JP7409785B2 - Gas engine control device, gas engine system, and gas engine control program - Google Patents
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Description
本開示は、ガスエンジンの制御装置及びガスエンジンシステム並びにガスエンジンの制御プログラムに関する。 The present disclosure relates to a gas engine control device, a gas engine system, and a gas engine control program.
都市ガス等のガスを主燃料とするガスエンジンとして、燃焼室としての主室及び副室を備えた副室式ガスエンジンが用いられている。 BACKGROUND ART As a gas engine that uses gas such as city gas as its main fuel, a sub-chamber type gas engine that includes a main chamber and a sub-chamber as a combustion chamber is used.
特許文献1には、シリンダ及びピストンによって画定される主室と、噴口(ノズル)を介して主室と連通される副室と、を含む副室式ガスエンジンが記載されている。
このようなガスエンジンでは、一般に、吸入行程において、主室には、給気管を介して比較的希薄な混合気が供給され、副室には、副室ガス供給管を介して燃料ガスが供給される。圧縮行程にて、副室内に理論空燃比付近の混合気が形成され、副室に設けられた点火プラグにより、副室内の混合気に着火される。そして、膨張行程において、副室で生成した火炎は、噴口を介して主室内に噴出され、主室内の混合気に火炎が伝播して主室内の燃料ガスが燃焼されるようになっている。
Generally, in such a gas engine, during the intake stroke, a relatively lean air-fuel mixture is supplied to the main chamber via the air supply pipe, and fuel gas is supplied to the subchamber via the subchamber gas supply pipe. be done. During the compression stroke, an air-fuel mixture at a near stoichiometric air-fuel ratio is formed in the pre-chamber, and the air-fuel mixture in the pre-chamber is ignited by a spark plug provided in the pre-chamber. Then, during the expansion stroke, the flame generated in the sub-chamber is ejected into the main chamber through the nozzle, the flame propagates into the air-fuel mixture in the main chamber, and the fuel gas in the main chamber is combusted.
また、特許文献1には、副室ガス供給管内の圧力と、主室に混合気を供給する給気管内の圧力との差圧、すなわち副室差圧に基づいて、副室ガス供給管を介した副室への燃料ガスの供給量を調節するようになっている。
Furthermore,
ところで、副室ガスエンジンにおいて、副室への燃料ガス供給量の制御の仕方によっては、負荷投入時にエンジン回転数が大幅に低下し、エンジンの運転が安定するまでに時間を要する場合があった。即ち、負荷投入時に、主室への混合気の供給量を増やすと、主室内の空気過剰率が急激に低下し、空気過剰率が1程度(即ち、理論空燃比程度)まで低下する場合がある。このとき、例えば、特許文献1に記載のように副室差圧に基づく制御を貫くと、主室内の空気過剰率の低下に応じて、点火時における副室内の空気過剰率も急激に低下する。このため、点火時において副室内の混合気濃度が過度に高くなり、副室内失火が生じる可能性がある。副室内失火が起きると、これに起因してエンジン回転数が大幅に低下するため、回転数が回復して安定するまでに時間を要することになる。
By the way, in pre-chamber gas engines, depending on how the amount of fuel gas supplied to the pre-chamber is controlled, the engine speed may drop significantly when a load is applied, and it may take some time for engine operation to stabilize. . In other words, when the amount of air-fuel mixture supplied to the main chamber is increased when a load is applied, the excess air ratio in the main chamber decreases rapidly, and the excess air ratio may drop to about 1 (that is, about the stoichiometric air-fuel ratio). be. At this time, for example, if control is carried out based on the pre-chamber differential pressure as described in
上述の事情に鑑みて、本発明の少なくとも一実施形態は、負荷投入時であっても安定的に運転可能なガスエンジンの制御装置及びガスエンジンシステム並びにガスエンジンの制御プログラムを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, it is an object of at least one embodiment of the present invention to provide a gas engine control device, a gas engine system, and a gas engine control program that can operate stably even when a load is applied. shall be.
(1)本発明の少なくとも一実施形態に係るガスエンジンの制御装置は、
シリンダ及びピストンによって画定される主室と、噴口を有し、該噴口を介して前記主室と連通される副室と、前記副室に供給される燃料ガスの量を調節するための副室ガス調整弁と、を含むガスエンジンの制御装置であって、
少なくともエンジン負荷の増加時において、前記主室に供給される混合気の空気過剰率である主室空気過剰率λ1、点火時における前記副室内のガスの空気過剰率である副室空気過剰率λ2、及び、失火率の相関関係を示す失火率マップに基づいて、前記副室空気過剰率λ2が、前記失火率マップにおける失火領域に入らないように、前記副室ガス調整弁の開度指令値を設定するように構成された指令値設定部を備える。
(1) A gas engine control device according to at least one embodiment of the present invention includes:
A main chamber defined by a cylinder and a piston, a sub-chamber having a nozzle and communicating with the main chamber via the nozzle, and a sub-chamber for adjusting the amount of fuel gas supplied to the sub-chamber. A gas engine control device including a gas regulating valve,
At least when the engine load increases, the main chamber excess air ratio λ1 is the excess air ratio of the air-fuel mixture supplied to the main chamber, and the pre-chamber excess air ratio λ2 is the excess air ratio of the gas in the auxiliary chamber at the time of ignition. , and based on a misfire rate map showing the correlation between the misfire rates, an opening command value of the pre-chamber gas regulating valve is determined so that the pre-chamber excess air ratio λ2 does not fall into the misfire region in the misfire rate map. A command value setting section configured to set the command value is provided.
上記(1)の構成では、少なくともエンジン負荷の増加時(例えば、負荷投入時)において、主室空気過剰率λ1、副室空気過剰率λ2、及び、失火率の相関関係を示す失火率マップに基づいて、副室空気過剰率λ2が失火率マップの失火領域に入らないように、副室ガス調整弁の開度指令値を設定する(例えば、該開度指令値を規定値以下に小さくする等)。したがって、主室空気過剰率λ1が比較的小さい場合であっても、副室内への燃料ガスの供給量を適切に調節して、副室空気過剰率λ2が過度に小さくなるのを抑制して副室内失火を回避することができる。これにより、負荷投入時におけるエンジン回転数の大幅な低下を抑制することができ、負荷投入時であっても、安定的にエンジンを運転することができる。
なお、失火率マップの失火領域とは、失火率が高く失火が生じやすいλ1及びλ2の領域である。
In the configuration (1) above, at least when the engine load increases (for example, when applying a load), the misfire rate map showing the correlation between the main chamber excess air ratio λ1, the pre-chamber excess air ratio λ2, and the misfire rate is created. Based on this, the opening command value of the pre-chamber gas adjustment valve is set so that the pre-chamber excess air ratio λ2 does not fall into the misfire region of the misfire rate map (for example, the opening command value is reduced to below a specified value). etc). Therefore, even if the main chamber excess air ratio λ1 is relatively small, the amount of fuel gas supplied to the auxiliary chamber can be appropriately adjusted to prevent the auxiliary chamber excess air ratio λ2 from becoming excessively small. Misfires in the subchamber can be avoided. As a result, it is possible to suppress a significant decrease in the engine speed when a load is applied, and the engine can be operated stably even when a load is applied.
Note that the misfire regions of the misfire rate map are regions of λ1 and λ2 where the misfire rate is high and misfires are likely to occur.
(2)幾つかの実施形態では、上記(1)の構成において、
前記制御装置は、
少なくとも、前記主室に供給される前記混合気の圧力P1、前記主室空気過剰率λ1、及び、前記副室に供給される前記燃料ガスの圧力P2と前記圧力P1との差である副室差圧(P2-P1)に基づいて、前記副室空気過剰率λ2を推定するように構成された副室空気過剰率算出部を備える。
(2) In some embodiments, in the configuration of (1) above,
The control device includes:
At least the pressure P1 of the air-fuel mixture supplied to the main chamber, the main chamber excess air ratio λ1, and the difference between the pressure P2 of the fuel gas supplied to the auxiliary chamber and the pressure P1 in the auxiliary chamber. The apparatus includes a pre-chamber excess air ratio calculating section configured to estimate the pre-chamber excess air ratio λ2 based on the differential pressure (P2-P1).
