JP6456193B2 - 過給機付きガスエンジン、及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃料ガスと空気との混合気を燃焼室において圧縮して燃焼させることにより回転動力を発生するエンジン本体と、前記エンジン本体の吸気路へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給路を通流する燃料ガスの流量を調整する燃料制御弁と、前記エンジン本体の排気路に設けられるタービンに前記燃焼室から排出される排ガスを供給し、前記タービンに連結される状態で吸気路に設けられるコンプレッサによって前記燃焼室に吸気される混合気を圧縮する過給機と、前記吸気路において前記燃焼室に吸気される混合気の流量を調整する混合気制御弁とを備えたターボ過給式ガスエンジンに関する。

ガスエンジンの軸出力にて回転駆動されるガスエンジン駆動式発電機では、負荷の急変に対する追従性が求められる。特に、非常用発電機である場合、ガスエンジンが起動した後、無負荷の状態から早期になるべく大きい負荷を投入できることが求められる。このように、早期になるべく大きい負荷を投入することができれば、停電が発生した場合に、優先的に給電が必要な重要負荷に迅速且つ安定的に給電することができる。
一方で、排ガスの排気エネルギにて回転する排気タービンと、当該排気タービンにより駆動力が与えられる吸気コンプレッサとからなる過給機を備えた過給式のガスエンジンでは、負荷が急増した際、ガスエンジンの調速装置の遅れに加え、過給機の応答遅れにより、迅速に必要な燃料（混合気）をガスエンジンに供給することができず、ガスエンジンの回転数が低下し、ストール（ガスエンジン停止）に陥る場合がある。
このような課題に対し、最初の負荷を投入するタイミングに過給機の回転上昇、つまり吸気圧力の上昇による投入燃料量の増加を促すために、最初の負荷を投入するタイミングに、排気タービン前に圧縮窒素を導入するもの（特許文献１を参照）、最初の負荷を投入するタイミングに、一時的に空気補充源から圧縮空気をエンジンに供給するもの（特許文献２を参照）等が提案されている。

特許第４５８００９２号公報 特許第３６０８７７５号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示の過給式エンジンにあっては、圧縮窒素を常備する構成及びそれを適切なタイミングで供給する制御機器が必要となり、構成が複雑となると共に、コスト高になるという問題があった。また、上記特許文献２に開示の過給式エンジンにあっては、エンジンが非常用発電機兼用の常用発電機を回転駆動する場合、常用発電機を回転駆動する運転中に吸気圧力の一部を蓄圧することが可能であるが、エンジンが非常用発電機を回転駆動する場合は、上記特許文献１に開示の技術と同じく、圧縮空気を常備する構成及びそれを適切なタイミングで供給する制御機器が必要となり、構成が複雑になる上に、コスト高になるという問題があった。
特に、過給式ガスエンジンが燃焼室にてリーンバーン燃焼を行うものである場合、定格負荷の３０〜４０％程度の負荷を投入した後の負荷への追従性が著しく低下するため、定格負荷の３０〜４０％程度の負荷を初期負荷として投入した後、その後の１〜３０％程度の負荷を次期負荷として投入することがある。そして、当該次期負荷の追従性を改善する点については、上述の特許文献１、２に開示の技術では、何ら考慮されておらず、改善の余地があった。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、比較的簡易な構成を維持しながらも、特に、初期負荷を投入した後の次期負荷の投入時に、当該負荷への追従性を劇的に改善しつつ、ガスエンジンがストールする虞を十分に低減することができるターボ過給式ガスエンジン、及びその制御方法を提供する点にある。

上記目的を達成するためのターボ過給式ガスエンジンの制御方法は、
燃料ガスと空気との混合気を燃焼室において圧縮して燃焼させることにより回転動力を発生するエンジン本体と、
前記エンジン本体の吸気路へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給路を通流する燃料ガスの流量を調整する燃料制御弁と、
前記エンジン本体の排気路に設けられるタービンに前記燃焼室から排出される排ガスを供給し、前記タービンに連結される状態で吸気路に設けられるコンプレッサによって前記燃焼室に吸気される混合気を圧縮する過給機と、
前記吸気路において前記燃焼室に吸気される混合気の流量を調整する混合気制御弁と、
前記エンジン本体の吸気路における前記混合気制御弁の下流側で前記エンジン本体の上流側の混合気圧を測定する圧力センサと、を備えたターボ過給式ガスエンジンの制御方法であって、その特徴構成は、
前記エンジン本体の出力を目標出力に維持する出力維持制御を実行している状態で、前記圧力センサにて測定される混合気圧が目標の混合気圧である目標混合気圧となるように前記燃料制御弁と前記混合気制御弁との少なくとも何れか一方の開度を制御する混合気圧制御を実行可能に構成され、
前記エンジン本体への初期負荷投入後で次期の負荷である次期負荷が投入される前に、前記エンジン本体の出力を目標出力に維持している状態で、前記出力維持制御及び前記混合気圧制御に優先して前記燃料制御弁開度制御部が前記燃料制御弁の開度を低減する燃料制御弁開度低減制御を実行すると共に、混合気圧制御として前記目標混合気圧を高い側へ調整して混合気圧を増加する混合気圧増加制御を実行する点にある。

