JP6351015B2

JP6351015B2 - 内燃機関の給気温度制御装置

Info

Publication number: JP6351015B2
Application number: JP2015000870A
Authority: JP
Inventors: 橋本　徹; 徹橋本; 隆典黒岩
Original assignee: Niigata Power Systems Co Ltd
Current assignee: Niigata Power Systems Co Ltd
Priority date: 2015-01-06
Filing date: 2015-01-06
Publication date: 2018-07-04
Anticipated expiration: 2035-01-06
Also published as: JP2016125431A

Description

本発明は、内燃機関の給気温度制御装置に関する。

内燃機関の出力を制御する場合、インタークーラ等の水冷式の空気冷却器によって内燃機関に供給する気体の温度を制御する技術が知られている（例えば、特許文献１、２参照）。特許文献１に記載の技術では、例えば、水冷式の空気冷却器へ供給する水量を加減する三方弁を調整して、内燃機関に供給する気体の温度をフィードバック制御することにより、気体の温度を制御している。

特許文献２に記載の技術では、空気冷却器の出口に設けられた温度センサの検出温度に基づいて流量を調節する二つの弁を同時に制御して、空気冷却器に送られる冷却水をＯＮ／ＯＦＦ制御している。

特開２００３−２６２１３１号公報特開昭６０−１４７５３３号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、フィードバック制御によって、弁が動いてから水が流れるまでに、または気体の温度が所望の温度に達するまでに遅延が発生する場合があった。この結果、応答性が悪化する場合があった。特に、ガス燃料エンジンにおいては、この応答性が悪いと負荷上げに長時間を要し問題が大きい。
また、特許文献２に記載の技術では、二つの弁を用いてＯＮ／ＯＦＦ制御しているため、負荷に応じた適切な給気温度とならい場合があった。

本発明は、このような事情を考慮してなされたものであり、負荷変動時により応答性の良い内燃機関の給気温度制御装置を提供することを目的の一つとする。

本発明の一態様は、過給機で加圧されて内燃機関に供給される空気を冷却する空気冷却器への冷却水供給路に設けられた第１の流量調整弁と、前記冷却水供給路に設けられた第１の流量調整弁の上流側、または下流側に設けられた第２の流量調整弁と、前記空気冷却器によって冷却された空気の温度に基づいて、前記第１の流量調整弁の弁開度をフィードバック制御する第１の制御部と、予め定められた前記内燃機関の負荷および前記空気冷却器に供給すべき冷却水の水量の関係を示した情報である弁開度情報と、測定された前記内燃機関の負荷とに基づいて、前記第２の流量調整弁の弁開度をオープンループ制御する第２の制御部とを備える内燃機関の給気温度制御装置である。

以上説明したように、本発明によれば、空気冷却器によって冷却された空気の温度に基づいて、第１の流量調整弁の弁開度をフィードバック制御し、予め定められた内燃機関の負荷および空気冷却器に供給すべき冷却水の水量の関係を示した情報である弁開度情報と、測定された内燃機関の負荷とに基づいて、第２の流量調整弁の弁開度をオープンループ制御することにより、負荷変動時により応答性を良くすることができる。

一実施形態における給気温度制御装置１００を含む内燃機関としてのガス燃料エンジンシステム１の一例を示す概略図である。第１の流量調整弁６０が三方調整弁である場合の一例を示す図である。第１の流量調整弁６０が四方調整弁である場合の一例を示す図である。第１の流量調整弁６０を２つの流量調整弁６０ａおよび６０ｂで構成した場合の一例を示す図である。弁開度情報の一例を示す図である。第２の制御部１２０のシフト制御の様子の一例を示す図である。一実施形態における給気温度制御装置１００の制御の結果の一例を示す図である。一実施形態における給気温度制御装置１００の制御の結果の他の例を示す図である。一実施形態における給気温度制御装置１００の制御の結果の他の例を示す図である。一実施形態における給気温度制御装置１００の制御の結果の他の例を示す図である。一実施形態における給気温度制御装置１００のシフト制御の処理の一例を示すフローチャートである。

以下、図面を参照し、本発明の内燃機関の給気温度制御装置の実施形態について説明する。以下、内燃機関の給気温度制御装置を、単に「給気温度制御装置」と称する。

図１は、一実施形態における給気温度制御装置１００を含む内燃機関として、その代表例であるガス燃料エンジンシステム１の一例を示す概略図である。図中に示す破線の矢印は、有線または無線等の通信線を示している。

内燃機関の一例であるガス燃料エンジンシステム１は、例えば、乗用車、バス等の車両や、タンカー船、旅客船、タグボート、オフショア船等の船舶、発電機等に搭載される。ガス燃料エンジンシステム１は、圧縮された空気と燃料ガスとの混合気体を燃焼させることで、車両や船舶、発電機等を駆動させる。