上記(2)の構成によれば、少なくとも、主室に供給される混合気の圧力P1、主室空気過剰率λ1、及び、副室に供給される燃料ガスの圧力P2と圧力P1との差である副室差圧(P2-P1)に基づいて、副室空気過剰率λ2を適切に推定することができる。よって、このように取得された副室空気過剰率λ2の推定値を用いて、上述の失火率マップに基づいて、副室空気過剰率λ2が失火率マップの失火領域に入らないように副室ガス調整弁の開度指令値を設定することで、副室内への燃料ガスの供給量を適切に調節することができる。 According to the configuration (2) above, at least the pressure P1 of the air-fuel mixture supplied to the main chamber, the main chamber excess air ratio λ1, and the difference between the pressure P2 and the pressure P1 of the fuel gas supplied to the auxiliary chamber. The pre-chamber excess air ratio λ2 can be appropriately estimated based on the pre-chamber differential pressure (P2-P1). Therefore, using the estimated value of the pre-chamber excess air ratio λ2 obtained in this way, and based on the above-mentioned misfire rate map, the pre-chamber excess air ratio λ2 is adjusted so that the pre-chamber excess air ratio λ2 does not fall into the misfire region of the misfire rate map. By setting the opening degree command value of the gas regulating valve, the amount of fuel gas supplied into the subchamber can be appropriately adjusted.
(3)幾つかの実施形態では、上記(2)の構成において、
前記ガスエンジンは、複数のシリンダ及びピストンによってそれぞれ画定される複数の主室と、前記複数の主室に対応してそれぞれ設けられる複数の副室及び複数の副室ガス調整弁と、を含み、
前記副室空気過剰率算出部は、前記複数のシリンダの各々についての流量係数に基づいて、前記複数のシリンダの各々について前記副室空気過剰率λ2を推定するように構成される。
(3) In some embodiments, in the configuration of (2) above,
The gas engine includes a plurality of main chambers each defined by a plurality of cylinders and a piston, and a plurality of auxiliary chambers and a plurality of auxiliary chamber gas adjustment valves respectively provided corresponding to the plurality of main chambers,
The auxiliary chamber excess air ratio calculation unit is configured to estimate the auxiliary chamber excess air ratio λ2 for each of the plurality of cylinders based on a flow coefficient for each of the plurality of cylinders.
ガスエンジンが複数のシリンダ及びピストンを含む場合、副室の噴口径はシリンダごとにばらつきが存在するため、上述の副室差圧(P2-P1)が同一であっても主室から副室に流入する混合気の流量は気筒ごとにばらつく場合がある(即ち、流量係数が気筒ごとに異なる場合がある)。
この点、上記(3)の構成によれば、シリンダごとの流量係数を考慮して、複数のシリンダの各々についての前記副室空気過剰率λ2を算出するようにしたので、このように取得された副室空気過剰率λ2の推定値を用いることで、該副室空気過剰率λ2に対応する失火率をより精度良く把握することができる。よって、複数のシリンダの各々について、得られた副室空気過剰率λ2の推定値が失火率マップの失火領域に入らないように副室ガス調整弁の開度指令値を設定することで、副室内への燃料ガスの供給量をより適切に調節することができる。
When a gas engine includes multiple cylinders and pistons, the nozzle diameter of the subchamber varies from cylinder to cylinder, so even if the above-mentioned subchamber differential pressure (P2-P1) is the same, there is The flow rate of the inflowing air-fuel mixture may vary from cylinder to cylinder (that is, the flow coefficient may differ from cylinder to cylinder).
In this regard, according to configuration (3) above, the pre-chamber excess air ratio λ2 for each of a plurality of cylinders is calculated by taking into account the flow coefficient for each cylinder, so that the pre-chamber excess air ratio λ2 is calculated in this way. By using the estimated value of the pre-chamber excess air ratio λ2, it is possible to more accurately grasp the misfire rate corresponding to the pre-chamber excess air ratio λ2. Therefore, by setting the opening command value of the pre-chamber gas regulating valve for each of the plurality of cylinders so that the estimated value of the obtained pre-chamber excess air ratio λ2 does not fall within the misfire region of the misfire rate map, The amount of fuel gas supplied into the room can be adjusted more appropriately.
(4)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(3)の何れかの構成において、
前記指令値設定部は、少なくともエンジン負荷の増加時において、前記失火率マップに基づいて、現在の主室空気過剰率λ1に対して失火率が極小となる目標副室空気過剰率λ2*を取得し、前記副室に供給される前記燃料ガスの圧力P2と前記主室に供給される前記混合気の圧力P1との差である副室差圧(P2-P1)が、前記目標副室空気過剰率λ2*に対応する目標副室差圧となるように、前記副室ガス調整弁の開度指令値を設定するように構成される。
(4) In some embodiments, in any of the configurations (1) to (3) above,
The command value setting unit obtains a target sub-chamber excess air ratio λ2* at which the misfire rate is minimal with respect to the current main-chamber excess air ratio λ1, based on the misfire rate map, at least when the engine load increases. The sub-chamber differential pressure (P2-P1), which is the difference between the pressure P2 of the fuel gas supplied to the sub-chamber and the pressure P1 of the air-fuel mixture supplied to the main chamber, is the target sub-chamber pressure. The opening command value of the subchamber gas regulating valve is configured to be set to a target subchamber differential pressure corresponding to the excess air ratio λ2*.
上記(4)の構成によれば、失火率マップに基づいて、現在の主膣空気過剰率λ1に対応して歯科率が極小となる目標副室空気過剰率λ2*を取得し、副室差圧が目標副室空気過剰率λ2*に対応する目標副室差圧となるように副室ガス調整弁の開度指令値を設定する。したがって、このように設定された開度指令値に基づいて副室への燃料ガス供給量を調節することにより、主室空気過剰率λ1が比較的小さい場合であっても、副室空気過剰率λ2が過度に小さくなるのを抑制して副室内失火を適切に回避することができる。 According to the configuration (4) above, based on the misfire rate map, the target pre-chamber excess air rate λ2* at which the dental rate is minimized is obtained corresponding to the current main vaginal excess air rate λ1, and the pre-chamber The opening degree command value of the subchamber gas regulating valve is set so that the pressure becomes the target subchamber differential pressure corresponding to the target subchamber excess air ratio λ2*. Therefore, by adjusting the amount of fuel gas supplied to the auxiliary chamber based on the opening command value set in this way, even if the main chamber excess air ratio λ1 is relatively small, the auxiliary chamber excess air ratio can be adjusted. By suppressing λ2 from becoming excessively small, it is possible to appropriately avoid a misfire in the subchamber.
(5)幾つかの実施形態では、上記(1)乃至(4)の何れかの構成において、
ガスエンジンの制御装置は、
前記ガスエンジンの運転条件に応じた前記失火率マップを取得するマップ取得部を備え、
前記指令値設定部は、前記マップ取得部により取得された前記失火率マップを用いて、前記開度指令値を設定するように構成される。
(5) In some embodiments, in any of the configurations (1) to (4) above,
The gas engine control device is
comprising a map acquisition unit that acquires the misfire rate map according to operating conditions of the gas engine,
The command value setting section is configured to set the opening command value using the misfire rate map acquired by the map acquisition section.
上記(5)の構成によれば、エンジンの運転条件に応じた失火率マップを用いて開度指令値を設定するようにしたので、主室空気過剰率λ1及び副室空気過剰率λ2に基づいて、エンジンの運転条件に応じた失火率を取得することができる。したがって、このように取得した失火率に基づいて、副室ガス調整弁の開度指令値をより適切に設定することができる。よって、主室空気過剰率λ1が比較的小さい場合であっても、副室内への燃料ガスの供給量をより適切に調節して、副室空気過剰率λ2が過度に小さくなるのを抑制して副室内失火を回避することができる。 According to the configuration (5) above, the opening command value is set using the misfire rate map according to the engine operating conditions, so it is based on the main chamber excess air ratio λ1 and the pre-chamber excess air ratio λ2. Therefore, it is possible to obtain the misfire rate according to the engine operating conditions. Therefore, based on the misfire rate obtained in this way, the opening degree command value of the pre-chamber gas regulating valve can be set more appropriately. Therefore, even if the main chamber excess air ratio λ1 is relatively small, the amount of fuel gas supplied to the auxiliary chamber can be adjusted more appropriately to prevent the auxiliary chamber excess air ratio λ2 from becoming excessively small. misfire in the subchamber can be avoided.