上記目的を達成するためのターボ過給式ガスエンジンは、
燃料ガスと空気との混合気を燃焼室において圧縮して燃焼させることにより回転動力を発生するエンジン本体と、
前記エンジン本体の吸気路へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給路を通流する燃料ガスの流量を調整する燃料制御弁と、
前記エンジン本体の排気路に設けられるタービンに前記燃焼室から排出される排ガスを供給し、前記タービンに連結される状態で吸気路に設けられるコンプレッサによって前記燃焼室に吸気される混合気を圧縮する過給機と、
前記吸気路において前記燃焼室に吸気される混合気の流量を調整する混合気制御弁とを備えたターボ過給式ガスエンジンであって、その特徴構成は、
前記エンジン本体の吸気路における前記混合気制御弁の下流側で前記エンジン本体の上流側の混合気圧を測定する圧力センサと、
前記エンジン本体の出力を目標出力に維持する出力維持制御を実行する出力制御部と、
前記出力制御部が前記出力維持制御を実行している状態で、前記圧力センサにて測定される混合気圧が目標の混合気圧である目標混合気圧となるように前記燃料制御弁と前記混合気制御弁との少なくとも何れか一方の開度を制御する混合気圧制御を実行する混合気圧制御部と、
前記燃料制御弁の開度を制御する燃料制御弁開度制御部とを備え、
前記エンジン本体への初期負荷投入後で次期の負荷である次期負荷が投入される前に、前記出力制御部が前記出力維持制御を実行している状態で、前記燃料制御弁開度制御部が前記出力維持制御及び前記混合気圧制御に優先して前記燃料制御弁の開度を低減する燃料制御弁開度低減制御を実行すると共に、前記混合気圧制御部が混合気圧制御として前記目標混合気圧を高い側へ調整して混合気圧を増加する混合気圧増加制御を実行する点にある。

上記特徴構成によれば、初期負荷を投入された後の負荷である次期負荷を投入する前において、出力維持制御を実行している状態で、燃料制御弁開度制御部が燃料制御弁の開度を低減する燃料制御弁開度低減制御を実行することで、出力制御部が出力を維持しようとするために、混合気制御弁の開度が開き側へ制御される。更に、混合気圧制御部が、目標混合気圧を高い側へ調整して混合気圧を増加する混合気圧増加制御を実行しようとするが、燃料制御弁の開度は燃料制御弁開度低減制御を優先的に実行している関係で変更できないため、混合気制御弁の開度をさらに開き側へ制御することとなる。
これにより、燃焼室に導かれる混合気量は増加し、排気タービンを通過する排ガス流量も増加して、排気タービンの回転数が増大することで、吸気コンプレッサの回転数が増加する状態となる。過給機は回転数が高いほど、その応答性が高くなるため、この状態で、次期負荷が投入されることにより、次期負荷の応答性を改善できる。
更に、本発明にあっては、次期負荷を投入する前に、混合気制御弁の開き側への制御において、混合気圧をパラメータとする混合気圧増加制御を実行しているが、当該混合気圧増加制御は、混合気圧制御弁の下流側の圧力を圧力センサにて計測し、当該計測値に基づいて行う直接的な制御であるため、例えば、Ｏ２センサ等による空燃比増加制御を行うものに比べ、比較的簡易な構成で、応答性及び信頼性の高い空燃比の制御を実行できる。
結果、比較的簡易な構成を維持しながらも、特に、初期負荷を投入した後の次期負荷の投入時に、当該負荷への追従性を改善しつつ、エンジンがストールする虞を十分に低減することができるターボ過給式ガスエンジンを実現できる。

