出したエンジン回転数を第２失火マップ３７に対応されることで、ガスエンジン２のリーン側の空燃比を推定することができる。

制御装置３は、前記各種検出信号、及び、前記各種マップに基づいて、ガスエンジン２の空燃比を調整する。以下に、制御装置３におけるガスエンジン２の空燃比制御について説明する。

まず、制御装置３におけるガスエンジン２の空燃比制御の第１実施例について説明する。

ガスエンジン２の空燃比制御の第１実施例においては、制御装置３は、排気温度センサ２４から入力される検出信号と、目標排気温度マップ３１と、に基づいて、ガスエンジン２の空燃比を調整する。具体的には、以下のような制御を行う。

図４に示すように、ステップＳ１において、制御装置３は、エンジン回転数センサ２６からの検出信号を読み込む（Ｓ１）。

ステップＳ２において、制御装置３は、ステップＳ１で読み込んだエンジン回転数センサ２６からの検出信号に基づいてガスエンジン２のエンジン負荷を演算する（Ｓ２）。即ち、エンジン回転数センサ２６及び目標回転数によって、ガスエンジン２のエンジン負荷を検出する。

ステップＳ３において、制御装置３は、ステップＳ２で検出したガスエンジン２のエンジン負荷に対応する目標排気温度マップ３１を取得する（Ｓ３）。

ステップＳ４において、制御装置３は、ステップＳ３で取得した目標排気温度マップ３１に基づいて、ステップＳ２で検出したガスエンジン２のエンジン負荷に対応する排気ガスの目標排気温度Ｔ０を取得する（Ｓ４）。

ステップＳ５において、制御装置３は、ステップＳ３で取得した目標排気温度マップ３１に基づいて、ステップＳ４で取得した排気ガスの目標排気温度Ｔ０に対応するガスエンジン２の目標空燃比を取得する（Ｓ５）。

ステップＳ６において、制御装置３は、排気温度センサ２４から検出信号を読み込む（Ｓ６）。即ち、排気温度センサ２４及び制御装置３によって、ガスエンジン２から排気される排気ガスの排気温度の実測値Ｔが検出される。

ステップＳ７において、制御装置３は、ステップＳ５において取得した目標排気温度Ｔ０と、ステップＳ６において検出された排気温度の実測値Ｔと、の差分検出を行う（Ｓ７）。

ステップＳ８において、制御装置３は、目標排気温度Ｔ０と排気温度の実測値Ｔとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｔ１より小さいか否かを判断する（Ｓ８）。

ステップＳ８において、制御装置３は、目標排気温度Ｔ０と排気温度の実測値Ｔとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｔ１より小さいと判断すると（Ｓ８−Ｙｅｓ）、ガスエンジン２の空燃比が、現時点のガスエンジン２のエンジン負荷に対して、最適な空燃比であると判断して、引き続き、エンジン回転数センサ２６からの検出信号を読み込む（Ｓ１）。

また、ステップＳ８において、制御装置３は、目標排気温度Ｔ０と排気温度の実測値Ｔとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｔ１より小さくないと判断すると（Ｓ８−Ｎｏ）、ガスエンジン２の空燃比が、現時点のガスエンジン２のエンジン負荷に対して、最適な空燃比ではないと判断する。そして、ステップＳ９において、制御装置３は、ガスエンジン２の空燃比をステップＳ５で取得した目標空燃比となるように、空燃比を変更する制御を行う。さらに、制御装置３は、ステップＳ８において、目標排気温度Ｔ０と排気温度の実測値Ｔとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｔ１より小さいと判断する（Ｓ８−Ｙｅｓ）まで、ステップＳ６からステップＳ９までのステップを繰り返す。

このように、第１実施例に係るガスエンジン２の空燃比制御においては、ガスエンジン２の空燃比を直接検出することなく、ガスエンジン２から排気される排気ガスの排気温度の実測値Ｔを検出することにより、ガスエンジン２の空燃比を、ガスエンジン２のエンジン負荷に対して最適な空燃比に調整する。

以上のように、ガスエンジンシステム１は、メタンガスを主成分とするバイオガスからなる燃料ガスを燃焼させることにより駆動するガスエンジン２を備えるガスエンジンシステム１において、ガスエンジン２から排気される排気ガスの排気温度を検出する排気温度センサ２４（排気温度検出手段）と、ガスエンジン２のエンジン負荷を検出するエンジン回転数センサ２６（エンジン負荷検出手段）と、燃料ガスの供給量を調整する燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）と、空気と燃料ガスを混合した後の混合ガスの量を調整するスロットル１６（混合ガス調整手段）と、燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）とスロットル１６（混合ガス調整手段）とを制御してガスエンジン２の回転数を所定の回転数に制御する制御装置３と、を備え、制御装置３は、所定回転数におけるエンジン負荷毎に、排気温度と空燃比との関係が定められた目標排気温度マップ３１を備え、エンジン回転数センサ２６（エンジン負荷検出手段）により検出されるエンジン負荷からその負荷における目標排気温度と、該目標排気温度に対応する目標空燃比を目標排気温度マップ３１より取得し、排気温度センサ２４（排気温度検出手段）により検出される排気温度が目標排気温度となり、空燃比が目標空燃比となるように燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）とスロットル１６（混合ガス調整手段）とを制御するものである。