(6)幾つかの実施形態では、上記(5)の構成において、
前記運転条件は、外気温、前記主室に供給される前記混合気の温度、又は前記燃料ガスの性状の少なくとも1つを含む。
(6) In some embodiments, in the configuration of (5) above,
The operating conditions include at least one of the outside temperature, the temperature of the air-fuel mixture supplied to the main chamber, and the properties of the fuel gas.
主室空気過剰率λ1及び副室空気過剰率λ2と、失火率との関係は、外気温、主室に供給される混合気の温度、又は燃料ガスの性状等のエンジンの運転条件によって異なる場合がある。この点、上記(6)の構成によれば、これらの運転条件に応じた失火率マップを用いて開度指令値を設定するようにしたので、主室空気過剰率λ1及び副室空気過剰率λ2に基づいて、これらのエンジンの運転条件に応じた失火率を取得することができる。したがって、このように取得した失火率に基づいて、副室ガス調整弁の開度指令値をより適切に設定することができる。 The relationship between the main chamber excess air ratio λ1, the pre-chamber excess air ratio λ2, and the misfire rate may vary depending on the engine operating conditions such as the outside temperature, the temperature of the air-fuel mixture supplied to the main chamber, or the properties of the fuel gas. There is. In this regard, according to the configuration (6) above, since the opening command value is set using the misfire rate map according to these operating conditions, the main chamber excess air ratio λ1 and the auxiliary chamber excess air ratio Based on λ2, it is possible to obtain the misfire rate according to the operating conditions of these engines. Therefore, based on the misfire rate obtained in this way, the opening degree command value of the pre-chamber gas regulating valve can be set more appropriately.
(7)本発明の少なくとも一実施形態に係るガスエンジンシステムは、
シリンダ及びピストンによって画定される主室と、
噴口を有し、該噴口を介して前記主室と連通される副室と、
前記副室に供給される燃料ガスの量を調節するための副室ガス調整弁と、を含むガスエンジンと、
前記ガスエンジンを制御するための上記(1)乃至(6)の何れか一項に記載の制御装置と、
を備える。
(7) The gas engine system according to at least one embodiment of the present invention includes:
a main chamber defined by a cylinder and a piston;
a sub-chamber having a spout and communicating with the main chamber via the spout;
a gas engine including a subchamber gas adjustment valve for adjusting the amount of fuel gas supplied to the subchamber;
The control device according to any one of (1) to (6) above for controlling the gas engine;
Equipped with.
上記(7)の構成では、少なくともエンジン負荷の増加時(例えば負荷投入時)において、主室空気過剰率λ1、副室空気過剰率λ2、及び、失火率の相関関係を示す失火率マップに基づいて、副室空気過剰率λ2が失火率マップの失火領域に入らないように、副室ガス調整弁の開度指令値を設定する(例えば、該開度指令値を規定値以下に小さくする等)。したがって、主室空気過剰率λ1が比較的小さい場合であっても、副室内への燃料ガスの供給量を適切に調節して、副室空気過剰率λ2が過度に小さくなるのを抑制して副室内失火を回避することができる。これにより、負荷投入時におけるエンジン回転数の大幅な低下を抑制することができ、負荷投入時であっても、安定的にエンジンを運転することができる。 In the configuration (7) above, at least when the engine load increases (for example, when applying a load), the misfire rate map is based on the misfire rate map showing the correlation between the main chamber excess air ratio λ1, the pre-chamber excess air ratio λ2, and the misfire rate. Then, the opening command value of the pre-chamber gas adjustment valve is set so that the pre-chamber excess air ratio λ2 does not fall into the misfire region of the misfire rate map (for example, by reducing the opening command value below a specified value, etc.) ). Therefore, even if the main chamber excess air ratio λ1 is relatively small, the amount of fuel gas supplied to the auxiliary chamber can be appropriately adjusted to prevent the auxiliary chamber excess air ratio λ2 from becoming excessively small. Misfires in the subchamber can be avoided. As a result, it is possible to suppress a significant decrease in the engine speed when a load is applied, and the engine can be operated stably even when a load is applied.
(8)本発明の少なくとも一実施形態に係るガスエンジンの制御プログラムは、
シリンダ及びピストンによって画定される主室と、噴口を有し、該噴口を介して前記主室と連通される副室と、前記副室に供給される燃料ガスの量を調節するための副室ガス調整弁と、を含むガスエンジンを制御するためのプログラムであって、
少なくともエンジン負荷の増加時において、前記主室に供給される混合気の空気過剰率である主室空気過剰率λ1、点火時における前記副室内のガスの空気過剰率である副室空気過剰率λ2、及び、失火率の相関関係を示す失火率マップに基づいて、前記副室空気過剰率λ2が、前記失火率マップにおける失火領域に入らないように、前記副室ガス調整弁の開度指令値を設定する手順をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
(8) A gas engine control program according to at least one embodiment of the present invention includes:
A main chamber defined by a cylinder and a piston, a sub-chamber having a nozzle and communicating with the main chamber via the nozzle, and a sub-chamber for adjusting the amount of fuel gas supplied to the sub-chamber. A program for controlling a gas engine including a gas regulating valve,
At least when the engine load increases, the main chamber excess air ratio λ1 is the excess air ratio of the air-fuel mixture supplied to the main chamber, and the pre-chamber excess air ratio λ2 is the excess air ratio of the gas in the auxiliary chamber at the time of ignition. , and based on a misfire rate map showing the correlation between the misfire rates, an opening command value of the pre-chamber gas regulating valve is determined so that the pre-chamber excess air ratio λ2 does not fall into the misfire region in the misfire rate map. This is a program that causes a computer to execute the steps for setting the .
上記(8)のプログラムによれば、少なくともエンジン負荷の増加時(例えば負荷投入時)において、主室空気過剰率λ1、副室空気過剰率λ2、及び、失火率の相関関係を示す失火率マップに基づいて、副室空気過剰率λ2が失火率マップの失火領域に入らないように、副室ガス調整弁の開度指令値を設定する(例えば、該開度指令値を規定値以下に小さくする等)。したがって、主室空気過剰率λ1が比較的小さい場合であっても、副室内への燃料ガスの供給量を適切に調節して、副室空気過剰率λ2が過度に小さくなるのを抑制して副室内失火を回避することができる。これにより、負荷投入時におけるエンジン回転数の大幅な低下を抑制することができ、負荷投入時であっても、安定的にエンジンを運転することができる。 According to the program (8) above, at least when the engine load increases (for example, when applying a load), the misfire rate map shows the correlation between the main chamber excess air ratio λ1, the pre-chamber excess air ratio λ2, and the misfire rate. Based on this, the opening command value of the pre-chamber gas adjustment valve is set so that the pre-chamber excess air ratio λ2 does not fall into the misfire region of the misfire rate map (for example, the opening command value is set to be smaller than the specified value). etc.). Therefore, even if the main chamber excess air ratio λ1 is relatively small, the amount of fuel gas supplied to the auxiliary chamber can be appropriately adjusted to prevent the auxiliary chamber excess air ratio λ2 from becoming excessively small. Misfires in the subchamber can be avoided. As a result, it is possible to suppress a significant decrease in the engine speed when a load is applied, and the engine can be operated stably even when a load is applied.
本発明の少なくとも一実施形態によれば、負荷投入時であっても安定的に運転可能なガスエンジンの制御装置及びガスエンジンシステム並びにガスエンジンの制御プログラムが提供される。 According to at least one embodiment of the present invention, a gas engine control device, a gas engine system, and a gas engine control program that can operate stably even when a load is applied are provided.
以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Hereinafter, some embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, etc. of the components described as the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention thereto, and are merely illustrative examples. do not have.