本発明のターボ過給式ガスエンジンの更なる特徴構成は、
前記燃料制御弁開度制御部は、前記燃料制御弁開度低減制御において前記燃料制御弁の開度を徐々に低減し、
前記混合気圧制御部は、前記混合気圧増加制御において前記混合気圧を徐々に増加する点にある。

上記特徴構成によれば、燃料制御弁開度低減制御において燃料制御弁開度制御部が燃料制御弁を徐々に低減すると共に、混合気圧増加制御において混合気圧制御部が混合気圧を徐々に増加するものであるから、それらの制御によって従動的に制御される混合気制御弁の開度も徐々に増加することとなり、結果的に、エンジンの安定した運転を維持することができながらも、当該制御が実行される間において、過給機の回転数を安定的に徐々に増加させることができる。

本発明のターボ過給式ガスエンジンの更なる特徴構成は、
前記混合気圧が前記エンジン本体の運転を維持可能な上限の混合気圧である上限混合気圧となった段階で、前記混合気圧制御部が前記混合気圧増加制御を終了すると共に前記混合気制御弁の開度を維持し、前記燃料制御弁開度制御部が前記燃料制御弁開度低減制御を終了すると共に前記燃料制御弁の開度を維持する点にある。

上記特徴構成によれば、混合気圧増加制御及び燃料制御弁開度低減制御を停止する時期は、混合気制御弁とエンジン本体との間にて圧力センサにて測定される混合気圧をパラメータとして実行されることになる。当該混合気圧は、圧力センサにて測定されるものであるため、非常に応答性が良いものであると共に、信頼性が高いものであるから、当該混合気圧がエンジン本体の運転を維持可能な上限混合気圧になったタイミングで、応答性良く即座に、混合気圧増加制御及び燃料制御弁開度低減制御を停止できるから、エンジンがストールする虞を低減できる。結果、次期負荷の投入の安定性を高めることができる。

本発明のターボ過給式ガスエンジンの更なる特徴構成は、
前記エンジン本体は発電機を回転駆動すると共に、当該発電機にて発電された電力を電力負荷へ給電可能に構成され、
商用電力系統からの商用電力が前記電力負荷へ給電されている給電状態か給電が停止される停電状態かを判定する停電判定部を備え、
前記停電判定部が停電状態であると判定したときに、前記発電機にて発電された電力を電力負荷へ給電する点にある。

上記特徴構成によれば、これまで説明してきた負荷投入に対する追従性が良く、及び負荷の投入に対する安定性が高いターボ過給式ガスエンジンの出力を、停電が発生したときに、電力負荷に対して投入可能に構成されているから、電力負荷が迅速な給電を必要とする重要負荷である場合にも、当該重要負荷に対し停電発生直後の早い段階から安定して給電を行うことができる。

本発明のターボ過給式ガスエンジンの更なる特徴構成は、
前記混合気圧制御部は、前記燃料制御弁開度低減制御及び前記混合気圧増加制御を実行している間において、前記混合気圧を、前記燃焼室での混合気の当量比が１より小さいリーンバーン燃焼に対応する目標混合気圧に設定する点にある。

上記特徴構成よれば、初期負荷投入及び次期負荷投入を行っているときにも、燃焼室の燃焼を効率の高い燃焼で、且つ定常運転状態にて行われる燃焼であるリーンバーン燃焼を実行できるから、例えば、負荷投入時と定常運転時で、エンジンの燃焼状態を切り換える必要がないから、制御をシンプルにできると共に、燃焼室での燃焼をより安定したものにできる。

ターボ過給式ガスエンジンの概略構成図 負荷投入に係る制御フロー図 負荷投入に伴う燃料制御弁の開度の変化等を示すグラフ図

本発明の実施形態に係るターボ過給式ガスエンジン１００、及びその制御方法は、比較的簡易な構成を維持しながらも、特に、初期負荷を投入した後の次期負荷の投入時に、当該負荷への追従性を改善しつつ、エンジン本体２６がストールする虞を十分低減できるものに関する。
以下、図１に基づいて、ターボ過給式ガスエンジン１００の基本構成を説明した後、その制御を、図２の制御フロー図、及び図３のグラフ図に基づいて説明する。