ガス燃料エンジンシステム１は、負荷Ｌと、ガス燃料エンジン部１０と、過給部２０と、空気冷却部３０と、温度測定センサ４０と、負荷測定センサ５０と、第１の流量調整弁６０と、第２の流量調整弁７０と、吸排気経路ＡＰと、給排水経路ＷＰ（ＷＰ１〜ＷＰ６）と、給気温度制御装置１００とを備える。なお、本実施形態におけるガス燃料エンジンシステム１は、例えば、液体燃料とガス燃料とのハイブリット機能を有するデュアルフューエルエンジンに適用されてもよいし、ガス燃料のみによって駆動するガス専用エンジンに適用されてもよい。

負荷Ｌとは、エンジンの回転を妨げる負荷である。負荷Ｌは、例えば、ガス燃料エンジンシステム１が車両に搭載される場合、クラッチ、ギア、スロットバルブ等を駆動させる際の機械的負荷を含む。また、負荷Ｌは、例えば、ガス燃料エンジンシステム１が船舶に搭載される場合、プロペラ等を駆動させる際の機械的負荷を含む。また、負荷Ｌは、例えば、ガス燃料エンジンシステム１が発電機に搭載される場合、発電機等を駆動させる際の電気的および機械的負荷を含む。

ガス燃料エンジン部１０は、例えば、複数の燃焼室（シリンダー）１２を備える。過給部２０によって圧縮されて供給される空気は、吸排気経路ＡＰを介して空気冷却部３０に送られ、その後ガス燃料エンジン部１０に送られる。

ガス燃料エンジン部１０は、過給部２０によって圧縮されて供給された空気を、各燃焼室１２で燃焼（酸化）させて、内部のピストンを往復運動させる。ガス燃料エンジン部１０は、燃焼室（シリンダー）１２内部のピストンの往復運動を、図示しないコネクティングロッド（コンロッド）およびクランクシャフトにより回転運動に変える。これによって、ガス燃料エンジン部１０は、この回転運動に基づくエネルギーを負荷Ｌに与え、負荷Ｌを駆動させる。

過給部２０は、例えば、外部から空気を取り込み、取り込んだ空気の圧力を大気圧以上に加圧してガス燃料エンジン部１０に供給するターボチャージャー等である。また、過給部２０は、ガス燃料エンジン部１０内にて燃焼した空気を当該過給部２０の駆動源として利用した後、外部に排気する。なお、過給部２０は、「過給機」の一例である。

空気冷却部３０は、例えば、過給部２０からガス燃料エンジン部１０に空気を供給するための吸排気経路ＡＰの一部に設けられる。空気冷却部３０は、給排水経路ＷＰを介して外部から所定の圧力で供給される工業用水、海水、循環冷却水等の冷却水によって、吸排気経路ＡＰ内部を通過する空気を冷却させる。なお、空気冷却部３０は、「空気冷却器」の一例であり、給排水経路ＷＰは、「冷却水供給路」の一例である。

温度測定センサ４０は、空気冷却部３０によって冷却された空気の温度（例えば単位［℃］）を測定する。以下、温度測定センサ４０により測定された空気の温度を、「給気温度」と記載する。

負荷測定センサ５０は、例えば、軸馬力計等のねじれ検出センサである。負荷測定センサ５０は、例えば、負荷Ｌの大きさを測る指標として、クランクシャフトのねじれ量（例えば変位量［ミクロン］）を測定する。なお、負荷測定センサ５０により測定される指標は軸馬力（ねじれ量）に限られず、負荷Ｌの大きさを測ることができる指標であればどのようなものでもよい。例えば、渦電流式の電気動力計等によって負荷Ｌの大きさを測定してもよい。

第１の流量調整弁６０および第２の流量調整弁７０は、例えば、二方、三方、四方等に開口Ｐを有する調整弁である。この調整弁は、例えば、電磁式や、油圧式、空気圧式等のアクチュエータによって駆動される。

第１の流量調整弁６０は、例えば、給排水経路ＷＰを介して空気冷却部３０に供給される冷却水の水量を調整する。第１の流量調整弁６０は、例えば、給排水経路ＷＰ３から供給される冷却水を、調整弁の開度（例えば単位［％］）に応じた分量で給排水経路ＷＰ１および給排水経路ＷＰ２に分流する。以下、調整弁の開度を、単に「弁開度」と記載する。