まず、図1及び図2を参照して、幾つかの実施形態に係る制御装置が適用されるガスエンジン及びガスエンジンシステムについて説明する。図1は、一実施形態に係るガスエンジンシステムの概略図である。図2は、一実施形態に係るガスエンジンシステムの燃焼室周りの構造を示す。
なお、以下に説明する実施形態では、ガスエンジンシステムのガスエンジンは、発電機を駆動するための過給機付きガスエンジンである。但し、本発明は、以下に説明する実施形態のガスエンジンの具体的構成に限定されるものではなく、種々の構成を採用可能であり、例えば駆動対象は発電機以外の任意の被駆動装置であってもよい。
First, with reference to FIGS. 1 and 2, a gas engine and a gas engine system to which control devices according to some embodiments are applied will be described. FIG. 1 is a schematic diagram of a gas engine system according to one embodiment. FIG. 2 shows a structure around a combustion chamber of a gas engine system according to an embodiment.
Note that in the embodiment described below, the gas engine of the gas engine system is a gas engine with a supercharger for driving a generator. However, the present invention is not limited to the specific configuration of the gas engine of the embodiment described below, and various configurations can be adopted. For example, the driving target may be any driven device other than a generator. There may be.
図1に示すガスエンジンシステム1は、ガスエンジン3と、ガスエンジン3の運転を制御するための制御装置5とを備える。また、ガスエンジンシステム1は、例えば天然ガスや都市ガス等の燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスをガスエンジン3の主室307に供給する給気ライン103と、燃料ガスの一部をガスエンジン3の副室315に供給する副室ガス供給ライン105とを備える。
A
より詳細には、ガスエンジンシステム1は、ガスミキサ19に接続されて燃料ガスをガスミキサ19に供給する燃料ガス供給ライン101と、ガスミキサ19に接続されて燃焼用空気をガスミキサ19に供給する燃焼用空気供給ライン107とを備える。燃料ガス供給ライン101には、ガスミキサ19に供給される燃料ガスの流量を制御する燃料ガス供給量制御部71が設けられる。
More specifically, the
また、燃焼用空気供給ライン107には、ガスミキサ19に供給される燃焼用空気に含まれるゴミや塵埃などを取り除くエアクリーナ17が設けられてもよい。ガスミキサ19は、燃料ガス供給ライン101を介して供給された燃料ガスと、燃焼用空気供給ライン107を介して供給された燃焼用空気とを混合して混合ガスを生成する。
Further, the combustion
また、ガスエンジンシステム1は、コンプレッサ11a及び排気タービン11bを含む過給機11と、上述の給気ライン103とを備える。コンプレッサ11aは、ガスミキサ19によって生成された混合ガスを昇圧し、昇圧した混合ガスをコンプレッサ11aの下流側における給気ライン103に供給する。排気タービン11bは、ガスエンジン3から排出された排ガスによって回転し、コンプレッサ11aを駆動する。
The
給気ライン103は、混合ガスの流れ方向の上流側に配置された上流側給気ライン103aと、下流側に配置された給気マニホールド103bとを有する。上流側給気ライン103aには、給気マニホールド103bに供給する混合ガスの流量を制御する給気制御弁73が設けられている。この給気制御弁73は、例えばガバナスロットル弁とすることができる。また、給気マニホールド103bには、給気マニホールド103bの内部の圧力を検出する給気圧力センサ92が設けられている。
The
また、ガスエンジンシステム1は、燃料ガス供給ライン101から分岐して燃料ガスの一部をガスエンジン3の副室315に供給する上述の副室ガス供給ライン105を備える。副室ガス供給ライン105には、ガスエンジン3の副室に供給する燃料ガスの流量を制御する副室ガス調整弁75が設けられている。また、副室ガス供給ライン105の燃料ガスの流れ方向の下流側には、副室ガス供給ライン105の圧力を検出する副室ガス圧力センサ94が設けられている。
The
ガスエンジン3のクランクシャフト4にはフライホイール13が備えられ、フライホイール13には発電機15が直接取り付けられている。フライホイール13にはガスエンジン3の回転数を検出する回転数センサ95が設けられ、発電機15には発電機15の負荷つまりエンジン負荷を検出する負荷センサ93が設けられている。また、ガスエンジン3には、ガスエンジン3の主室307内の圧力を検出する筒内圧センサ(不図示)が設けられていてもよい。
A crankshaft 4 of the
図2に示すように、ガスエンジン3は、シリンダ301と、シリンダ301内を往復摺動自在に嵌合されたピストン303と、を備えている。ピストン303の上面と、シリンダ301及びシリンダライナ305の内面とによって、主室(主燃焼室)307が画定される。
As shown in FIG. 2, the
また、ガスエンジン3は、主室307に接続された吸気ポート311、及び、該吸気ポート311を開閉する吸気弁313等を備えている。吸気ポート311の上流側には上述した給気ライン103が接続されている。そのため、給気ライン103を介して供給される混合ガスは、吸気ポート311を経て吸気弁313に達し、吸気弁313の開弁によって主室307に供給される。
The
ガスエンジン3は、ノズルホルダー321と該ノズルホルダー321の先端部に取り付けられた副室口金317とを備え、該ノズルホルダー321の下端面と該副室口金317の内面とに囲まれた領域には副室315が形成されている。副室口金317には主室307と副室315とを連通する噴口319が複数形成されている。
The
ノズルホルダー321の内部には、上述した副室ガス供給ライン105に接続された副室ガスライン323と、副室315にて副室ガスライン323によって供給された燃料ガスに点火する点火装置325とが設けられている。
Inside the
また、副室ガスライン323には、逆止弁327が備えられている。逆止弁327を介した副室315への燃料ガスの供給量は、副室ガス供給ライン105における逆止弁327の上流側の圧力と、逆止弁327の下流側との圧力差である副室差圧により決まる。ここで、逆止弁327の下流側の圧力は、例えば副室315の圧力、主室307の圧力、又は給気ライン103の圧力に基づいて求めることができる。
副室ガス調整弁75によって副室差圧を調節することで、逆止弁327を介して副室315に供給される燃料ガスの流量が制御可能となっている。なお、詳細は後述するように、副室ガス調整弁75の開度は、制御装置5によって制御されるようになっている。
Further, the
By adjusting the sub-chamber differential pressure with the sub-chamber
図1に示すように、制御装置5は、指令値設定部20を備えている。指令値設定部20は、後述する第1指令値算出部24、主室空気過剰率算出部26、副室空気過剰率算出部28、失火率取得部30、記憶部34、副室空気過剰率目標値設定部43等を含んでいる。
As shown in FIG. 1, the
制御装置5は、CPU、メモリ(RAM)、補助記憶装置及びインターフェース等を含んでいてもよい。制御装置5は、インターフェースを介して、各種センサ(給気圧力センサ92、副室ガス圧力センサ94、負荷センサ93、回転数センサ95等)からの情報(計測結果を示す信号)受け取るように構成されている。CPUは、このようにして受け取った情報を処理するように構成される。また、CPUは、メモリに展開されるプログラムを処理するように構成される。
The
上述の指令値設定部20等は、CPUにより実行されるプログラムとして実装され、補助記憶装置に記憶されていてもよい。プログラム実行時には、これらのプログラムはメモリに展開される。CPUは、メモリからプログラムを読み出し、必要に応じて各種センサから受け取った情報を用いて、プログラムに含まれる命令を実行するようになっている。
The above-mentioned command
以下、幾つかの実施形態に係る制御装置5について、より詳細に説明する。
Hereinafter, the
制御装置5の指令値設定部20は、各種センサ(給気圧力センサ92、副室ガス圧力センサ94、負荷センサ93、回転数センサ95等)から受け取った信号や、後述する失火率マップに基づいて、副室ガス調整弁75の開度指令値を算出(設定)するように構成されている。副室ガス調整弁75は、制御装置5から開度指令値を受け取って、該開度指令値に基づいて開度が調節されるように構成されている。
The command
図3及び図6は、それぞれ、一実施形態に係る制御装置5のブロック図である。図3及び図6に示す制御フローに基づく制御は、少なくともガスエンジン3の負荷増加時において行われる。エンジン負荷の増加時とは、定常運転時とは異なり、エンジン負荷が増加する過渡的な運転状態であるときをいい、例えば、ガスエンジン3に接続される発電機15(図1参照)の負荷投入時等を含む。なお、図3に示す制御フローによる制御は、ガスエンジン3の定常運転時(即ち、エンジン負荷がほぼ定常的に推移している運転状態であるとき)に行ってもよい。
3 and 6 are block diagrams of the
図3に示す例示的な実施形態では、指令値設定部20は、第1指令値算出部(フィードバック指令値算出部)24、主室空気過剰率算出部26、副室空気過剰率算出部28、失火率取得部30、比較部36、及び、切替器40等を含む。
In the exemplary embodiment shown in FIG. 3, the command
図3に示す制御装置5では、第1指令値算出部24にて、副室ガス調整弁75の開度指令値Iの候補となるフィードバック指令値IFBが算出される。具体的には、まず、副室差圧の目標値と、実際の副室差圧(P2-P1)とが減算器22に入力され、減算器22にて、実際の副室差圧と上述の目標値との偏差(差分)が算出される。