このようにガスエンジンシステム１を構成することで、バイオガス中のメタンガスの濃度が変動することよりメタンガスの熱量が変動する場合であっても、ガスエンジン２から排気される排気ガスの排気温度を検出することで、ガスエンジン２の空燃比を最適な空燃比に調整することができる。そのため、空燃比変動による機関性能変化（低下）、排ガスエミッションの悪化、燃焼不良を起因とした失火、ハンチングを抑制することができる。また、メタンガス濃度（メタンガスの熱量）を検出することなく、ガスエンジン２から排気される排気ガスの排気温度を検出することで、ガスエンジン２の空燃比を調整することができるため、メタンガスの濃度（メタンガスの熱量）を検出するための検出装置を設ける必要がなく、システム全体を簡略化できる。

次に、制御装置３におけるガスエンジン２の空燃比制御の第１構成例について説明する。

ガスエンジン２の空燃比制御の第１構成例においては、制御装置３は、排気温度センサ２４及び排気圧力センサ２５から入力される検出信号と、目標排気温度マップ３１及び第１失火マップ３６とに基づいて、ガスエンジン２の空燃比を調整する。具体的には、以下のような制御を行う。

なお、ガスエンジン２の空燃比制御の第１構成例に係るステップＳ１からステップＳ７までは、ガスエンジン２の空燃比制御の第１実施例に係るステップＳ１からステップＳ７までと同様のため、説明を省略する。

図５に示すように、ステップＳ８において、制御装置３は、目標排気温度Ｔ０と排気温度の実測値Ｔとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｔ１より小さいか否かを判断する（Ｓ８）。

ステップＳ８において、制御装置３は、目標排気温度Ｔ０と排気温度の実測値Ｔとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｔ１より小さいと判断すると（Ｓ８−Ｙｅｓ）、ステップＳ１０において、排気圧力センサ２５からの検出信号を読み込む（Ｓ１０）。即ち、排気圧力センサ２５及び制御装置３によって、ガスエンジン２から排気される排気ガスの排気圧力の実測値Ｐが検出される。

ステップＳ１１において、制御装置３は、排気ガスの排気圧力の実測値Ｐが予め設定された設定値Ｐ１以下であるか否かを判断する（Ｓ１１）。ここで、排気ガスの排気圧力の実測値Ｐが設定値Ｐ１以下であるというのは、エンジン本体６の燃焼室内で失火が生じていることを意味する。即ち、制御装置３は、ステップＳ１１において、失火の有無を検出する。

ステップＳ１１において、制御装置３は、排気ガスの排気圧力の実測値Ｐが予め設定された設定値Ｐ１以下でないと判断すると（Ｓ１１−Ｎｏ）、エンジン本体６の燃焼室内での失火がないと判断するとともに、ガスエンジン２の空燃比が、現時点のガスエンジン２のエンジン負荷に対して、最適な空燃比であると判断して、引き続き、エンジン回転数センサ２６からの検出信号を読み込む（Ｓ１）。

また、ステップＳ１１において、制御装置３は、排気ガスの排気圧力の実測値Ｐが予め設定された設定値Ｐ１以下であると判断する（Ｓ１１−Ｙｅｓ）、即ち、エンジン本体６の燃焼室内で失火が生じていると判断すると、ステップＳ１２において、失火検出時における排気ガスの排気圧力に対応するガスエンジン２の目標空燃比を第１失火マップ３６より取得する（Ｓ１２）。

ステップＳ９において、制御装置３は、ガスエンジン２の空燃比がステップＳ１２で取得した目標空燃比となるように、空燃比を変更する制御を行う（Ｓ９）。そして、制御装置３は、ステップＳ８において、目標排気温度Ｔ０と排気温度の実測値Ｔとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｔ１より小さいと判断し（Ｓ８−Ｙｅｓ）、且つステップＳ１１において、排気ガスの排気圧力の実測値Ｐが予め設定された設定値Ｐ１以下でないと判断する（Ｓ１１−Ｎｏ）まで、ステップＳ６からステップＳ１２までのステップを繰り返す。

さらに、ステップＳ８において、制御装置３は、目標排気温度Ｔ０と排気温度の実測値Ｔとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｔ１より小さくないと判断すると（Ｓ８−Ｎｏ）、ステップＳ１０からステップＳ１２までのステップを行うことなく、ステップＳ９において、ガスエンジン２の空燃比がステップＳ５で取得した目標空燃比となるように、空燃比を変更する制御を行う（Ｓ９）。

このように、第１構成例に係るガスエンジン２の空燃比制御においては、ガスエンジン２から排気される排気ガスの排気温度の実測値Ｔと、排気圧力の実測値Ｐと、を検出することにより、ガスエンジン２の空燃比を、ガスエンジン２のエンジン負荷に対して最適な空燃比に調整する。