図２は、第１の流量調整弁６０が三方調整弁である場合の一例を示す図である。図中に示す矢印は、給排水経路ＷＰ内に供給される冷却水の流れる方向を示している。第１の流量調整弁６０において、例えば、開口Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３に対して給排水経路ＷＰ１、ＷＰ２、ＷＰ３がそれぞれ接続される。第１の流量調整弁６０は、例えば、給排水経路ＷＰ１のみに冷却水を供給するために、開口Ｐ２を閉じるとともに、開口Ｐ１、Ｐ３を最大限開けるように調整弁６２が制御される。すなわち、第１の流量調整弁６０において、空気冷却部３０側への弁開度が最大となる。

また、第１の流量調整弁６０は、例えば、給排水経路ＷＰ１に冷却水を供給しないために、開口Ｐ１を閉じるとともに、開口Ｐ２、Ｐ３を開けるように調整弁６２が制御される。すなわち、第１の流量調整弁６０において、空気冷却部３０側への弁開度が最小又はゼロとなる。

図３は、第１の流量調整弁６０が四方調整弁である場合の一例を示す図である。図中に示す矢印は、給排水経路ＷＰ内に供給される冷却水の流れる方向を示している。第１の流量調整弁６０において、例えば、空気冷却部３０側への弁開度を最大とする場合、開口Ｐ１とＰ３とを導通し、開口Ｐ２とＰ４とを導通するように調整弁６２が制御される。また、第１の流量調整弁６０において、例えば、空気冷却部３０側への弁開度を最小又はゼロとする場合、開口Ｐ３とＰ４とを導通するように調整弁６２が制御される。

図４は、第１の流量調整弁６０を２つの流量調整弁６０ａおよび６０ｂで構成した場合の一例を示す図である。本実施形態において、上述した図２、３の第１の流量調整弁６０の代わりに、給排水経路ＷＰ１中に設けられた流量調整弁６０ａと、給排水経路ＷＰ２中に設けられた流量調整弁６０ｂとの双方の流量調整弁を用いてもよい。この場合、流量調整弁６０ａと流量調整弁６０ｂの最大開口面積が同じ場合、流量調整弁６０ａの開度をＸ％とした場合、流量調整弁６０ｂの開度を（１００−Ｘ）％となるように制御すればよく、また流量調整弁６０ａと流量調整弁６０ｂの最大開口面積が異なる場合、その面積比がＸ％と（１００−Ｘ）％との関係になるように制御すればよい。

第２の流量調整弁７０は、例えば、第１の流量調整弁６０の上流側に設けられ、給排水経路ＷＰを介して空気冷却部３０に供給される冷却水の水量を調整する。第２の流量調整弁７０は、例えば、給排水経路ＷＰ５から供給される冷却水を、弁開度に応じた分量で給排水経路ＷＰ３および給排水経路ＷＰ４に分流する。なお、第２の流量調整弁７０は、図２〜４に示すような第１の流量調整弁６０と同じものであると好適である。

以下、第２の流量調整弁７０において、給排水経路ＷＰ４よりも給排水経路ＷＰ３へ供給する水量が多くなるように弁開度が制御された場合を、「空気冷却部３０側への弁開度が高い」という表現で説明する。また、給排水経路ＷＰ４よりも給排水経路ＷＰ３へ供給する水量が少なくなるように弁開度が制御された場合を、「空気冷却部３０側への弁開度が低い」という表現で説明する。

また、空気冷却部３０に供給される冷却水の水量は、例えば、第１の流量調整弁６０の弁開度と第２の流量調整弁７０の弁開度とを乗算した値に、給排水経路ＷＰの上流側から供給される水量を乗算した値に基づいた量として算出可能である。このため、本実施形態では、給排水経路ＷＰの上流側から下流側に向けて、第２の流量調整弁７０、第１の流量調整弁６０の順で設けられていると説明したが、これら流量調整弁の配置の順番は逆でもよい。

給気温度制御装置１００は、例えば、第１の制御部１１０と、第２の制御部１２０と、記憶部（不図示）を備える。第１の制御部１１０および第２の制御部１２０は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のプロセッサが、記憶部に記憶されたプログラムを実行することにより機能するソフトウェア機能部である。また、これらの機能部のうち一部または全部は、ＬＳＩ（Large Scale Integration）やＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）等のハードウェア機能部であってもよい。また、記憶部は、例えば、ＲＯＭ（Read Only Memory）、フラッシュメモリ、ＨＤＤ（Hard Disk Drive）などの不揮発性の記憶媒体（非一時的な記憶媒体）を有する。記憶部は、例えば、ＲＡＭ（Random Access Memory）やレジスタなどの揮発性の記憶媒体を有していてもよい。記憶部は、ソフトウェア機能部を動作させるためのプログラムを記憶してもよい。