In the
ここで、副室差圧とは、ガスエンジン3の副室315(図2参照)に供給される燃料ガスの圧力P2と、主室307に供給される混合気の圧力P1との差である。
副室差圧の目標値は、エンジン回転数及びエンジン負荷に対する副室差圧のマップから取得されるようになっている。なお、予め実験等により取得された上述のマップが、制御装置5の記憶装置に格納されており、第1指令値算出部24による演算時に、記憶装置から当該マップが読み出されるようになっていてもよい。
また、実際の副室差圧(P2-P1)は、副室ガス圧力センサ94で取得される圧力P2及び、給気圧力センサ92で取得される圧力P1に基づき算出するようにしてもよい。
Here, the pre-chamber pressure difference is the difference between the pressure P2 of the fuel gas supplied to the sub-chamber 315 (see FIG. 2) of the
The target value of the pre-chamber differential pressure is obtained from a map of the pre-chamber differential pressure with respect to engine speed and engine load. Note that the above-mentioned map obtained in advance through experiments or the like is stored in the storage device of the
Further, the actual subchamber pressure difference (P2-P1) may be calculated based on the pressure P2 acquired by the subchamber gas pressure sensor 94 and the pressure P1 acquired by the supply
減算器22で算出された副室差圧の実際値と目標値との偏差は第1指令値算出部24入力される。第1指令値算出部24は、該偏差に基づいて、副室ガス調整弁75の開度に係るフィードバック指令値IFBを算出し、切替器40に出力する。
The deviation between the actual value of the pre-chamber differential pressure calculated by the
なお、第1指令値算出部24は、減算器22から受け取った偏差に基づいて比例・積分演算を行うことにより、フィードバック指令値IFBを算出し出力するPI制御器であってもよい。あるいは、第1指令値算出部24は、減算器22から受け取った偏差に基づいて比例・積分・微分演算を行うことにより、フィードバック指令値IFBを算出し出力するPID制御器であってもよい。
Note that the first command
一方、図3に示す制御装置5では、主室空気過剰率算出部26にて、主室307に供給される混合気の空気過剰率である主室空気過剰率λ1を算出し、副室空気過剰率算出部28にて、点火時における副室315内のガスの空気過剰率である副室空気過剰率λ2を算出する。
On the other hand, in the
主室空気過剰率λ1は、給気マニホールド103bを介して主室307に供給される空気量と、燃料量とから算出することができる。主室307に供給される空気量は、例えば、エンジン回転数、給気ライン圧力、及び、体積効率マップを用いて算出することができる。また、主室307に供給される燃料量は、例えば、燃料ガス供給ライン101に設けられた燃料ガス供給量制御部71における流量等に基づいて算出することができる。
主室空気過剰率算出部26で算出された主室空気過剰率λ1は、失火率取得部30及び副室空気過剰率算出部28に出力される。
The main chamber excess air ratio λ1 can be calculated from the amount of air supplied to the
The main chamber excess air ratio λ1 calculated by the main chamber excess air
副室空気過剰率λ2は、少なくとも、主室307に供給される混合気の圧力P1、主室空気過剰率算出部26にて算出された主室空気過剰率λ1、及び、副室315に供給される燃料ガスの圧力P2と圧力P1との差である副室差圧(P2-P1)に基づいて算出推定されるようになっている。
The auxiliary chamber excess air ratio λ2 is at least the pressure P1 of the air-fuel mixture supplied to the
ここで、図5を参照して、副室空気過剰率λ2の計算方法についてより具体的に説明する。図5は、一実施形態に係る副室空気過剰率λ2の計算フローを示す図である。 Here, with reference to FIG. 5, the method of calculating the subchamber excess air ratio λ2 will be explained in more detail. FIG. 5 is a diagram showing a calculation flow of the subchamber excess air ratio λ2 according to one embodiment.
図5に示すように、まず、副室差圧を計測(算出)する(ステップS1)。次に、副室315への燃料ガスの供給量を計算する(ステップS2)。次に、点火前の副室315の空気量及び燃料ガス量を計算する(ステップS4)。次に、点火時期における副室315の空気量及び燃料ガス量を計算する(ステップS6)。そして、点火時期における副室315内の空気過剰率λ2を算出する(ステップS8)。
なお、点火前とは、ピストン303が下死点近傍に位置し、主室の容積が最も大きい時期であり、点火時期とは、ピストン303が上死点近傍に位置し、主室の容積が最も小さい時期である。
As shown in FIG. 5, first, the subchamber pressure difference is measured (calculated) (step S1). Next, the amount of fuel gas supplied to the
Note that before ignition is the time when the
ステップS1では、副室315に供給される燃料ガスの圧力P2を副室ガス圧力センサ94で計測し、また、主室307に供給される混合気の圧力P1を給気圧力センサ92で計測する。そして、圧力P1及び圧力P2の計測結果に基づいて、副室差圧(P2-P1)を算出する。
In step S1, the pressure P2 of the fuel gas supplied to the
ステップS2では、上述の副室差圧(P2-P1)に基づいて、副室315への燃料ガスの供給量を計算する。
ステップS4では、ステップS2で計算された副室315への燃料ガス供給量、及び、副室315の容積等に基づいて、点火前の副室315の空気量及び燃料ガス量を計算する。
ステップS6では、ステップS4で算出された点火前の副室315の空気量及び燃料ガス量、主室空気過剰率算出部26で算出された主室空気過剰率λ1、及び、圧縮比等に基づいて、点火時期における副室315の空気量及び燃料ガス量を計算する。
ステップS8では、ステップS6で算出した点火時期における副室315の空気量及び燃料ガス量に基づいて、点火時における副室315内のガスの空気過剰率λ2を計算する。
In step S2, the amount of fuel gas supplied to the
In step S4, the amount of air and fuel gas in the
In step S6, based on the air amount and fuel gas amount in the
In step S8, the excess air ratio λ2 of the gas in the
図3に示すように、副室空気過剰率算出部28で算出された副室空気過剰率λ2は、失火率取得部30に出力される。
As shown in FIG. 3, the subchamber excess air ratio λ2 calculated by the subchamber excess air
失火率取得部30では、主室空気過剰率λ1及び副室空気過剰率λ2と、記憶部34から取得した失火率マップ200に基づいて、入力された主室空気過剰率λ1及び副室空気過剰率λ2に対応する失火率Rを取得する。
The misfire
図4は、失火率マップ200の一例である。失火率マップ200は、主室空気過剰率λ1、副室空気過剰率λ2、及び、失火率Rの相関関係を示すマップである。図4において、縦軸は主室空気過剰率λ1を示し、横軸は副室空気過剰率λ2を示す。
FIG. 4 is an example of a
また、図4において、直線L11~L13及びL21~L23は、それぞれ、等失火率曲線を示す(なお図4においては、等失火率曲線は直線である)。図中のR1~R3は、直線L11,L21における失火率はR1であり、直線L12,L22における失火率はR2であり、直線L13,L23における失火率はR3であることを示す。
失火率R1~R3の大小関係は、R1<R2<R3である。すなわち、直線L11よりも左側の領域A1(λ2が小さい領域)においては、λ2が小さくなるほど失火率が高くなる。また、直線L21よりも右側の領域A2(λ2が大きい領域)においては、λ2が大きくなるほど失火率が高くなる。
Further, in FIG. 4, straight lines L11 to L13 and L21 to L23 each represent a constant misfire rate curve (note that in FIG. 4, the constant misfire rate curve is a straight line). R1 to R3 in the figure indicate that the misfire rate on straight lines L11 and L21 is R1, the misfire rate on straight lines L12 and L22 is R2, and the misfire rate on straight lines L13 and L23 is R3.