以上のように、ガスエンジンシステム１は、排気ガスの排気圧力を検出する排気圧力センサ２５（排気圧力検出手段）と、排気圧力センサ２５（排気圧力検出手段）の検出結果に基づいてガスエンジン２の燃焼室内での失火を検出する失火検出手段（排気圧力センサ２５、制御装置３）と、を備え、制御装置３は、失火検出時の排気圧力と空燃比との関係が定められた第１失火マップ３６を備え、失火検出手段（排気圧力センサ２５、制御装置３）により失火が検出されると、第１失火マップ３６より取得した空燃比となるように、燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）とスロットル１６（混合ガス調整手段）とを制御するものである。

このようにガスエンジンシステム１を構成することで、目標排気温度マップ３１とともに、排気圧力センサ２５（排気圧力検出手段）の検出結果に基づいてガスエンジン２の空燃比を調整することができるため、より的確に当該空燃比の調整を行うことができる。

次に、制御装置３におけるガスエンジン２の空燃比制御の第２構成例について説明する。

ガスエンジン２の空燃比制御の第２構成例においては、制御装置３は、排気温度センサ２４及びエンジン回転数センサ２６から入力される検出信号と、目標排気温度マップ３１と及び第２失火マップ３７とに基づいて、ガスエンジン２の空燃比を調整する。具体的には、以下のような制御を行う。

なお、ガスエンジン２の空燃比制御の第２構成例に係るステップＳ１からステップＳ７までは、ガスエンジン２の空燃比制御の第１実施例に係るステップＳ１からステップＳ７までと同様のため、説明を省略する。

図６に示すように、ステップＳ８において、制御装置３は、目標排気温度Ｔ０と排気温度の実測値Ｔとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｔ１より小さいか否かを判断する（Ｓ８）。

ステップＳ８において、制御装置３は、目標排気温度Ｔ０と排気温度の実測値Ｔとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｔ１より小さいと判断すると（Ｓ８−Ｙｅｓ）、ステップＳ１３において、エンジン回転数センサ２６からの検出信号を読み込む（Ｓ１３）。

ステップＳ１４において、制御装置３は、エンジン回転数センサ２６からの検出信号をＡ／Ｄ変換して、その回転パルスをフーリエ変換し、ガスエンジン２の気筒数に対応した回転変動の基本周波数成分に対する０．５次の周波数成分の割合を検出する（Ｓ１４）。

ステップＳ１５において、制御装置３は、当該０．５次の周波数成分の割合から、エンジン本体６の燃焼室内での失火の有無を判断する（Ｓ１５）。ガスエンジン２は、各気筒の燃焼工程ごとに加速されて気筒数に対応した基本周波数で回転変動を生じるが、仮にある気筒が失火するとその時の加速がなくなってその時点での回転変動は基本周期の２倍の周期のものとなり、周波数成分としては０．５次の成分が発生する。従って、この発生した０．５次の周波数成分の割合を検出することで、エンジン本体６の燃焼室内での失火の有無を検出することができる。

ステップＳ１５において、制御装置３は、エンジン本体６の燃焼室内での失火が無いと判断すると（Ｓ１５−Ｎｏ）、ガスエンジン２の空燃比が、現時点のガスエンジン２のエンジン負荷に対して、最適な空燃比であると判断して、引き続き、エンジン回転数センサ２６からの検出信号を読み込む（Ｓ１）。

また、ステップＳ１５において、制御装置３は、エンジン本体６の燃焼室内での失火が有ると判断すると（Ｓ１５−Ｙｅｓ）、ステップＳ１６において、失火検出時におけるガスエンジンのエンジン回転数に対応するガスエンジン２の目標空燃比を第２失火マップ３７より取得する（Ｓ１６）。

ステップＳ９において、制御装置３は、ガスエンジン２の空燃比がステップＳ１６で取得した目標空燃比となるように、空燃比を変更する制御を行う（Ｓ９）。そして、制御装置３は、ステップＳ８において、目標排気温度Ｔ０と排気温度の実測値Ｔとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｔ１より小さいと判断し（Ｓ８−Ｙｅｓ）、且つステップＳ１５において、エンジン本体６の燃焼室内での失火が無いと判断する（Ｓ１５−Ｎｏ）まで、ステップＳ６からステップＳ９、及びステップＳ１３からステップＳ１６のステップを繰り返す。

さらに、ステップＳ８において、制御装置３は、目標排気温度Ｔ０と排気温度の実測値Ｔとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｔ１より小さくないと判断すると（Ｓ８−Ｎｏ）、ステップＳ１３からステップＳ１６までのステップを行うことなく、ステップＳ９において、ガスエンジン２の空燃比がステップＳ５で取得した目標空燃比となるように、空燃比を変更する制御を行う（Ｓ９）。

このように、第２構成例に係るガスエンジン２の空燃比制御においては、ガスエンジン２から排気される排気ガスの排気温度の実測値Ｔと、ガスエンジン２の燃焼室内での失火と、を検出することにより、ガスエンジン２の空燃比を、ガスエンジン２のエンジン負荷に対して最適な空燃比に調整する。