第１の制御部１１０は、給気温度に基づいて、第１の流量調整弁６０の弁開度をフィードバック制御する。第１の制御部１１０は、例えば、失火やノッキング等の燃焼異常の発生が抑制され、空気と燃料ガスとの混合気体の空燃比を適正な範囲内（理想空燃比と同程度の範囲内）に収めるために、負荷に応じて数段階に定めておいた目標温度（以下、「給気温度目標値Ｔｇ」と称する）を記憶部に予め記憶させており、負荷測定センサ５０からの負荷情報に基づいて、ガス燃料エンジン部１０に供給すべき給気温度目標値Ｔｇをフィードバック制御時の目標値に設定する。第１の制御部１１０は、例えば、この目標値と、温度測定センサ４０によって測定された空気の温度とに基づいて、第１の流量調整弁６０の弁開度を制御対象としてＰＩＤ制御（Proportional-Integral-Derivative Controller；PID）を行う。なお、この際、第１の制御部１１０は、例えば、ガス燃料エンジン部１０に供給すべき給気温度が目標値から大きく逸脱しないように、第１の流量調整弁６０の弁開度に対して、上限の所定値ＣＨと下限の所定値ＣＬとを設定し、これら所定値ＣＨ、ＣＬの範囲内でＰＩＤ制御を行う。

第２の制御部１２０は、記憶部に予め記憶させておいた弁開度情報と、負荷測定センサ５０により測定された負荷Ｌの大きさとに基づいて、第２の流量調整弁７０の弁開度をオープンループ制御する。弁開度情報とは、予め定められた負荷Ｌと空気冷却部３０に供給すべき冷却水の水量との関係を示した情報である。この情報は、例えば、マップや関数として予め記憶部に記憶させておく。また、空気冷却部３０に供給すべき冷却水の水量は、例えば、ガス燃料エンジン部１０において、失火やノッキング等の燃焼異常の発生が抑制されるように決定される。すなわち、この水量は、空気と燃料ガスとの混合気体の空燃比を適正な範囲内（理想空燃比と同程度の範囲内）に収めるために必要とされる水量として決定される。

図５は、弁開度情報の一例を示す図である。図中に示す縦軸は、例えば、第２の流量調整弁７０の弁開度［％］を示し、横軸は、例えば、負荷Ｌ［ｋＷ］を示している。また、図中では、弁開度が大きい方向を、空気冷却部３０側への弁開度が高いものとして表し、弁開度が小さい方向を、空気冷却部３０側への弁開度が低いものとして表している。なお、以下の図において、第１の流量調整弁６０および第２の流量調整弁７０の弁開度［％］の高低は、所定値（例えば５０％）を基準に判断される。

図示の例における弁開度情報（マップ）は、例えば、以下のように取得される。第１の制御部１１０は、第１の流量調整弁６０の弁開度を３０〜７０％の範囲でフィードバック制御させる。この際、第２の制御部１２０は、任意のサンプル点（例えばＬ１〜Ｌ７）の負荷Ｌごとに、第２の流量調整弁７０の弁開度をオープンループ制御させる。弁開度情報（マップ）は、この条件時における第２の流量調整弁７０の弁開度を各負荷Ｌに応じて示した情報である。

また、ユーザは、事前の処理として、これら任意のサンプル点（例えばＬ１〜Ｌ７）に基づいて、直線補間や多項式補間等の数値解析を行い、サンプル点が示す特徴に最もフィッティングした近似曲線ＬＮ１を予め導出しておいてもよい。ユーザは、例えば、導出した近似曲線がＬＮ１＝α×Ｌ^２＋β×Ｌ＋Ｃのような数式の場合、数式と、負荷Ｌの係数α、βと、外乱等の影響を考慮した定数項Ｃとを含むパラメータを記憶部に予め記憶させておく。これによって、第２の制御部１２０は、オープンループ制御時において、負荷測定センサ５０から負荷Ｌの大きさを示す情報を取得するとともに、これらパラメータを記憶部から読み出して、第２の流量調整弁７０の弁開度を算出する。なお、弁開度情報の取得時の条件として、第１の流量調整弁６０の弁開度を３０〜７０％の範囲でフィードバック制御させると説明したがこれに限られない。第１の制御部１１０は、例えば、第１の流量調整弁６０の弁開度を４０〜６０％の範囲、或いは５０％程度でフィードバック制御させるとより好適である。

また、本実施形態におけるガス燃料エンジンシステム１では、例えば、外気、海水、淡水等の温度による外乱や、空気冷却部３０の汚れ等によって、第１の制御部１１０によりフィードバック制御される第１の流量調整弁６０の弁開度が、所望値よりも大きくなったり、または小さくなったりする場合がある。このため、本実施形態における給気温度制御装置１００は、以下の処理を行う。