The magnitude relationship between the misfire rates R1 to R3 is R1<R2<R3. That is, in the region A1 on the left side of the straight line L11 (region where λ2 is small), the misfire rate increases as λ2 becomes smaller. Furthermore, in the region A2 on the right side of the straight line L21 (region where λ2 is large), the misfire rate increases as λ2 increases.
図4に示す失火率マップ200において失火率がR1よりも大きい領域A1,A2は、副室内失火が起きる可能性が高い失火領域を示す。なお、失火率マップ200において失火率がR1よりも小さい領域A0は、副室内失火が起きる可能性が比較的低い安定燃焼領域である。
In the
すなわち、主室空気過剰率λ1及び副室空気過剰率λ2が取得されていれば、失火率マップ200を参照することにより、主室空気過剰率λ1及び副室空気過剰率λ2に対応する失火率Rを取得することができる。
That is, if the main chamber excess air ratio λ1 and the sub-chamber excess air ratio λ2 have been acquired, by referring to the
失火率マップ200は、予め実験的に作成されたものであってもよい。また、予め作成された失火率マップ200が、制御装置5の記憶部34に格納されていてもよい。
The
失火率取得部30で取得された失火率Rは、比較部36に入力される。比較部36では、入力された失火率Rを、閾値Rthと比較する。閾値Rthは、例えば、図4に示す失火率マップ200におけるR1であってもよい。失火率RがR1よりも大きい場合、その失火率Rは、失火領域A1,A2の領域内に入っているためである。
The misfire rate R acquired by the misfire
比較部36で失火率Rと閾値Rthとを比較した結果、失火率Rが閾値Rthよりも大きい場合(R>Rth)、比較部36は、「ON」を示す信号を出力し、この信号を受け取った切替器40は、メモリ38から開度指令値Imem(固定値)を読み出し、これを開度指令値Iとして副室ガス調整弁75に向けて出力する。開度指令値Imemは、例えばゼロであってもよい。この場合、開度指令値Iとしてゼロ値が出力され、副室ガス調整弁75は閉止される(即ち、開度ゼロとなる)。
As a result of comparing the misfire rate R and the threshold value Rth in the
一方、比較部36で失火率Rと閾値Rthとを比較した結果、失火率Rが閾値Rthよりも小さい場合(R<Rth)、比較部36は、「OFF」を示す信号を出力し、この信号を受け取った切替器40は、第1指令値算出部24から受け取ったフィードバック指令値IFBを開度指令値Iとして副室ガス調整弁75に向けて出力する。この場合、副室ガス調整弁75の開度が、フィードバック指令値IFBに一致するように調節される。
On the other hand, as a result of comparing the misfire rate R and the threshold value Rth in the
上述した実施形態に係る制御装置5の指令値設定部20は、少なくともエンジン負荷の増加時において、上述の失火率マップ200に基づいて、副室空気過剰率λ2が、該失火率マップ200における失火領域A1,A2(図4参照)に入らないように、副室ガス調整弁75の開度指令値Iを設定するように構成されている。
すなわち、失火率マップ200から取得された失火率Rが閾値Rthを超えて失火領域A1,A2に入ろうとしたとき、副室ガス調整弁75の開度指令値Iを規定の値(例えばゼロ)にするようになっている。
The command
That is, when the misfire rate R obtained from the
したがって、主室空気過剰率λ1が比較的小さい場合であっても、副室315内への燃料ガスの供給量を適切に調節して、副室空気過剰率λ2が過度に小さくなるのを抑制して副室内失火を回避することができる。これにより、負荷投入時におけるエンジン回転数の大幅な低下を抑制することができ、負荷投入時であっても、安定的にエンジンを運転することができる。
Therefore, even if the main chamber excess air ratio λ1 is relatively small, the amount of fuel gas supplied into the
また、上述した実施形態では、制御装置5の副室空気過剰率算出部28は、少なくとも、主室307に供給される混合気の圧力P1、主室空気過剰率λ1、及び、副室315に供給される燃料ガスの圧力P2と前記圧力P1との差である副室差圧(P2-P1)に基づいて、副室空気過剰率λ2を推定するように構成される。
In the embodiment described above, the auxiliary chamber excess air
上述の構成を有する副室空気過剰率算出部28によれば、副室空気過剰率λ2を適切に推定することができる。よって、このように取得された副室空気過剰率λ2の推定値を用いて、上述の失火率マップ200に基づいて、副室空気過剰率λ2が失火率マップ200の失火領域A1,A2に入らないように副室ガス調整弁75の開度指令値Iを設定することで、副室315内への燃料ガスの供給量を適切に調節することができる。
According to the sub-chamber excess air
また、指令値設定部20は、少なくともエンジン負荷の増加時において、主室空気過剰率λ1及び副室空気過剰率λ2に基づいて失火率マップ200から取得される失火率Rが閾値Rthよりも大きくなったときに、副室ガス調整弁75の開度指令値Iをゼロに設定するように構成されていてもよい。
Further, the command
この場合、主室空気過剰率λ1及び副室空気過剰率λ2に基づいて失火率マップ200から取得される失火率Rが閾Rth値よりも大きくなったときに、副室ガス調整弁75の開度指令値Iをゼロに設定し、副室315への燃料ガスの供給を遮断する。したがって、主室空気過剰率λ1が比較的小さい場合であっても、副室315内への燃料ガスの供給を遮断することで、副室空気過剰率λ2が過度に小さくなるのを抑制して副室内失火をより確実に回避することができる。これにより、負荷投入時におけるエンジン回転数の大幅な低下を抑制することができ、負荷投入時であっても、安定的にエンジンを運転することができる。
In this case, when the misfire rate R obtained from the
また、上述した実施形態において、第1指令値算出部(フィードバック指令値算出部)24は、副室差圧(P2-P1)と、該副室差圧の目標値との偏差に基づいて、副室ガス調整弁75の開度のフィードバック指令値IFBを算出するように構成されている。そして、指令値設定部20は、少なくともエンジン負荷の増加時において、主室空気過剰率λ1及び前記副室空気過剰率λ2に基づいて失火率マップ200から取得される失火率Rが閾値Rth以下のときには、フィードバック指令値IFBを副室ガス調整弁75に出力する開度指令値Iとして設定するように構成される。
Furthermore, in the embodiment described above, the first command value calculation unit (feedback command value calculation unit) 24 calculates It is configured to calculate a feedback command value IFB for the opening degree of the subchamber
このように、上述の実施形態では、主室空気過剰率λ1及び副室空気過剰率λ2に基づき失火率マップ200から取得される失火率Rが閾値Rthを超えたか否か(すなわち失火率マップ200上で失火領域A1,A2に入ったか否か)により、開度指令値Iを、メモリ38に格納された固定値(Imem,例えばゼロ)と、第1指令値算出部24によるフィードバック制御演算による算出値(フィードバック指令値IFB)との間で切り替える。
したがって、取得された失火率Rが失火領域A1,A2に入っていないとき(すなわち、失火率Rが安定燃焼領域A0にあるとき)には、フィードバック制御による開度調節により、副室315への燃料ガス供給量を細やかに調節して副室差圧を目標値に近づけることができるとともに、取得された失火率Rが失火領域A1,A2に入ったときには、開度指令値Iをゼロとすることで、燃料供給を遮断して副室内失火を確実に回避することができる。これにより、負荷投入時におけるエンジン回転数の大幅な低下を抑制することができ、負荷投入時であっても、安定的にエンジンを運転することができる。
In this manner, in the above-described embodiment, whether or not the misfire rate R obtained from the
Therefore, when the obtained misfire rate R is not in the misfire ranges A1 and A2 (that is, when the misfire rate R is in the stable combustion range A0), the opening degree adjustment by feedback control is performed to The pre-chamber differential pressure can be brought closer to the target value by finely adjusting the fuel gas supply amount, and the opening command value I is set to zero when the acquired misfire rate R falls within the misfire ranges A1 and A2. By doing so, it is possible to cut off the fuel supply and reliably avoid a misfire in the subchamber. As a result, it is possible to suppress a significant decrease in the engine speed when a load is applied, and the engine can be operated stably even when a load is applied.