以上のように、ガスエンジンシステム１は、ガスエンジン２の回転数を検出するエンジン回転数センサ２６（回転数検出手段）と、エンジン回転数センサ２６（回転数検出手段）の検出結果に基づいてガスエンジン２の燃焼室内での失火を検出する失火検出手段（エンジン回転数センサ２６、制御装置３）と、を備え、制御装置３は、失火検出時のエンジン回転数と空燃比との関係が定められた第２失火マップ３７を備え、失火検出手段（エンジン回転数センサ２６、制御装置３）により失火が検出されると、第２失火マップ３７より取得した空燃比となるように、燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）とスロットル１６（混合ガス調整手段）と、を制御するものである。例えば、燃料制御弁１４のアクチュエータとなるソレノイド１４ａを作動させてバイオガスを増加させる。

このようにガスエンジンシステム１を構成することで、目標排気温度マップ３１とともに、エンジン回転数センサ２６（回転数検出手段）の検出結果に基づいてガスエンジン２の空燃比を調整することができるため、より的確に当該空燃比の調整を行うことができる。

次に、制御装置３におけるガスエンジン２の空燃比制御の第３構成例について説明する。

ガスエンジン２の空燃比制御の第３構成例においては、制御装置３は、第１ポジションセンサ１７、エンジン回転数センサ２６、流量センサ４２、第１温度センサ４３、第２温度センサ４４、及び圧力センサ４５から入力される検出信号と、燃料消費量マップ３２及び目標開度マップ３３と、に基づいて、ガスエンジン２の空燃比を調整する。具体的には、以下のような制御を行う。

図７に示すように、ステップＳ２０において、制御装置３は、その時点での各種信号を読み込む（Ｓ２０）。具体的には、第１ポジションセンサ１７からの検出信号と、エンジン回転数センサ２６からの検出信号と、流量センサ４２からの検出信号と、第１温度センサ４３からの検出信号と、第２温度センサ４４からの検出信号と、圧力センサ４５からの検出信号と、を読み込む。

ステップＳ２１において、制御装置３は、流量センサ４２からの検出信号と、第１温度センサ４３からの検出信号と、第２温度センサ４４からの検出信号と、圧力センサ４５からの検出信号に基づいて、バイオガスの標準状態での燃料流量を演算する（Ｓ２１）。

ステップＳ２２において、制御装置３は、ステップＳ２１において演算した燃料流量に基づいて、バイオガスの燃料消費量（単位時間あたりのバイオガスの燃料流量）を演算する（Ｓ２２）。

ステップＳ２３において、制御装置３は、ステップＳ２０で読み込んだエンジン回転数センサ２６からの検出信号に基づいてガスエンジン２のエンジン負荷を演算する（Ｓ２３）。即ち、エンジン回転数センサ２６及び制御装置３によって、ガスエンジン２のエンジン負荷を検出する。

ステップＳ２４において、制御装置３は、燃料消費量マップ３２を取得する（Ｓ２４）。

ステップＳ２５において、制御装置３は、ステップＳ２２において演算したバイオガスの燃料消費量と、ステップＳ２３で検出したガスエンジン２のエンジン負荷と、ステップＳ２４で取得した燃料消費量マップ３２と、に基づいて、バイオガスの燃料種を判定する（Ｓ２５）。

ステップＳ２６において、制御装置３は、ステップＳ２５で判定したバイオガスの燃料種に対応する目標開度マップ３３を取得する（Ｓ２６）。

ステップＳ２７において、制御装置３は、ステップＳ２６で取得した目標開度マップ３３に基づいて、ステップＳ２３で検出したガスエンジン２のエンジン負荷に対応するガスエンジン２の目標空燃比を取得する（Ｓ２７）。

ステップＳ２８において、制御装置３は、ステップＳ２６で取得した目標開度マップ３３に基づいて、ステップＳ２７で取得したガスエンジン２の目標空燃比に対応する燃料制御弁１４の目標開度Ｓ０を取得する（Ｓ２８）。

ステップＳ２９において、制御装置３は、第１ポジションセンサ１７から検出信号を読み込む（Ｓ２９）。即ち、第１ポジションセンサ１７及び制御装置３によって、燃料制御弁１４の開度の実測値Ｓが検出される。そして、制御装置３は、燃料制御弁１４の開度の実測値Ｓについて、所定サイクル分（例えば１００サイクル分）の移動平均化を行う。

ステップＳ３０において、制御装置３は、ステップＳ２８において取得した目標開度Ｓ０と、ステップＳ２９において検出された燃料制御弁１４の開度の実測値Ｓと、の差分検出を行う（Ｓ３０）。

ステップＳ３１において、制御装置３は、目標開度Ｓ０と燃料制御弁１４の開度の実測値Ｓとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｓ１より小さいか否かを判断する（Ｓ３１）。

ステップＳ３１において、制御装置３は、目標開度Ｓ０と燃料制御弁１４の開度の実測値Ｓとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｓ１より小さいと判断すると（Ｓ３１−Ｙｅｓ）、ガスエンジン２の空燃比が、現時点のガスエンジン２のエンジン負荷に対して、最適な空燃比であると判断して、引き続き、各種検出信号を読み込む（Ｓ２０）。