第２の制御部１２０は、第１の制御部１１０によってフィードバック制御される第１の流量調整弁６０の弁開度が所定値ＣＨより大きくなった場合、空気冷却部３０に供給される冷却水の水量を多くするように、第２の流量調整弁７０の弁開度を制御する。また、第２の制御部１２０は、第１の制御部１１０によってフィードバック制御される第１の流量調整弁６０の弁開度が所定値ＣＬより小さくなった場合、空気冷却部３０に供給される冷却水の水量を少なくするように、第２の流量調整弁７０の弁開度を制御する。以下、このような第２の制御部１２０の制御を、「シフト制御」と称する。また、図を参照して、第１の流量調整弁６０の弁開度に基づいた第２の制御部１２０のシフト制御の処理について説明する。

図６は、第２の制御部１２０のシフト制御の様子の一例を示す図である。図中において左側の縦軸は、例えば、第１の流量調整弁６０および第２の流量調整弁７０の弁開度［％］を示し、右側の縦軸は、例えば、負荷Ｌ［ｋＷ］を示し、横軸は、例えば、時間［秒］を示している。

曲線ＬＮ２は、例えば、第２の制御部１２０によってシフト制御された第２の流量調整弁７０の弁開度の変化の様子を表している。また、曲線ＬＮ３は、例えば、第１の制御部１１０によってフィードバック制御された第１の流量調整弁６０の弁開度の変化の様子を表している。また、曲線ＬＮ４は、例えば、負荷測定センサ５０によって測定された負荷Ｌの変化の様子を表している。また、曲線ＬＮ５は、例えば、第２の制御部１２０によってオープンループ制御のみが実施された第２の流量調整弁７０の弁開度の変化の様子を表している。

第２の制御部１２０は、例えば、第１の流量調整弁６０の弁開度が所定値ＣＨより大きくなった時刻ｔ１から所定時間ＴＩＭ経過するまでの間、弁開度情報（例えば図５）に基づいた制御量より所定量ＳＦＴ分増加（シフト）させた制御量で第２の流量調整弁７０の弁開度を制御する。所定時間ＴＩＭは、例えば、１０〜６００秒の範囲内で設定される。また、所定時間ＴＩＭは、３０〜１２０秒の範囲内で設定されるとより好適である。所定量ＳＦＴは、例えば、１〜１０％の範囲で設定される。また、所定量ＳＦＴは、２〜５％の範囲内で設定されるとより好適である。なお、上述した所定時間ＴＩＭおよび所定量ＳＦＴに設定される値は一例であり、ユーザの任意の数値に適宜変更されてもよい。

第２の制御部１２０は、所定時間ＴＩＭ経過した時刻ｔ２において、第１の流量調整弁６０の弁開度が所定値ＣＨより大きいか否か判定する。第２の制御部１２０は、依然として第１の流量調整弁６０の弁開度が所定値ＣＨより大きい場合、時刻ｔ２から所定時間ＴＩＭ経過した時刻までの間、上述した処理によって所定量ＳＦＴ分増加させた制御量に対して、更に所定量ＳＦＴ分増加（シフト）させて第２の流量調整弁７０の弁開度を制御する。すなわち、第２の制御部１２０は、弁開度情報に基づいた制御量に対して所定量ＳＦＴの２倍分増加（シフト）させ、この増加させた制御量で第２の流量調整弁７０の弁開度を制御する。

第２の制御部１２０は、所定時間ＴＩＭ経過する度に、第１の流量調整弁６０の弁開度が所定値ＣＨより大きいか否か判定し、第１の流量調整弁６０の弁開度が所定値ＣＨより大きい場合、上述した処理を繰り返す。これによって、給気温度制御装置１００は、空気冷却部３０側への弁開度を所定量ＳＦＴ分大きくでき、空気冷却部３０の冷却効果を向上させることができる。なお、図示の例において、所定量ＳＦＴ分増加（シフト）させる処理のみを説明したが、第２の制御部１２０は、第１の流量調整弁６０の弁開度が所定値ＣＬより小さいか否か判定することによって、所定量ＳＦＴ分減少（シフト）させる処理を行ってもよい。

第２の制御部１２０は、例えば、第１の流量調整弁６０の弁開度が所定値ＣＬより小さくなった時刻から所定時間ＴＩＭ経過するまでの間、弁開度情報に基づいた制御量より所定量ＳＦＴ分減少（シフト）させた制御量で第２の流量調整弁７０の弁開度を制御する。これによって、給気温度制御装置１００は、空気冷却部３０側への弁開度を所定量ＳＦＴ分小さくでき、空気冷却部３０の冷却効果を低下させることができる。なお、この場合の所定時間ＴＩＭおよび所定量ＳＦＴの設定値は、上述した設定値と同程度であると好適である。