幾つかの実施形態では、ガスエンジン3は、複数のシリンダ301及びピストン303によってそれぞれ画定される複数の主室307と、複数の主室307に対応してそれぞれ設けられる複数の副室315及び複数の副室ガス調整弁75と、を含んでいてもよい。この場合、副室空気過剰率算出部28は、複数のシリンダ301の各々についての流量係数に基づいて、複数のシリンダ301の各々について副室空気過剰率λ2を推定するように構成されていてもよい。
In some embodiments, the
ガスエンジン3が複数のシリンダ301及びピストン303を含む場合、副室315の噴口径はシリンダ301ごとにばらつきが存在するため、上述の副室差圧(P2-P1)が同一であっても主室307から副室315に流入する混合気の流量は気筒ごとにばらつく場合がある(即ち、流量係数が気筒ごとに異なる場合がある)。
この点、上述の実施形態によれば、シリンダ301ごとの流量係数を考慮して、複数のシリンダ301の各々についての副室空気過剰率λ2を算出するようにしたので、このように取得された副室空気過剰率λ2の推定値を用いることで、該副室空気過剰率λ2に対応する失火率Rをより精度良く把握することができる。よって、複数のシリンダ301の各々について、得られた副室空気過剰率λ2の推定値が失火率マップの失火領域A1,A2に入らないように副室ガス調整弁75の開度指令値を設定することで、副室315内への燃料ガスの供給量をより適切に調節することができる。
When the
In this regard, according to the above-described embodiment, the pre-chamber excess air ratio λ2 for each of the plurality of
図6に示す例示的な実施形態では、指令値設定部20は、主室空気過剰率算出部26、副室空気過剰率目標値設定部43、副室差圧目標値算出部44、第2指令値算出部48等を含む。
In the exemplary embodiment shown in FIG. 6, the command
主室空気過剰率算出部26は、図3に示す実施形態と同様、主室307に供給される混合気の空気過剰率である主室空気過剰率λ1を算出し、算出した主室空気過剰率λ1を副室空気過剰率目標値設定部43及び副室差圧目標値算出部44に出力するようになっている。
Similar to the embodiment shown in FIG. 3, the main chamber excess air
副室空気過剰率目標値設定部43は、記憶部34から失火率マップ201を取得し、該失火率マップ201に基づいて、副室空気過剰率の目標値λ2*(目標副室空気過剰率λ2*)を取得するように構成される。
The pre-chamber excess air ratio target
ここで、図7は、失火率マップ201の一例である。図7に示す失火率マップ201は、図4に示す失火率マップ200と基本的には同様のマップであるが、図7に示す失火率マップ201には、さらに、失火率Rが極小の失火率Rminとなる主室空気過剰率λ1と副室空気過剰率λ2との組み合わせを示す極小失火率曲線Lminが示されている。
Here, FIG. 7 is an example of the
副室空気過剰率目標値設定部43は、主室空気過剰率算出部26から受け取った現在の主室空気過剰率λ1と、失火率マップ201の極小失火率曲線Lminに基づいて、現在の主室空気過剰率λ1に対応する副室空気過剰率λ2の目標値λ2*を取得する。このように取得された副室空気過剰率λ2の目標値λ2*は、副室差圧目標値算出部44に出力される。
The sub-chamber excess air ratio target
副室差圧目標値算出部44は、副室空気過剰率λ2の目標値λ2*に対応する副室差圧の目標値を算出する。より具体的には、図5に示すフローを逆順に行うことによって、副室空気過剰率λ2の目標値λ2*に対応する副室差圧の目標値(目標副室差圧)を算出する。
The pre-chamber differential pressure target
すなわち、まず、副室空気過剰率λ2の目標値λ2*に基づいて、この目標値が得られるような、点火時期の副室315の空気量及び燃料ガス量を計算する(ステップS8参照)。そして、計算により得られた点火時期の副室315の空気量及び燃料ガス量に基づいて、これらの空気量及び燃料ガス量が得られるような、点火前の副室315の空気量及び燃料ガス量を計算する(ステップS6参照)。そして、計算により得られた点火前の副室315の空気量及び燃料ガス量に基づいて、これらの空気量及び燃料ガス量が得られるような、副室315への燃料ガス供給量を計算する(ステップS4参照)。そして、計算により得られた燃料ガス供給量に基づいて、該燃料ガス供給量を得るために必要な副室差圧の目標値(目標副室差圧)を算出する(ステップS2参照)。
That is, first, based on the target value λ2* of the pre-chamber excess air ratio λ2, the amount of air and fuel gas in the pre-chamber 315 at the ignition timing such that this target value is obtained is calculated (see step S8). Based on the air amount and fuel gas amount in the
副室差圧目標値算出部44で算出された副室差圧の目標値は減算器46に入力される。減算器46には、実際の副室差圧(P2-P1)も入力され、減算器46にて、実際の副室差圧と上述の目標値との偏差(差分)が算出される。
The target value of the subchamber differential pressure calculated by the subchamber differential pressure target
減算器46で算出された副室差圧の実際値と目標値との偏差は第2指令値算出部48入力される。第2指令値算出部48は、該偏差に基づいて、副室ガス調整弁75の開度に係るフィードバック指令値を算出し、これを開度指令値Iとして、副室ガス調整弁75に向けて出力する。この場合、副室ガス調整弁75の開度が、算出されたフィードバック指令値に一致するように調節される。すなわち、副室差圧が目標副室差圧となるように、また、副室空気過剰率λ2が目標副室空気過剰率λ2*に近づくように、副室ガス調整弁75の開度が制御される。
なお、第2指令値算出部48は、第1指令値算出部24と同様、PI制御器やPID制御器であってもよい。
The deviation between the actual value of the pre-chamber differential pressure calculated by the
Note that, like the first command
上述した実施形態では、指令値設定部20は、少なくともエンジン負荷の増加時において、失火率マップ201上において失火率Rが最小となる主室空気過剰率λ1と副室空気過剰率λ2との組み合わせを示す最小失火率曲線Lminに基づいて、現在の主室空気過剰率λ1に対応する副室空気過剰率λ2の目標値を取得し、副室空気過剰率λ2が該目標値に近づくように、副室ガス調整弁75の開度指令値Iを設定するように構成されている。
In the embodiment described above, the command
したがって、このように設定された開度指令値Iに基づいて副室315への燃料ガス供給量を調節することにより、主室空気過剰率λ1が比較的小さい場合であっても、副室空気過剰率λ2が過度に小さくなるのを抑制して副室内失火を適切に回避することができる。
Therefore, by adjusting the amount of fuel gas supplied to the
幾つかの実施形態では、上述したマップ取得部32(図3及び図6参照)は、ガスエンジン3の運転条件(例えば、外気温、主室307に供給される混合気の温度、又は燃料ガスの性状等)に応じた失火率マップ200,201を取得するように構成されていてもよい。
In some embodiments, the map acquisition unit 32 (see FIGS. 3 and 6) described above determines the operating conditions of the gas engine 3 (for example, the outside temperature, the temperature of the air-fuel mixture supplied to the
例えば、一実施形態では、記憶部34は、異なる複数の運転条件に対応する複数の失火率マップ200,201を記憶していてもよい。また、失火率取得部30(図3参照)又は副室空気過剰率目標値設定部43(図6参照)は、複数の失火率マップ200,201から、現在の運転条件に合う失火率マップ200,201を選択して取得するように構成されていてもよい。
For example, in one embodiment, the
あるいは、一実施形態では、制御装置5は、記憶部34に記憶された失火率マップ200,201を現在の運転条件に合わせて補正するマップ補正部(不図示)を備えていてもよい。また、失火率取得部30(図3参照)又は副室空気過剰率目標値設定部43(図6参照)は、前述のマップ補正部による補正後の失火率マップ200,201を取得するようになっていてもよい。
Alternatively, in one embodiment, the
上述の実施形態によれば、ガスエンジン3の運転条件に応じた失火率マップ200,201を用いて開度指令値Iを設定することができるので、主室空気過剰率λ1及び副室空気過剰率λ2に基づいて、ガスエンジン3の運転条件に応じた失火率Rを取得することができる。したがって、このように取得した失火率Rに基づいて、副室ガス調整弁75の開度指令値Iをより適切に設定することができる。よって、主室空気過剰率λ1が比較的小さい場合であっても、副室315内への燃料ガスの供給量をより適切に調節して、副室空気過剰率λ2が過度に小さくなるのを抑制して副室内失火を回避することができる。
According to the embodiment described above, since the opening command value I can be set using the
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 Although the embodiments of the present invention have been described above, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and also includes forms in which modifications are made to the above-described embodiments and forms in which these forms are appropriately combined.
