JP5980151B2 - ガスエンジンの排ガス制御装置 - Google Patents
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Description
このような、一時的にNOx抑制が必要な場合に対応するために、高いレベルの対策設備、若しくは対策制御を常に設置若しくは作動させておくと、エンジンの燃料消費率の悪化や設備費の増大を招く。
そのため、一時的にNOx抑制運転を実行することによって、常にNOx抑制運転を行う場合に比べて燃費悪化や設備費の増大を抑えことができ経済的である。
高温低湿度の条件としては、例えば、気温が30℃以上であって、相対湿度が40%以下の場合である。
従って、過給機付きのガスエンジンおいて、一時的に、低NOx運転モードに切り換えてNOx低減運転を行うことで、効率よくNOx低減効果を得ることができる。
従って、ガスエンジンがパイロット噴射式の燃焼室構造からなる場合においては、一時的に、低NOx運転モードに切り替えてNOx低減運転を行うことで、効率よくNOx低減効果を得ることができる。
図1は、本発明の第1実施例に係るガスエンジンシステムの全体構成図を示し、図2は燃焼室周りの部分断面図である。本実施例では、一例として発電機を駆動するための過給機付きガスエンジンで、且つ点火用副室を有する構成につき説明する。
本実施形態のガスエンジンに限定されるものではなく、後述する第2実施形態の燃焼方式によるガスエンジンにも適用可能である。また、駆動対象は図示されるように発電機1が好ましいが、発電機以外の場合にも適用可能である。
各シリンダヘッド6の給気入口には、給気枝管12がそれぞれ接続され、各給気枝管12はコンプレッサ10bの給気出口と給気管14によって接続されている。給気管14には、該給気管14を流れる給気を冷却する給気冷却器16が設けられている。
また、各シリンダヘッド6には、副燃焼室38を有する着火装置40に燃料ガスを、逆止弁42を介して供給する副室用燃料ガス供給管44がそれぞれ接続されている。
そして、吸気ポート60を経て吸気弁62に達し、吸気弁62の開弁によって主燃焼室58に供給される。
該副室口金66はノズルホルダー67の先端部に取り付けられ、ノズルホルダー67の内部には副室用燃料ガス通路70、および該副室用燃料ガス通路70から副燃焼室38内に供給される燃料ガスに点火する点火プラグ72が収納されている。副室用燃料ガス通路70には、副室用燃料ガス供給管44が接続され、逆止弁42を介して副燃焼室38内へ燃料ガスの供給が行われる。逆止弁42の上流側から加圧燃料ガスが点火プラグ72の点火時期と合わせて供給されるようになっている。
エンジン制御装置74は、図3に示すように主に前記点火プラグ72の点火時期を制御して副燃焼室38内に供給される燃料ガスを着火して、主燃焼室58内の混合ガスの着火時期を制御する着火時期制御手段76と、主燃焼室58内の空気過剰率を制御する空気過剰率制御手段78と、基本運転モード80と低NOx運転モード82との運転モードの切換えを行う運転モード切換え手段84と、環境条件や地理的条件やエンジン運転経過条件の少なくともいずれかの条件によって、NOx排出量を一時的に抑制する必要が生じたか否かを判定するNOx低減要求判定手段86と、さらに、エンジン出力、つまり発電機1の出力電力を制御する出力制御手段88と、を有している。
エンジン2は、排ガス規制値をクリアするために基本となる排ガス対策は施されて、その上で最適燃費での運転条件(第1目標点火時期、第1目標空気過剰率)が設定されている。
しかし、環境変化、稼働期間、その他特別なNOx排ガス規制への対応のために、さらに燃費を犠牲にしてNOx対策を施した条件で運転を行うと、かえって燃費を悪化させ、経済的でない問題を有する。
このNOx低減要求判定手段86によって判定される条件は次の場合である。
この光化学スモッグ注意報は、都市部の夏場においてよく発生される。また、一般的に発電設備では夏場発電量が必要になる。従って、夏場において光化学スモッグ発生時においては、発電機の発電量を一定に維持しつつ、NOx排出量を抑えての運転が一時的に必要となる。この場合には、燃費の悪化を伴ってもNOx低減用の低NOx運転モード82とする。