図７は、一実施形態における給気温度制御装置１００の制御の結果の一例を示す図である。図中において左側の縦軸は、例えば、第１の流量調整弁６０および第２の流量調整弁７０の弁開度［％］を示し、右側の縦軸は、例えば、負荷Ｌ［ｋＷ］を示し、横軸は、例えば、時間［秒］を示している。

曲線ＬＮ６は、例えば、第２の制御部１２０によってオープンループ制御された第２の流量調整弁７０の弁開度の変化の様子を表している。また、曲線ＬＮ７は、例えば、第１の制御部１１０によってフィードバック制御された第１の流量調整弁６０の弁開度の変化の様子を表している。また、曲線ＬＮ８は、例えば、負荷測定センサ５０によって測定された負荷Ｌの変化の様子を表している。また、曲線ＬＮ９は、例えば、従来技術のフィードバック制御された第１の流量調整弁６０（または第２の流量調整弁７０）の弁開度の変化の様子を表している。

例えば、曲線ＬＮ９は、曲線ＬＮ８に急激な変化が生じた時刻からおよそΔｔ秒後に変化し始める。すなわち、従来技術のフィードバック制御では、負荷Ｌの急激な変化に対して、時間の遅延が生じる場合があった。これに対し、曲線ＬＮ６は、曲線ＬＮ８に急激な変化が生じた時刻とほぼ同じ時刻に変化し始める。すなわち、本実施形態における給気温度制御装置１００は、オープンループ制御を行うことにより、急激に負荷Ｌが変化した場合であっても、応答性よく第２の流量調整弁７０の弁開度を制御可能である。

図８は、一実施形態における給気温度制御装置１００の制御の結果の他の例を示す図である。図中において左側の縦軸は、例えば、給気温度［℃］を示し、右側の縦軸は、例えば、負荷Ｌ［ｋＷ］を示し、横軸は、例えば、時間［秒］を示している。

曲線ＬＮ１０は、例えば、オープンループ制御およびフィードバック制御の組み合わせで、第１の流量調整弁６０と第２の流量調整弁７０との弁開度を制御した際の給気温度の変化の様子を表している。また、曲線ＬＮ１１は、例えば、負荷測定センサ５０によって測定された負荷Ｌの変化の様子を表している。また、曲線ＬＮ１２は、例えば、従来技術のフィードバック制御で第１の流量調整弁６０（または第２の流量調整弁７０）の弁開度を制御した際の給気温度の変化の様子を表している。

例えば、給気温度に対して、給気温度目標値Ｔｇを基準にある程度の許容範囲（例えばＴｇ＋〜Ｔｇ−）が設定されている場合、曲線ＬＮ１２は、この給気温度の許容範囲を超える場合があった。すなわち、従来技術のフィードバック制御では、給気温度が給気温度目標値Ｔｇに対してオーバーシュート（またはアンダーシュート）する場合があった。

これに対し、曲線ＬＮ１０は、給気温度の許容範囲内に収まる。すなわち、本実施形態における給気温度制御装置１００は、オープンループ制御およびフィードバック制御の組み合わせによって弁開度を制御することにより、オーバーシュートおよびアンダーシュートの発生を抑制することができる。なお、図示の例では、説明の簡略化のため、上述したフィードバック制御時の時間の遅延について考慮していない。

図９は、一実施形態における給気温度制御装置１００の制御の結果の他の例を示す図である。図中において左側の縦軸は、例えば、例えば、空燃比［％］を示し、右側の縦軸は、例えば、負荷Ｌ［ｋＷ］を示し、横軸は、例えば、時間［秒］を示している。本実施形態では、理論空燃比よりも高い混合気体の状態を燃料（混合気体）がリッチであると称し、低い状態をリーンであると称する。

曲線ＬＮ１３は、例えば、オープンループ制御およびフィードバック制御の組み合わせで、第１の流量調整弁６０と第２の流量調整弁７０との弁開度を制御した際の空燃比の変化の様子を表している。また、曲線ＬＮ１４は、例えば、負荷測定センサ５０によって測定された負荷Ｌの変化の様子を表している。また、曲線ＬＮ１５は、例えば、従来技術のフィードバック制御で第１の流量調整弁６０（または第２の流量調整弁７０）の弁開度を制御した際の空燃比の変化の様子を表している。

例えば、空燃比に対して、適正な範囲内（理想空燃比と同程度の範囲内）に収まるように、上限の閾値Ｒ１と下限の閾値Ｒ２とが設定されている場合、曲線ＬＮ１５は、この適正な範囲を超える場合があった。すなわち、従来技術のフィードバック制御では、空燃比が閾値Ｒ１を越えることにより失火する場合があり、空燃比が閾値Ｒ２未満になることによりノッキングが発生する場合があった。特に、図中に示す領域Ｂのように、空燃比が適正な範囲から大きく逸脱する場合、より顕著に失火する傾向があった。また、図中に示す領域Ａのように、空燃比が適正な範囲から大きく逸脱する場合、より顕著にノッキングが発生する傾向があった。この結果、ガス燃料エンジン部１０の運転が継続して行えない場合があった。