また、ステップＳ３１において、制御装置３は、目標開度Ｓ０と燃料制御弁１４の開度の実測値Ｓとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｓ１より小さくないと判断すると（Ｓ３１−Ｎｏ）、ガスエンジン２の空燃比が、現時点のガスエンジン２のエンジン負荷に対して、最適な空燃比ではないと判断する。そして、ステップＳ３２において、制御装置３は、燃料制御弁１４の開度がステップＳ２８で取得した目標開度Ｓ０となるように、ガスエンジン２の空燃比を変更する制御を行う。さらに、制御装置３は、ステップＳ３１において、目標開度Ｓ０と燃料制御弁１４の開度の実測値Ｓとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｓ１より小さいと判断する（Ｓ３１−Ｙｅｓ）まで、ステップＳ２９からステップＳ３２までのステップを繰り返す。

このように、第３構成例に係るガスエンジン２の空燃比制御においては、ガスエンジン２の空燃比を直接検出することなく、燃料制御弁１４の開度の実測値Ｓを検出することにより、ガスエンジン２の空燃比を、ガスエンジン２のエンジン負荷に対して最適な空燃比に調整する。

以上のように、ガスエンジンシステム１は、メタンガスを主成分とするバイオガスからなる燃料ガスを燃焼させることにより駆動するガスエンジン２を備えるガスエンジンシステム１において、燃料ガスの燃料消費量を検出する燃料消費量検出手段（流量センサ４２、第１温度センサ４３、第２温度センサ４４、圧力センサ４５）と、ガスエンジン２のエンジン負荷を検出するエンジン回転数センサ２６（エンジン負荷検出手段）と、燃料ガスの供給量を調整する燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）と、燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）の開度を検出する第１ポジションセンサ１７（開度検出手段）と、空気と燃料ガスを混合した後の混合ガスの量を調整するスロットル１６（混合ガス調整手段）と、燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）とスロットル１６（混合ガス調整手段）とを制御してガスエンジン２の回転数を所定の回転数に制御する制御装置３と、を備え、制御装置３は、燃料消費量検出手段が検出する燃料消費量と、エンジン回転数センサ２６（エンジン負荷検出手段）が検出するエンジン負荷と、の関係から燃料ガスの燃料種を取得するための燃料消費量マップ３２と、ガスエンジン２の空燃比と、燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）の目標開度との関係を、燃料ガスの燃料種毎に定めた目標開度マップ３３と、を具備し、燃料消費量マップ３２により取得される燃料ガスの燃料種に対応する目標開度マップ３３を取得し、第１ポジションセンサ１７（開度検出手段）により検出される開度が、取得した目標開度マップ３３により取得される目標開度となるように、燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）とスロットル１６（混合ガス調整手段）とを制御するものである。

このようにガスエンジンシステム１を構成することで、バイオガス中のメタンガスの濃度が変動することよりメタンガスの熱量が変動する場合であっても、バイオガスの供給量を調整する燃料制御弁１４の開度を検出することで、ガスエンジン２の空燃比を最適な空燃比に調整することができる。そのため、空燃比変動による機関性能変化（低下）、排ガスエミッションの悪化、燃焼不良を起因とした失火、ハンチングを抑制することができる。また、メタンガス濃度（メタンガスの熱量）を検出することなく、燃料制御弁１４の開度を検出することで、ガスエンジン２の空燃比を調整することができるため、メタンガスの濃度（メタンガスの熱量）を検出するための検出装置を設ける必要がなく、システム全体を簡略化できる。

次に、制御装置３におけるガスエンジン２の空燃比制御の第４構成例について説明する。

ガスエンジン２の空燃比制御の第４構成例においては、制御装置３は、第２ポジションセンサ１８及びエンジン回転数センサ２６から入力される検出信号と、目標スロットル開度マップ３４と、に基づいて、ガスエンジン２の空燃比を調整する。具体的には、以下のような制御を行う。

図８に示すように、ステップＳ４０において、制御装置３は、エンジン回転数センサ２６からの検出信号を読み込む（Ｓ４０）。

ステップＳ４１において、制御装置３は、ステップＳ４０で読み込んだエンジン回転数センサ２６からの検出信号に基づいて、前記同様にガスエンジン２のエンジン負荷を演算する（Ｓ４１）。即ち、エンジン回転数センサ２６及び制御装置３によって、ガスエンジン２のエンジン負荷を検出する。

ステップＳ４２において、制御装置３は、ステップＳ４１で検出したガスエンジン２のエンジン負荷に基づいて、ガスエンジン２の出力が一定であるか否かを判断する（Ｓ４２）。

ステップＳ４２において、制御装置３は、ガスエンジン２の出力が一定でないと判断すると（Ｓ４２−Ｎｏ）、引き続き、ステップＳ４０において、エンジン回転数センサ２６からの検出信号を読み込み（Ｓ４０）、ガスエンジン２のエンジン負荷を演算する（Ｓ４１）。そして、制御装置３は、ガスエンジン２の出力が一定であると判断するまで（Ｓ４２−Ｙｅｓ）、ステップＳ４０及びステップＳ４１のステップを繰り返す。

ステップＳ４２において、制御装置３は、ガスエンジン２の出力が一定であると判断すると（Ｓ４２−Ｙｅｓ）、ステップＳ４３において、ステップＳ４１で検出したガスエンジン２のエンジン負荷に対応する目標スロットル開度マップ３４を取得する（Ｓ４３）。