本発明の実施形態に係るターボ過給式ガスエンジン１００は、図１に示すように、都市ガス１３Ａ等の燃料ガスＦと空気Ａとの混合気Ｍを燃焼室２６ａにおいて圧縮して燃焼させることにより回転動力を発生するエンジン本体２６と、当該エンジン本体２６の吸気路２０へ燃料ガスＦを供給する燃料ガス供給路１１と、当該燃料ガス供給路１１を通流する燃料ガスＦの流量を調整する燃料制御弁１３と、エンジン本体２６の排気路２７に設けられるタービン３２に燃焼室２６ａから排出される排ガスＥを供給し、タービン３２に連結される状態で吸気路２０に設けられるコンプレッサ３１によって燃焼室２６ａに吸気される混合気Ｍを圧縮する過給機３０と、吸気路２０において燃焼室２６ａに吸気される混合気Ｍの流量を調整するスロットル弁２４とを備えており、更には、センサ等の測定結果が入力され、その入力信号に基づいてスロットル弁２４等の各種補機を制御してターボ過給式の運転を制御するハードウェア群とソフトウェア群とから構成されているエンジンコントロールユニット４０（以下、ＥＣＵと呼ぶ）が備えられている。

この種のガスエンジン１００は、詳細な図示は省略するが、吸気路２０から燃焼室２６ａに新気として吸気された混合気Ｍを、ピストンの上昇により圧縮した状態で点火プラグにて火花点火して燃焼・膨張させることで、ピストンを押し下げて回転軸５０から回転動力を出力すると共に、燃焼により発生した排ガスＥは、燃焼室２６ａから排気路２７に押し出され、外部に排出される。

吸気路２０には、空気Ａを浄化するエアクリーナ２１、空気Ａに燃料ガスＦを適切な比率（空燃比）で混合するベンチュリー式のミキサ１４、及びミキサ１４にて混合された混合気Ｍを圧縮するコンプレッサ３１、コンプレッサ３１の昇圧により昇温した混合気Ｍを冷却するインタークーラ２５、開度調整により燃焼室２６ａへの混合気Ｍの吸気量を調整可能なスロットル弁２４が、その上流側から記載の順に設けられている。
即ち、吸気路２０において、ミキサ１４で燃料ガスＦと空気Ａとを混合して生成された混合気Ｍは、コンプレッサ３１にて圧縮された後に、インタークーラ２５にて冷却され、スロットル弁２４を介して所定の流量に調整されて、エンジン本体２６の燃焼室２６ａに導入される。

ミキサ１４に燃料ガスＦを導く燃料ガス供給路１１には、ミキサ１４の上流側の吸気路２０における空気Ａの圧力と燃料ガス供給路１１における燃料ガスＦの圧力差を一定に保つ差圧レギュレータ１２、ミキサ１４を介して燃焼室２６ａに供給される燃料ガスＦの供給量を調整する燃料制御弁１３が設けられている。

過給機３０は、エンジン本体２６の排気路２７に設けられるタービン３２に燃焼室２６ａから排出される排ガスＥを供給し、タービン３２に燃焼室２６ａから排出される排ガスＥを供給し、タービン３２に連結される状態で吸気路２０に設けられるコンプレッサ３１によって燃焼室２６ａに吸気される混合気Ｍを圧縮するターボ式の過給機として構成されている。即ち、当該過給機３０は、排気路２７を通流する排ガスＥのエンタルピー及び運動エネルギによりタービン３２を回転させ、このタービン３２の回転力により吸気路２０に配置されたコンプレッサ３１を回転駆動する形態で、吸気路２０を通流する新気としての混合気Ｍを圧縮して、燃焼室２６ａへ供給する、所謂、過給を行う。

エンジン本体２６の回転軸５０には発電機２８が接続されており、回転軸５０で出力した回転動力が発電機２８の駆動源として利用される。
発電機２８には、電力線及び開閉器５２を介して電力負荷２９が接続されている。更に、電力線は、遮断器（図示せず）及び系統連系保護継電器２２を介する状態で、商用電力系統５３に接続されており、電力負荷２９には当該商用電力系統５３からの受電電力が給電可能に構成されている。
ここで、系統連系保護継電器２２は、商用電力系統５３からの受電する受電電圧を計測可能にされており、ＥＣＵ４０は、当該受電電圧を形成する形態で、商用電力系統５３から電力負荷２９へ給電されている給電状態か給電が停止している停電状態かを判断する停電判定部４５として機能する。