これに対し、曲線ＬＮ１３は、空燃比が適正な範囲内に収まる。すなわち、本実施形態における給気温度制御装置１００は、オープンループ制御およびフィードバック制御の組み合わせによって弁開度を制御することにより、失火やノッキング等の燃焼異常の発生を抑制することができる。なお、図示の例では、説明の簡略化のため、上述したフィードバック制御時の時間の遅延について考慮していない。

図１０は、一実施形態における給気温度制御装置１００の制御の結果の他の例を示す図である。図中において縦軸は、例えば、最大の負荷Ｌと平均の負荷Ｌとの比率として負荷率［％］を示し、横軸は、例えば、経過時間［秒］を示している。

曲線ＬＮ１６は、例えば、オープンループ制御およびフィードバック制御の組み合わせで、第１の流量調整弁６０と第２の流量調整弁７０との弁開度を制御した際の負荷率の変化の様子を表している。また、曲線ＬＮ１７は、例えば、従来技術のフィードバック制御で第１の流量調整弁６０（または第２の流量調整弁７０）の弁開度を制御した際の負荷率の変化の様子を表している。

例えば、負荷率が１５％から１００％に上昇した場合、従来技術のフィードバック制御（曲線ＬＮ１７）では、制御を開始した時刻ｔ０から、負荷率が一定値に収束するまでの時刻ｔ２の期間として、４分以上の時間を要する場合があった。これに対し、本実施形態における給気温度制御装置１００は、オープンループ制御およびフィードバック制御の組み合わせによって弁開度を制御することにより、制御を開始した時刻ｔ０から、負荷率が一定値に収束するまでの時刻ｔ１の期間を、１０数秒程度に縮小することができる。

図１１は、一実施形態における給気温度制御装置１００のシフト制御の処理の一例を示すフローチャートである。本フローチャートは、例えば、給気温度制御装置１００の運転に伴い開始され、給気温度制御装置１００の停止によって終了される。

まず、給気温度制御装置１００は、記憶部に記憶された所定のプログラム内の変数Ｔと変数ＦＬＧとを、“０”に設定する（ステップＳ１００）。変数Ｔは、例えば、第２の制御部１２０のシフト制御を開始するまでに待機する時間を表す。また、変数ＦＬＧは、例えば、第２の制御部１２０のシフト制御を行うか否かを表す。変数ＦＬＧには、例えば、シフト制御を行う場合“１”が設定され、シフト制御を行わない場合“０”が設定される。

次に、給気温度制御装置１００は、変数ＦＬＧが“０”か否か判定する（ステップＳ１０２）。給気温度制御装置１００は、変数ＦＬＧが“０”の場合（ステップＳ１０２：Ｙｅｓ）、変数Ｖ１が所定値ＣＨを超えるか否か判定する（ステップＳ１０４）。ここで、変数Ｖ１は、例えば、第１の流量調整弁６０の弁開度の値を表す。給気温度制御装置１００は、変数Ｖ１が所定値ＣＨを超える場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、予め変数Ｖ２に格納されている値に所定量ＳＦＴ分加算した値を変数Ｖ２として設定し、変数Ｔと変数ＦＬＧとをそれぞれ、“所定時間ＴＩＭ”、“１”に設定する（ステップＳ１０６）。変数Ｖ２は、例えば、第２の流量調整弁７０の弁開度の値を表す。次に、給気温度制御装置１００は、ステップＳ１０２の処理に戻る。

給気温度制御装置１００は、変数Ｖ１が所定値ＣＨを超えない場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、変数Ｖ１が所定値ＣＬ未満か否か判定する（ステップＳ１０８）。給気温度制御装置１００は、変数Ｖ１が所定値ＣＬ未満の場合（ステップＳ１０４：Ｙｅｓ）、予め変数Ｖ２に格納されている値から所定量ＳＦＴ分減算した値を変数Ｖ２として設定し、変数Ｔと変数ＦＬＧとをそれぞれ、“所定時間ＴＩＭ”、“１”に設定する（ステップＳ１１０）。次に、給気温度制御装置１００は、ステップＳ１０２の処理に戻る。給気温度制御装置１００は、変数Ｖ１が所定値ＣＬ未満でない場合（ステップＳ１０４：Ｎｏ）、ステップＳ１０２の処理に戻る。