ステップＳ４４において、制御装置３は、ステップＳ４３で取得した目標スロットル開度マップ３４に基づいて、ステップＳ４１で検出したガスエンジン２のエンジン負荷に対応するガスエンジン２の目標空燃比を取得する（Ｓ４４）。

ステップＳ４５において、制御装置３は、ステップＳ４３で取得した目標スロットル開度マップ３４に基づいて、ステップＳ４４で取得したガスエンジン２の目標空燃比に対応するスロットル１６の目標スロットル開度Ｋ０を取得する（Ｓ４５）。

ステップＳ４６において、制御装置３は、第２ポジションセンサ１８から検出信号を読み込む（Ｓ４６）。即ち、第２ポジションセンサ１８及び制御装置３によって、スロットル１６のスロットル開度の実測値Ｋが検出される。そして、制御装置３は、スロットル１６の開度の実測値Ｋについて、所定サイクル分（例えば１００サイクル分）の移動平均化を行う。

ステップＳ４７において、制御装置３は、ステップＳ４５において取得した目標スロットル開度Ｋ０と、ステップＳ４６において検出されたスロットル開度の実測値Ｋと、の差分検出を行う（Ｓ４７）。

ステップＳ４８において、制御装置３は、目標スロットル開度Ｋ０とスロットル開度の実測値Ｋとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｋ１より小さいか否かを判断する（Ｓ４８）。

ステップＳ４８において、制御装置３は、目標スロットル開度Ｋ０とスロットル開度の実測値Ｋとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｋ１より小さいと判断すると（Ｓ４８−Ｙｅｓ）、ガスエンジン２の空燃比が、現時点のガスエンジン２のエンジン負荷に対して、最適な空燃比であると判断して、引き続き、エンジン回転数センサ２６からの検出信号を読み込む（Ｓ４０）。

また、ステップＳ４８において、制御装置３は、目標スロットル開度Ｋ０とスロットル開度の実測値Ｋとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｋ１より小さくないと判断すると（Ｓ４８−Ｎｏ）、ガスエンジン２の空燃比が、現時点のガスエンジン２のエンジン負荷に対して、最適な空燃比ではないと判断する。そして、ステップＳ４９において、制御装置３は、スロットル１６のスロットル開度がステップＳ４５で取得した目標スロットル開度Ｋ０となるように、ガスエンジン２の空燃比を変更する制御を行う。さらに、制御装置３は、ステップＳ４８において、目標スロットル開度Ｋ０とスロットル開度の実測値Ｋとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｋ１より小さいと判断する（Ｓ４８−Ｙｅｓ）まで、ステップＳ４６からステップＳ４９までのステップを繰り返す。

このように、第４構成例に係るガスエンジン２の空燃比制御においては、ガスエンジン２の空燃比を直接検出することなく、スロットル１６のスロットル開度の実測値Ｋを検出することにより、ガスエンジン２の空燃比を、ガスエンジン２のエンジン負荷に対して最適な空燃比に調整する。

以上のように、ガスエンジンシステム１は、メタンガスを主成分とするバイオガスからなる燃料ガスを燃焼させることにより駆動するガスエンジン２を備えるガスエンジンシステム１において、ガスエンジン２のエンジン負荷を検出するエンジン回転数センサ２６（エンジン負荷検出手段）と、燃料ガスの供給量を調整する燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）と、空気と燃料ガスを混合した後の混合ガスの量を調整するスロットル１６（混合ガス調整手段）と、スロットル１６（混合ガス調整手段）のスロットル開度を検出する第２ポジションセンサ１８（スロットル開度検出手段）と、燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）とスロットル１６（混合ガス調整手段）とを制御してガスエンジン２の回転数を所定の回転数に制御する制御装置３と、を備え、制御装置３は、ガスエンジン２の空燃比と、スロットル１６（混合ガス調整手段）の開度と、の関係を、所定回転数におけるエンジン負荷毎に定められた目標スロットル開度マップ３４を具備し、エンジン回転数センサ２６（エンジン負荷検出手段）により検出されるエンジン負荷に対応する目標スロットル開度マップ３４を取得し、第２ポジションセンサ１８（スロットル開度検出手段）により検出されるスロットル開度が、取得した目標スロットル開度マップ３４により取得される目標スロットル開度となるように、燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）とスロットル１６（混合ガス調整手段）とを制御するものである。

このようにガスエンジンシステム１を構成することで、バイオガス中のメタンガスの濃度が変動することよりメタンガスの熱量が変動する場合であっても、バイオガスと空気との混合ガスの供給量を制御するスロットル１６のスロットル開度を検出することで、ガスエンジン２の空燃比を最適な空燃比に調整することができる。そのため、空燃比変動による機関性能変化（低下）、排ガスエミッションの悪化、燃焼不良を起因とした失火、ハンチングを抑制することができる。また、メタンガス濃度（メタンガスの熱量）を検出することなく、スロットル１６のスロットル開度を検出することで、ガスエンジンの空燃比を調整することができるため、メタンガスの濃度（メタンガスの熱量）を検出するための検出装置を設ける必要がなく、システム全体を簡略化できる。