特に、都市部近郊に設置された発電用のガスエンジンにおいて、夏場の電力量増大運転と、NOx低減運転との関係を、燃費低減を考慮して適切運転する手段として効果的である。
このため、光化学スモッグ注意報が発令した場合には、光化学スモッグの発生原因である、NOx排出量を低減するために、一時的に、低NOx運転モードに切り替えてNOx低減運転を行うことで、効率よくNOx低減効果が得られる。
外気温度が所定値以上であり、且つ湿度が所定値以下の高温低湿度状態であるときには、給気温度が高くなり主燃焼室58内の燃焼温度も高温化する傾向があり、NOxが発生しやすい状況であるため、一時的に、低NOx運転モードに切り替えてNOx低減運転を行うことで、効率よくNOx低減効果が得られる。
なお、高温低湿度の条件としては、例えば、気温が30℃以上であって、相対湿度が40%以下の場合が考えられる。
そのように時期においては一時的に、低NOx運転モードに切り替えてNOx低減運転を行うことで、効率よくNOx低減効果を得ることができる。また、定期的なメンテナンス時期とは関連なく、初期の運転開始からの所定期間に達したときには排ガス状態が悪化する傾向にあるため、そのように時期において、一時的に、低NOx運転モードに切り替えてNOx低減運転を行うことは、NOx低減効果において効果的である。
なお、接近した時と、入った時とで、NOx低減レベルに差を付けて、一定距離内に近づいた時点で一段階NOx低減を実行し、その地域内に入った段階で更にNOx低減を実行するように、段階的に実行してもよい。
このようにすることで、NOx規制値が異なる地域に移動する移動体への適用が容易になる。
また、2つ目の条件の外気条件の高温低湿度状態のときと、3つ目の条件のメンテナンス時期の直前時期との組み合わせ、また3つ目の条件のメンテナンス時期の直前時期と、4つ目の条件のNOx排出量規制地域に近づいたとき、もしくは入ったときの場合が特に有効である。
まず、運転を開始すると、ステップS1で、NOx低減条件が成立か否かが判定される。この判定は、NOx低減要求判定手段86によって、NOx総量規制発令信号(光化学スモッグ発令信号)91が発せられているか否か、または、外気条件信号(温度センサ50、および湿度センサ52からの検出信号によって所定の高温低湿度状態にあることの信号)93を基に判定される。
また、経年変化信号(メンテナンス時期信号の情報からメンテナンス時期の所定期間前にあることの信号、または運転初期からの経過時間が所定の時期に達していることの信号)94を基に判定される。
また、NOx排出量規制地域信号(位置情報信号)96を基に、NOx排出量規制地域に近付いているか、範囲内に入ったかを判定することで行われる。
そして、ステップS9で、図5に示すフローの逆を実施して低NOx運転モード停止を完了して、基本運転モード80に戻す。
低NOx運転モード82へ移行する場合には、例えば、点火タイミングは2deg/5分の割合で遅角させ、空気量は1%/5分の割合で増加させる。エンジン出力は、ほぼ一定に維持されるように制御される。また、基本運転モード80へ戻る場合も、低NOx運転モード82へ移行する場合と同様に、OFFの時点から、同一の割合で空気量と点火タイミングを戻すことで切り換えられる。
図5、7、8を参照して第2実施形態について説明する。
第2実施形態は第1実施形態と燃焼方式が異なるだけであり、第1実施形態の点火プラグ式の副燃焼室構造に代えてマイクロパイロット式の副燃焼室構造となっている。その他の構成は第1実施形態と同様であり、同一構成については同一符号を付して説明を省略する。
そして、吸気行程時に吸気弁62を介して主燃焼室58に導入された予混合の混合ガスが、圧縮行程時に主燃焼室58から副室口金66の先端部分に形成された噴孔68を通って、副燃焼室38内に導入され、その混合ガス中に燃料噴射弁104から液体燃料がパイロット噴射されて燃焼し、この燃焼により発生した着火火炎が、噴孔68を通って該主燃焼室58に還流噴出させて主燃焼室58の予混合の混合ガスを燃焼させる。