給気温度制御装置１００は、変数ＦＬＧが“０”でない場合（ステップＳ１０２：Ｎｏ）、変数Ｔとして設定されている所定時間ＴＩＭから“１”を減算した値を、変数Ｔとして設定する（ステップＳ１１２）。次に、給気温度制御装置１００は、変数Ｔが“０”か否か判定する（ステップＳ１１４）。給気温度制御装置１００は、変数Ｔが“０”の場合（ステップＳ１１４：Ｙｅｓ）、変数ＦＬＧを“０”に設定する（ステップＳ１１６）。次に、給気温度制御装置１００は、ステップＳ１０２の処理に戻る。給気温度制御装置１００は、変数Ｔが“０”でない場合（ステップＳ１１４：Ｙｅｓ）、ステップＳ１０２の処理に戻る。これによって、給気温度制御装置１００は、例えば、運転を停止するまで、本フローチャートのステップＳ１０２〜Ｓ１１６の処理を繰り返す。

以上説明した一実施形態の給気温度制御装置１００によれば、第１の制御部１１０が給気温度に基づいて、第１の流量調整弁６０の弁開度をフィードバック制御し、第２の制御部１２０が記憶部に予め記憶させておいた弁開度情報と、負荷測定センサ５０により測定された負荷Ｌの大きさとに基づいて、第２の流量調整弁７０の弁開度をオープンループ制御することにより、負荷変動時により応答性を良くすることができる。

また、一実施形態の給気温度制御装置１００は、オープンループ制御およびフィードバック制御の組み合わせによって弁開度を制御することにより、制御目標値に対するオーバーシュートおよびアンダーシュートの発生を抑制することができる。

また、一実施形態の給気温度制御装置１００は、オープンループ制御およびフィードバック制御の組み合わせによって弁開度を制御することにより、失火やノッキング等の燃焼異常の発生を抑制することができる。

また、一実施形態の給気温度制御装置１００は、オープンループ制御およびフィードバック制御の組み合わせによって弁開度を制御することにより、制御目標値に達するまでに要する時間をより短くすることができる。

以上、本発明を実施するための形態についてガス燃料エンジン係わる実施形態を用いて説明したが、本発明はこうした実施形態に何等限定されるものではなく、他のディーゼルエンジン等の内燃機関に適用でき、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々の変形及び置換を加えることができる。

１‥ガス燃料エンジンシステム、１０…ガス燃料エンジン部、２０…過給部、３０…空気冷却部、４０…温度測定センサ、５０…負荷測定センサ、６０…第１の流量調整弁、７０…第２の流量調整弁、１００…給気温度制御装置、１１０…第１の制御部、１２０…第２の制御部、Ｌ…負荷、ＡＰ…吸排気経路、ＷＰ…給排水経路

Claims

過給機で加圧されて内燃機関に供給される空気を冷却する空気冷却器への冷却水供給路に設けられた第１の流量調整弁と、
前記冷却水供給路に設けられた第１の流量調整弁の上流側、または下流側に設けられた第２の流量調整弁と、
前記空気冷却器によって冷却された空気の温度に基づいて、前記第１の流量調整弁の弁開度をフィードバック制御する第１の制御部と、
予め定められた前記内燃機関の負荷および前記空気冷却器に供給すべき冷却水の水量の関係を示した情報である弁開度情報と、測定された前記内燃機関の負荷とに基づいて、前記第２の流量調整弁の弁開度をオープンループ制御する第２の制御部と、
を備える内燃機関の給気温度制御装置。
前記弁開度情報は、
前記第１の制御部によって前記第１の流量調整弁の弁開度が３０〜７０％の範囲で制御されるように、前記第２の制御部によって前記第２の流量調整弁の弁開度が制御された際に取得される弁開度を、前記内燃機関の負荷に応じて示した情報である、
請求項１記載の内燃機関の給気温度制御装置。
前記第２の制御部は、
前記第１の制御部によってフィードバック制御される前記第１の流量調整弁の弁開度が所定値より大きくなった場合、前記冷却水の水量を多くするように、前記第２の流量調整弁の弁開度を制御し、
前記第１の制御部によってフィードバック制御される前記第１の流量調整弁の弁開度が所定値より小さくなった場合、前記冷却水の水量を少なくするように、前記第２の流量調整弁の弁開度を制御する、
請求項１または２記載の内燃機関の給気温度制御装置。
前記第２の流量調整弁は、前記冷却水供給路に設けられた第１の流量調整弁の上流側に設けられる、
請求項１から３のうちいずれか１項記載の内燃機関の給気温度制御装置。
前記第２の流量調整弁は、前記冷却水供給路に設けられた第１の流量調整弁の下流側に設けられる、
請求項１から３のうちいずれか１項記載の内燃機関の給気温度制御装置。