ターボ過給式ガスエンジン１００は、当該系統連系保護継電器２２が停電状態であると判定した場合、例えば、停電時において外部から起動指令信号を受けたＥＣＵ４０によりエンジン本体２６が起動され、回転軸５０を所定の回転数で回転させた状態で開閉器５２が開状態（通電を遮断する状態）から閉状態（通電を許容する状態）に切り替えられる。これにより、発電機２８に対して電力負荷２９で要求される電力に相当する発電負荷が投入され、それに伴って回転軸５０に対して発電機２８を回転駆動するために必要な回転負荷が投入される。以下、このように、エンジン本体２６を起動してからの初期段階において開閉器５２を開状態から閉状態へ切り換えてエンジン本体２６の回転軸５０に回転負荷を投入することを初期負荷の投入と呼ぶ場合がある。

エンジン本体２６の回転軸５０には、当該回転軸５０の回転数を計測する回転数センサ５１が設けられており、ＥＣＵ４０は、当該回転数センサ５１にて計測されるエンジン回転数を目標回転数に維持するべく、当該回転数センサ５１の計測結果に基づいてスロットル弁２４の開度を制御する回転数維持部４４として働く。

ＥＣＵ４０は、例えば、回転数センサ５１にて計測されるエンジン回転数や、エンジン本体２６の回転軸５０のトルクに基づいて計算されるエンジン出力が、目標出力となるように、燃料制御弁１３やスロットル弁２４の開度を制御する出力維持制御を実行するように構成されており、この場合、ＥＣＵ４０は出力制御部４１として機能する。

吸気路２０のスロットル弁２４とエンジン本体２６との間には、当該位置での混合気Ｍの混合気圧を計測する圧力センサ５４が設けられている。
ここで、出力制御部４１によりエンジン本体２６の出力が目標出力に制御されている場合、混合気圧が決まれば、燃焼室２６ａに供給される混合気Ｍの空燃比が一意に決定される。
つまり、ＥＣＵ４０は、例えば、目標出力毎に、混合気圧と空燃比との関係を示すマップを保持しており、所定の目標出力において、目標空燃比となるように、上述の圧力センサ５４にて計測される混合気圧を、目標空燃比に対応する目標混合気圧に近づけるべく、燃料制御弁１３とスロットル弁２４との少なくとも何れか一方の開度を制御する。即ち、ＥＣＵ４０は、混合気圧制御部４２として機能する。
尚、当該実施形態にあっては、ターボ過給式ガスエンジン１００は、高い効率で運転するべく、燃焼室２６ａでの混合気Ｍの当量比が１より小さいリーンバーン燃焼（例えば、当量比が０．６以上０．８以下程度）を実行し続けるように、目標空燃比及びそれに対応する目標混合気圧が設定される。

以下、ターボ過給式ガスエンジン１００において、負荷投入を行う場合の制御に関し、図２、３に基づいて説明を加える。
ＥＣＵ４０は、エンジン本体２６への起動指令があると、当該起動指令に基づいて、燃料制御弁１３及びスロットル弁２４の開度調整等を行いながら、エンジン本体２６を起動させる（図２で、♯０１）。
次に、回転数維持部４４としてのＥＣＵ４０は、回転数センサ５１にて計測されるエンジン本体２６の回転数が特定の目標回転数（図３でＲｔで示す回転数）に維持されるように、スロットル弁２４の開度を制御する回転数維持制御を実行する（図２で、♯０２）。尚、ＥＣＵ４０は、エンジン本体２６が起動されている間、当該回転数維持制御を実行し続ける。
また、このように、エンジン本体２６が初期負荷Ｑ１が投入される前の無負荷状態では、スロットル弁２４の開度は最も小さい開度Ｓ１に維持されると共に、燃料制御弁１３の開度も最も小さい開度Ｎ１に維持される。

次に、ＥＣＵ４０は、初期負荷投入指令があると、図３で、ｔ１で示すタイミングに、当該初期負荷投入指令に基づいて行われるエンジン本体２６への初期負荷Ｑ１（例えば、エンジン本体２６の定格負荷の３０〜４０％の負荷）の投入が実行される（図２で、♯０３、♯０４）。
このとき、回転数維持部４４としてのＥＣＵ４０は、エンジン回転数を目標回転数Ｒｔに維持しようとすると共に、出力制御部４１としてのＥＣＵ４０が、エンジン本体２６の出力を、初期負荷Ｑ１に対応する出力に維持しようとするため、図３でｔ１で示すタイミングで、スロットル弁２４の開度は、一時的に全開にされた後、所定の弁開度Ｓ２（＞Ｓ１）に維持されると共に、燃料制御弁１３の開度が、所定の弁開度Ｎ２（＞Ｎ１）に維持される。
説明を追加すると、このとき、混合気圧制御部４２としてのＥＣＵ４０は、初期負荷Ｑ１に対応する目標出力において目標空燃比に維持するべく、圧力センサ５４にて測定される測定圧力を、目標空燃比に対応する目標混合気圧（図３（ｅ）でＰ２）とするように、燃料制御弁１３及びスロットル弁２４の開度を制御する。