次に、制御装置３におけるガスエンジン２の空燃比制御の第５構成例について説明する。

ガスエンジン２の空燃比制御の第５構成例においては、制御装置３は、エンジン回転数センサ２６及び吸気圧力センサ２７から入力される検出信号と、目標吸気負圧マップ３５とに基づいて、ガスエンジン２の空燃比を調整する。具体的には、以下のような制御を行う。

図９に示すように、ステップＳ５０において、制御装置３は、エンジン回転数センサ２６からの検出信号を読み込む（Ｓ５０）。

ステップＳ５１において、制御装置３は、ステップＳ５０で読み込んだエンジン回転数センサ２６からの検出信号に基づいてガスエンジン２のエンジン負荷を演算する（Ｓ５１）。即ち、エンジン回転数センサ２６及び制御装置３によって、ガスエンジン２のエンジン負荷を検出する。

ステップＳ５２において、制御装置３は、ステップＳ５１で検出したガスエンジン２のエンジン負荷に基づいて、ガスエンジン２の出力が一定であるか否かを判断する（Ｓ５２）。

ステップＳ５２において、制御装置３は、ガスエンジン２の出力が一定でないと判断すると（Ｓ５２−Ｎｏ）、引き続き、ステップＳ５０において、エンジン回転数センサ２６からの検出信号を読み込み（Ｓ５０）、ガスエンジン２のエンジン負荷を演算する（Ｓ５１）。そして、制御装置３は、ガスエンジン２の出力が一定であると判断するまで（Ｓ５２−Ｙｅｓ）、ステップＳ５０及びステップＳ５１のステップを繰り返す。

ステップＳ５２において、制御装置３は、ガスエンジン２の出力が一定であると判断すると（Ｓ５２−Ｙｅｓ）、ステップＳ５３において、ステップＳ５１で検出したガスエンジン２のエンジン負荷に対応する目標吸気負圧マップ３５を取得する（Ｓ５３）。

ステップＳ５４において、制御装置３は、ステップＳ５３で取得した目標吸気負圧マップ３５に基づいて、ステップＳ５１で検出したガスエンジン２のエンジン負荷に対応するガスエンジン２の目標空燃比を取得する（Ｓ５４）。

ステップＳ５５において、制御装置３は、ステップＳ５３で取得した目標吸気負圧マップ３５に基づいて、ステップＳ５４で取得したガスエンジン２の目標空燃比に対応する吸気マニホールド２１内の目標吸気負圧Ｆ０を取得する（Ｓ５５）。

ステップＳ５６において、制御装置３は、吸気圧力センサ２７から検出信号を読み込む（Ｓ５６）。即ち、吸気圧力センサ２７及び制御装置３によって、吸気マニホールド２１内の吸気負圧の実測値Ｆが検出される。そして、制御装置３は、吸気マニホールド２１内の吸気負圧の実測値Ｆについて、所定サイクル分（例えば１００サイクル分）の移動平均化を行う。

ステップＳ５７において、制御装置３は、ステップＳ５５において取得した目標吸気負圧Ｆ０と、ステップＳ５６において検出された吸気負圧の実測値Ｆと、の差分検出を行う（Ｓ５７）。

ステップＳ５８において、制御装置３は、目標吸気負圧Ｆ０と吸気負圧の実測値Ｆとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｆ１より小さいか否かを判断する（Ｓ５８）。

ステップＳ５８において、制御装置３は、目標吸気負圧Ｆ０と吸気負圧の実測値Ｆとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｆ１より小さいと判断すると（Ｓ５８−Ｙｅｓ）、ガスエンジン２の空燃比が、現時点のガスエンジン２のエンジン負荷に対して、最適な空燃比であると判断して、引き続き、エンジン回転数センサ２６からの検出信号を読み込む（Ｓ５０）。

また、ステップＳ５８において、制御装置３は、目標吸気負圧Ｆ０と吸気負圧の実測値Ｆとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｆ１より小さくないと判断すると（Ｓ５８−Ｎｏ）、ガスエンジン２の空燃比が、現時点のガスエンジン２のエンジン負荷に対して、最適な空燃比ではないと判断する。そして、ステップＳ５９において、制御装置３は、吸気マニホールド２１内の吸気負圧がステップＳ５５で取得した目標吸気負圧Ｆ０となるように、ガスエンジン２の空燃比を変更する制御を行う。さらに、制御装置３は、ステップＳ５８において、目標吸気負圧Ｆ０と吸気負圧の実測値Ｆとの差の絶対値が予め設定された所定値Ｆ１より小さいと判断する（Ｓ５８−Ｙｅｓ）まで、ステップＳ５６からステップＳ５９までのステップを繰り返す。

このように、第５構成例に係るガスエンジン２の空燃比制御においては、ガスエンジン２の空燃比を直接検出することなく、吸気マニホールド２１内の吸気負圧の実測値Ｆを検出することにより、ガスエンジン２の空燃比を、ガスエンジン２のエンジン負荷に対して最適な空燃比に調整する。