なお、第2実施形態において、図5におけるステップS21、S22の点火プラグの点火タイミングの遅角は、パイロット噴射の噴射タイミングの遅角と読み替える。
また、第2実施形態においては、副燃焼室構造を備えた燃焼室構造について説明したが、パイロット燃料(液体燃料)を主燃焼室に直接噴射する直噴式構造としてもよい。
2 エンジン(ガスエンジン)
4 シリンダブロック
6 シリンダヘッド
8 フライホイール
10 過給機
10a 排気タービン
10b コンプレッサ
26 排気バイパス弁
38 副燃焼室
46 回転数センサ
48 負荷センサ
50 温度センサ
52 湿度センサ
58 主燃焼室(燃焼室)
74、110 エンジン制御装置(排ガス制御装置)
76 着火時期制御手段
78 空気過剰率制御手段
80 基本運転モード
82 低NOx運転モード
84 運転モード切換え手段
86 NOx低減要求判定手段
88 出力制御手段
90 点火タイミング遅角手段
91 NOx総量規制発令信号
92 空気量増大手段
93 外気条件信号
94 経年変化信号
96 NOx排出量規制地域信号
112 パイロット噴射量減少手段
Claims (6)
- 燃料ガスと空気とを混合し、混合した混合ガスを燃焼室に供給するガスエンジンの排ガス制御装置において、
燃焼室内に供給される混合ガスの着火時期を制御する着火時期制御手段と、
燃焼室内の空気過剰率を制御する空気過剰率制御手段と、
エンジン回転数とエンジン負荷に基づいて燃料消費率が最もよくなる着火時期および空気過剰率として設定された第1目標着火時期および第1目標空気過剰率を目標値として前記着火時期制御手段および空気過剰率制御手段を制御する基本運転モードと、
NOx排出量規制地域の地理的条件、及びエンジン運転経過条件の少なくともいずれか一つの条件によって、NOx排出量を一時的に抑制するか否かを判定するNOx低減要求判定手段と、
前記第1目標着火時期を遅延させた第2目標着火時期および前記第1目標空気過剰率を増大させた第2目標空気過剰率を目標値として前記着火時期制御手段および空気過剰率制御手段を制御する低NOx運転モードと、
前記NOx低減要求判定手段によって低減要求があった場合に、前記低NOx運転モードに切り替えて、前記NOx低減要求が解除されるまで該低NOx運転モードを継続し、前記NOx低減要求が解除された場合に前記基本運転モードに切り換える運転モード切換え手段と、を備えたことを特徴とするガスエンジンの排ガス制御装置。 - 前記NOx低減要求判定手段は、前記ガスエンジンが設置されている外気温度が所定値以上であり、且つ湿度が所定値以下の高温低湿度状態であるときの条件を組み合わせることを特徴とする請求項1記載のガスエンジンの排ガス制御装置。
- 前記NOx低減要求判定手段は、前記ガスエンジンの運転経年データに基づいて、次回メンテナンス時期前の所定期間、もしくは、最初の運転開始から所定期間に達したときに、判定を要とすることを特徴とする請求項1記載のガスエンジンの排ガス制御装置。
- 前記NOx低減要求判定手段は、前記ガスエンジンを搭載した移動体が、NOx排出量規制地域に入ったときに、判定を要とすることを特徴とする請求項1記載のガスエンジンの排ガス制御装置。
- 前記ガスエンジンには過給機が備えられ、前記低NOx運転モードは、空気過剰率を増大するように、前記過給機を制御することを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のガスエンジンの排ガス制御装置。
- 前記ガスエンジンがパイロット噴射式の燃焼室構造からなり、前記低NOx運転モードにおける空気過剰率の増大を、副室内もしくは主室内に噴射するパイロット燃料を減少させることで行うことを特徴とする請求項1〜4の何れか1項に記載のガスエンジンの排ガス制御装置。
Priority Applications (6)
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