尚、本実施形態では、初期負荷投入完了の判定につき、エンジン本体への初期負荷を投入した後で、初期負荷投入時間（一定時間）が経過したときに、初期負荷投が完了したと判定するが、エンジン本体２６の回転数やエンジン本体２６にて回転駆動される発電機２８が出力する発電電力の周波数の変動が収まったときに、初期負荷投入が完了したと判定するように構成しても構わない。

当該実施形態に示すようなリーンバーン燃焼を行っているターボ過給式ガスエンジン１００では、エンジン本体２６の定格負荷の４０〜６０％程度の負荷において、負荷への追従性が悪い。
そこで、当該実施形態に係るターボ過給式ガスエンジン１００にあっては、初期負荷に続く次期負荷Ｑ２（例えば、エンジン本体２６の定格負荷の１〜３０％程度の負荷で、Ｑ２＜Ｑ１）の投入指令があったときに（図２で♯０５）、換言すると、エンジン本体２６への初期負荷Ｑ１の投入後で次期負荷Ｑ２が投入される前に、図３でｔ２で示すタイミングで、出力制御部４１としてのＥＣＵ４０が出力維持制御を実行している状態で、燃料制御弁開度制御部４３としてのＥＣＵ４０が出力維持制御及び混合気圧制御に優先して、燃料制御弁１３の開度を徐々に低減する燃料制御弁開度低減制御を実行する（図２で♯０６、図３（ｄ）でｔ２−ｔ３間での制御）。このとき、出力維持制御が実行されているために、スロットル弁２４の開度が開き側へ制御される（図３（ｃ）でｔ２−ｔ３間での制御）。

更に、エンジン本体２６への初期負荷Ｑ１の投入後で次期負荷Ｑ２が投入される前に、出力制御部４１としてのＥＣＵ４０が出力維持制御を実行している状態で、混合気圧制御部４２としてのＥＣＵ４０が、図３でｔ２で示すタイミングで、混合気圧制御として目標混合気圧を徐々に高い側へ調整して混合気圧を増加する混合気圧増加制御を実行する（図２で♯０７）（図３（ｅ）でｔ２−ｔ３間での制御）。このとき、燃料制御弁１３の開度は燃料制御弁開度低減制御を優先的に実行している関係で変更できないため、混合気圧制御部４２としてのＥＣＵ４０は、スロットル弁２４の開度を開き側へ制御する。
ここで、燃料制御弁開度低減制御では、図３（ｄ）に示されるように、燃料制御弁１３の開度は徐々に低減されると共に、混合気圧増加制御では、図３（ｅ）に示すように、圧力センサ５４にて計測される混合気圧が徐々に増加するようにスロットル弁２４の開度を増加する。

混合気圧制御部４２としてのＥＣＵ４０は、混合気圧がエンジン本体２６の運転を維持可能な上限の混合気圧である上限混合気圧となった時点（図３でｔ３で示す時点）で、混合気圧増加制御を終了すると共にスロットル弁２４の開度を維持すると共に、燃料制御弁開度制御部４３としてのＥＣＵ４０が、燃料制御弁開度低減制御を終了すると共に燃料制御弁１３の開度を維持する。この後、時期負荷Ｑ２が投入されるまでの期間（図３でｔ３−ｔ４で示す期間）、スロットル弁２４の開度、及び燃料制御弁１３の開度は、維持されることとなる。
ここで、上限混合気圧は、例えば、エンジン回転数の目標回転数Ｒｔからの下方側への振れ幅が特定の幅（例えば、目標回転数Ｒｔの８．０％、より好ましくは、目標回転数Ｒｔの０．５〜３．０％）以下に維持できる圧力とする。

これにより、燃焼室２６ａに導かれる混合気量は増加し、タービン３２を通過する排ガス流量も増加して、タービン３２の回転数が増大することで、コンプレッサ３１の回転数が増加する状態となる。過給機３０は回転数が高いほど、その応答性が高くなるため、この状態で、次期負荷Ｑ２が投入されることにより、次期負荷Ｑ２の応答性が改善される（図２で♯０８）。