以上のように、ガスエンジンシステム１は、メタンガスを主成分とするバイオガスからなる燃料ガスを燃焼させることにより駆動するガスエンジン２を備えるガスエンジンシステム１において、ガスエンジン２の吸気負圧を検出する吸気圧力センサ２７（吸気負圧検出手段）と、ガスエンジン２のエンジン負荷を検出するエンジン回転数センサ２６（エンジン負荷検出手段）と、燃料ガスの供給量を調整する燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）と、空気と燃料ガスを混合した後の混合ガスの量を調整するスロットル１６（混合ガス調整手段）と、燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）とスロットル１６（混合ガス調整手段）とを制御してガスエンジン２の回転数を所定の回転数に制御する制御装置３と、を備え、制御装置３は、ガスエンジン２の空燃比とガスエンジン２の吸気負圧との関係を、所定回転数におけるエンジン負荷毎に定められた目標吸気負圧マップ３５を具備し、エンジン回転数センサ２６（エンジン負荷検出手段）により検出されるエンジン負荷に対応する目標吸気負圧マップ３５を取得し、吸気圧力センサ２７（吸気負圧検出手段）により検出される吸気負圧が、取得した目標吸気負圧マップ３５により取得される目標吸気負圧となるように、燃料制御弁１４（燃料ガス調整手段）とスロットル１６（混合ガス調整手段）とを制御するものである。

このようにガスエンジンシステム１を構成することで、バイオガス中のメタンガスの濃度が変動することよりメタンガスの熱量が変動する場合であっても、ガスエンジン２の吸気負圧を検出することで、ガスエンジン２の空燃比を最適な空燃比に調整することができる。そのため、空燃比変動による機関性能変化（低下）、排ガスエミッションの悪化、燃焼不良を起因とした失火、ハンチングを抑制することができる。また、メタンガス濃度（メタンガスの熱量）を検出することなく、ガスエンジン２の吸気負圧を検出することで、ガスエンジン２の空燃比を調整することができるため、メタンガスの濃度（メタンガスの熱量）を検出するための検出装置を設ける必要がなく、システム全体を簡略化できる。

１ガスエンジンシステム
２ガスエンジン
３制御装置
１４燃料制御弁（燃料ガス調整手段）
１６スロットル（混合ガス調整手段）
１７第１ポジションセンサ（開度検出手段）
１８第２ポジションセンサ（スロットル開度検出手段）
２４排気温度センサ（排気温度検出手段）
２５排気圧力センサ（排気圧力、失火検出手段）
２６エンジン回転数センサ（エンジン負荷、回転数、失火検出手段）
２７吸気圧力センサ（吸気負圧検出手段）
３１目標排気温度マップ
３２燃料消費量マップ
３３目標開度マップ
３４目標スロットル開度マップ
３５目標吸気負圧マップ
３６第１失火マップ（失火マップ）
３７第２失火マップ（失火マップ）
４２流量センサ（燃料消費量検出手段）
４３第１温度センサ（燃料消費量検出手段）
４４第２温度センサ（燃料消費量検出手段）
４５圧力センサ（燃料消費量検出手段）

Claims

メタンガスを主成分とするバイオガスからなる燃料ガスを燃焼させることにより駆動するガスエンジンを備えるガスエンジンシステムにおいて、
前記ガスエンジンから排気される排気ガスの排気温度を検出する排気温度検出手段と、前記ガスエンジンのエンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段としてのエンジン回転数センサと、前記燃料ガスの供給量を調整する燃料ガス調整手段としての燃料制御弁と、空気と前記燃料ガスを混合した後の混合ガスの量を調整する混合ガス調整手段としてのスロットルと、前記燃料制御弁と、前記スロットルとを制御して前記ガスエンジンの回転数を所定の回転数に制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、所定回転数におけるエンジン負荷毎に、排気温度と空燃比との関係が定められた排気温度マップを備え、
該制御装置は、エンジン回転数センサからの検出信号を読み込み、読み込んだエンジン回転数センサからの検出信号及び目標回転数によって、エンジン負荷を演算し、
該検出したエンジン負荷に対応する目標排気温度マップを取得し、
前記取得した目標排気温度マップに基づいて、取得した排気ガスの目標排気温度に対応する目標空燃比を取得し、
前記排気温度センサによって、ガスエンジンから排気される排気ガスの排気温度の実測値を検出し、
前記目標排気温度と、排気温度の実測値との差分検出を行い、
該目標排気温度と排気温度の実測値との差の絶対値が予め設定された所定値より小さいか否かを判断し、
該目標排気温度と排気温度の実測値との差の絶対値が予め設定された所定値より小さいと判断すると、ガスエンジンの空燃比が、現時点のエンジン負荷に対して、最適な空燃比であると判断し、
前記目標排気温度と排気温度の実測値との差の絶対値が予め設定された所定値より小さくないと判断すると、空燃比が現時点のエンジン負荷に対して、最適な空燃比ではないと判断し、
最適な空燃比ではないと判断すると、制御装置は、空燃比を前記目標空燃比となるように変更する制御を行い、
該空燃比を変更する制御は、前記燃料制御弁の開度と、前記スロットルの開度とを変更して制御し、
制御装置は、目標排気温度と排気温度の実測値との差の絶対値が予め設定された所定値より小さいと判断するまで、前記制御を繰り返す
ことを特徴とするガスエンジンシステム。