この後、初期負荷Ｑ１及び次期負荷Ｑ２に続いて、残負荷（図３（ａ）での図示略）を投入して定常運転へ移行する（図２で、♯０９）。

〔別実施形態〕
（１）上記実施形態において、燃料制御弁開度低減制御と混合気圧増加制御との双方は、同時に開始されて、同時に終了される例を示した。
しかしながら、燃料制御弁開度低減制御と混合気圧増加制御との双方は、別に同時に開始される必要はなく、何れか一方を先に開始するように構成しても良い。
また、燃料制御弁開度低減制御と混合気圧増加制御との双方は、別に同時に終了する必要はなく、何れか一方を先に終了するように構成しても構わない。
また、燃料制御弁開度低減制御と混合気圧増加制御との実行は、全く別の時間に実行されても良い。即ち、燃料制御弁開度低減制御を実行した後に、混合気圧増加制御を実行する場合や、混合気圧増加制御を実行した後に、燃料制御弁開度低減制御を実行する場合も、本発明の機能が良好に発揮される。

（２）上記実施形態では、各々の初期負荷投入の後に投入される次期負荷は、１回だけの例を示したが、当該次期負荷は、エンジンが定常運転に入るまでに複数回に分けて投入される構成を採用しても構わない。
この場合、ＥＣＵ４０は、次期負荷投入がされる前に、燃料制御弁開度低減制御を実行すると共に、混合気圧増加制御を実行して、負荷応答性能を向上させる。

（３）上記実施形態では、回転数維持部４４は、回転数センサ５１にて計測されるエンジンの回転数を目標回転数に維持するべく、回転数センサ５１の計測結果に基づいてスロットル弁２４の開度を制御する構成例を示したが、別に、燃料制御弁１３の開度を制御するように構成しても構わない。

（４）上記実施形態において、燃料制御弁開度低減制御では、図３（ｄ）に示されるように、燃料制御弁１３の開度は徐々に低減されると共に、混合気圧増加制御では、図３（ｅ）に示すように、圧力センサ５４にて計測される混合気圧が徐々に増加するようにスロットル弁２４の開度を増加するように制御される例を示した。
しかしながら、図示は省略するが、例えば、燃料制御弁開度低減制御では、燃料制御弁１３の開度を段階的に低減すると共に、混合気圧増加制御では、圧力センサ５４にて計測される混合気圧が段階的に増加するようにスロットル弁２４の開度を段階的に増加するように制御しても構わない。

尚、上記実施形態（別実施形態を含む、以下同じ）で開示される構成は、矛盾が生じない限り、他の実施形態で開示される構成と組み合わせて適用することが可能であり、また、本明細書において開示された実施形態は例示であって、本発明の実施形態はこれに限定されず、本発明の目的を逸脱しない範囲内で適宜改変することが可能である。

本発明のターボ過給式ガスエンジン、及びその制御方法は、比較的簡易な構成を維持しながらも、特に、初期負荷を投入した後の次期負荷の投入時に、当該負荷への追従性を劇的に改善しつつ、エンジンがストールする虞を十分に低減することができるターボ過給式ガスエンジン、及びその制御方法として、有効に利用可能である。

１３ ：燃料制御弁
２０ ：吸気路
２４ ：スロットル弁
２６ ：エンジン本体
２６ａ ：燃焼室
２７ ：排気路
２８ ：発電機
３０ ：過給機
３１ ：コンプレッサ
３２ ：タービン
４０ ：ＥＣＵ
４１ ：出力制御部
４２ ：混合気圧制御部
４３ ：燃料制御弁開度制御部
５４ ：圧力センサ
１００ ：ターボ過給式ガスエンジン

Claims (6)

1. 燃料ガスと空気との混合気を燃焼室において圧縮して燃焼させることにより回転動力を発生するエンジン本体と、
   前記エンジン本体の吸気路へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給路を通流する燃料ガスの流量を調整する燃料制御弁と、
   前記エンジン本体の排気路に設けられるタービンに前記燃焼室から排出される排ガスを供給し、前記タービンに連結される状態で吸気路に設けられるコンプレッサによって前記燃焼室に吸気される混合気を圧縮する過給機と、
   前記吸気路において前記燃焼室に吸気される混合気の流量を調整する混合気制御弁とを備えたターボ過給式ガスエンジンであって、
   前記エンジン本体の吸気路における前記混合気制御弁の下流側で前記エンジン本体の上流側の混合気圧を測定する圧力センサと、
   前記エンジン本体の出力を目標出力に維持する出力維持制御を実行する出力制御部と、
   前記出力制御部が前記出力維持制御を実行している状態で、前記圧力センサにて測定される混合気圧が目標の混合気圧である目標混合気圧となるように前記燃料制御弁と前記混合気制御弁との少なくとも何れか一方の開度を制御する混合気圧制御を実行する混合気圧制御部と、
   前記燃料制御弁の開度を制御する燃料制御弁開度制御部とを備え、
   前記エンジン本体への初期負荷投入後で次期の負荷である次期負荷が投入される前に、前記出力制御部が前記出力維持制御を実行している状態で、前記燃料制御弁開度制御部が前記出力維持制御及び前記混合気圧制御に優先して前記燃料制御弁の開度を低減する燃料制御弁開度低減制御を実行すると共に、前記混合気圧制御部が混合気圧制御として前記目標混合気圧を高い側へ調整して混合気圧を増加する混合気圧増加制御を実行するターボ過給式ガスエンジン。
2. 前記燃料制御弁開度制御部は、前記燃料制御弁開度低減制御において前記燃料制御弁の開度を徐々に低減し、
   前記混合気圧制御部は、前記混合気圧増加制御において前記混合気圧を徐々に増加する請求項１に記載のターボ過給式ガスエンジン。
3. 前記混合気圧が前記エンジン本体の運転を維持可能な上限の混合気圧である上限混合気圧となった段階で、前記混合気圧制御部が前記混合気圧増加制御を終了すると共に前記混合気制御弁の開度を維持し、前記燃料制御弁開度制御部が前記燃料制御弁開度低減制御を終了すると共に前記燃料制御弁の開度を維持する請求項１又は２に記載のターボ過給式ガスエンジン。
4. 前記エンジン本体は発電機を回転駆動すると共に、当該発電機にて発電された電力を電力負荷へ給電可能に構成され、
   商用電力系統からの商用電力が前記電力負荷へ給電されている給電状態か給電が停止される停電状態かを判定する停電判定部を備え、
   前記停電判定部が停電状態であると判定したときに、前記発電機にて発電された電力を電力負荷へ給電する請求項１〜３の何れか一項に記載のターボ過給式ガスエンジン。
5. 前記混合気圧制御部は、前記燃料制御弁開度低減制御及び前記混合気圧増加制御を実行している間において、前記混合気圧を、前記燃焼室での混合気の当量比が１より小さいリーンバーン燃焼に対応する目標混合気圧に設定する請求項１〜４の何れか一項に記載のターボ過給式ガスエンジン。
6. 燃料ガスと空気との混合気を燃焼室において圧縮して燃焼させることにより回転動力を発生するエンジン本体と、
   前記エンジン本体の吸気路へ燃料ガスを供給する燃料ガス供給路を通流する燃料ガスの流量を調整する燃料制御弁と、
   前記エンジン本体の排気路に設けられるタービンに前記燃焼室から排出される排ガスを供給し、前記タービンに連結される状態で吸気路に設けられるコンプレッサによって前記燃焼室に吸気される混合気を圧縮する過給機と、
   前記吸気路において前記燃焼室に吸気される混合気の流量を調整する混合気制御弁と、
   前記エンジン本体の吸気路における前記混合気制御弁の下流側で前記エンジン本体の上流側の混合気圧を測定する圧力センサと、を備えたターボ過給式ガスエンジンの制御方法であって、
   前記エンジン本体の出力を目標出力に維持する出力維持制御を実行している状態で、前記圧力センサにて測定される混合気圧が目標の混合気圧である目標混合気圧となるように前記燃料制御弁と前記混合気制御弁との少なくとも何れか一方の開度を制御する混合気圧制御を実行可能に構成され、
   前記エンジン本体への初期負荷投入後で次期の負荷である次期負荷が投入される前に、前記エンジン本体の出力を目標出力に維持している状態で、前記出力維持制御及び前記混合気圧制御に優先して前記燃料制御弁開度制御部が前記燃料制御弁の開度を低減する燃料制御弁開度低減制御を実行すると共に、混合気圧制御として前記目標混合気圧を高い側へ調整して混合気圧を増加する混合気圧増加制御を実行するターボ過給式ガスエンジンの制御方法。

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