本明細書において、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。
また、本明細書において、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
また、本明細書において、一の構成要素を「備える」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
In this specification, expressions expressing relative or absolute arrangement such as "in a certain direction", "along a certain direction", "parallel", "perpendicular", "center", "concentric", or "coaxial" are used. shall not only strictly represent such an arrangement, but also represent a state in which they are relatively displaced with a tolerance or an angle or distance that allows the same function to be obtained.
For example, expressions such as "same,""equal," and "homogeneous" that indicate that things are in an equal state do not only mean that things are exactly equal, but also have tolerances or differences in the degree to which the same function can be obtained. It also represents the existing state.
In addition, in this specification, expressions expressing shapes such as a square shape or a cylindrical shape do not only mean shapes such as a square shape or a cylindrical shape in a strict geometric sense, but also within the range where the same effect can be obtained. , shall also represent shapes including uneven parts, chamfered parts, etc.
Furthermore, in this specification, the expressions "comprising,""including," or "having" one component are not exclusive expressions that exclude the presence of other components.
1 ガスエンジンシステム
3 ガスエンジン
4 クランクシャフト
5 制御装置
11 過給機
11a コンプレッサ
11b 排気タービン
13 フライホイール
15 発電機
17 エアクリーナ
19 ガスミキサ
20 指令値設定部
22 減算器
24 第1指令値算出部
26 主室空気過剰率算出部
28 副室空気過剰率算出部
30 失火率取得部
34 記憶部
36 比較部
38 メモリ
40 切替器
42 副室空気過剰率取得部
44 副室差圧目標値算出部
46 減算器
48 第2指令値算出部
71 燃料ガス供給量制御部
73 給気制御弁
75 副室ガス調整弁
92 給気圧力センサ
93 負荷センサ
94 副室ガス圧力センサ
95 回転数センサ
101 燃料ガス供給ライン
103 給気ライン
103a 上流側給気ライン
103b 給気マニホールド
105 副室ガス供給ライン
107 燃焼用空気供給ライン
200 失火率マップ
201 失火率マップ
301 シリンダ
303 ピストン
305 シリンダライナ
307 主室
311 吸気ポート
313 吸気弁
315 副室
317 副室口金
319 噴口
321 ノズルホルダー
323 副室ガスライン
325 点火装置
327 逆止弁
A0 安定燃焼領域
A1 失火領域
A2 失火領域
1
Claims (8)
少なくともエンジン負荷の増加時において、前記主室に供給される混合気の空気過剰率である主室空気過剰率λ1、点火時における前記副室内のガスの空気過剰率である副室空気過剰率λ2、及び、失火率の相関関係を示す失火率マップに基づいて、前記副室空気過剰率λ2が、前記失火率マップにおける失火領域に入らないように、前記副室ガス調整弁の開度指令値を設定するように構成された指令値設定部を備え、
前記指令値設定部は、前記主室空気過剰率λ1及び前記副室空気過剰率λ2を前記失火率マップに適用して取得される失火率が前記失火領域に入ったとき、前記開度指令値としてゼロを設定するように構成された
ガスエンジンの制御装置。 A main chamber defined by a cylinder and a piston, a sub-chamber having a nozzle and communicating with the main chamber via the nozzle, and a sub-chamber for adjusting the amount of fuel gas supplied to the sub-chamber. A gas engine control device comprising a gas regulating valve,
At least when the engine load increases, the main chamber excess air ratio λ1 is the excess air ratio of the mixture supplied to the main chamber, and the subchamber excess air ratio λ2 is the excess air ratio of the gas in the subchamber at the time of ignition. , and an opening command value for the pre-chamber gas regulating valve so that the pre-chamber excess air ratio λ2 does not fall into the misfire region in the misfire rate map, based on a misfire rate map showing the correlation between the misfire rates. Equipped with a command value setting section configured to set the
The command value setting unit sets the opening command value when a misfire rate obtained by applying the main chamber excess air ratio λ1 and the auxiliary chamber excess air ratio λ2 to the misfire rate map enters the misfire region. A gas engine control device configured to set zero as .
請求項1に記載のガスエンジンの制御装置。 At least the pressure P1 of the air-fuel mixture supplied to the main chamber, the main chamber excess air ratio λ1, and the difference between the pressure P2 of the fuel gas supplied to the auxiliary chamber and the pressure P1 in the auxiliary chamber. The gas engine control device according to claim 1, further comprising a pre-chamber excess air ratio calculation unit configured to estimate the pre-chamber excess air ratio λ2 based on the differential pressure (P2-P1).
前記副室空気過剰率算出部は、前記複数のシリンダの各々についての流量係数に基づいて、前記複数のシリンダの各々について前記副室空気過剰率λ2を推定するように構成された
請求項2に記載のガスエンジンの制御装置。 The gas engine includes a plurality of main chambers each defined by a plurality of cylinders and a piston, and a plurality of auxiliary chambers and a plurality of auxiliary chamber gas adjustment valves respectively provided corresponding to the plurality of main chambers,
3. The subchamber excess air ratio calculation unit is configured to estimate the subchamber excess air ratio λ2 for each of the plurality of cylinders based on a flow coefficient for each of the plurality of cylinders. A control device for the gas engine described above.
請求項1乃至3の何れか一項に記載のガスエンジンの制御装置。 The command value setting unit obtains a target sub-chamber excess air ratio λ2* at which the misfire rate is minimal with respect to the current main-chamber excess air ratio λ1, based on the misfire rate map, at least when the engine load increases. The sub-chamber differential pressure (P2-P1), which is the difference between the pressure P2 of the fuel gas supplied to the sub-chamber and the pressure P1 of the air-fuel mixture supplied to the main chamber, is the target sub-chamber pressure. 4. The opening command value of the pre-chamber gas regulating valve is configured to be set to a target pre-chamber differential pressure corresponding to an excess air ratio λ2*. Gas engine control device.
前記指令値設定部は、前記マップ取得部により取得された前記失火率マップを用いて、前記開度指令値を設定するように構成された
請求項1乃至4の何れか一項に記載のガスエンジンの制御装置。 comprising a map acquisition unit that acquires the misfire rate map according to operating conditions of the gas engine,
The gas according to any one of claims 1 to 4, wherein the command value setting unit is configured to set the opening command value using the misfire rate map acquired by the map acquisition unit. Engine control device.
請求項5に記載のガスエンジンの制御装置。 The gas engine control device according to claim 5, wherein the operating condition includes at least one of an outside temperature, a temperature of the air-fuel mixture supplied to the main chamber, or a property of the fuel gas.
噴口を有し、該噴口を介して前記主室と連通される副室と、
前記副室に供給される燃料ガスの量を調節するための副室ガス調整弁と、を含むガスエンジンと、
前記ガスエンジンを制御するための請求項1乃至6の何れか一項に記載の制御装置と、
を備えたガスエンジンシステム。 a main chamber defined by a cylinder and a piston;
a sub-chamber having a spout and communicating with the main chamber via the spout;
A gas engine including a subchamber gas adjustment valve for adjusting the amount of fuel gas supplied to the subchamber;
A control device according to any one of claims 1 to 6 for controlling the gas engine;
Gas engine system with.
少なくともエンジン負荷の増加時において、前記主室に供給される混合気の空気過剰率である主室空気過剰率λ1、点火時における前記副室内のガスの空気過剰率である副室空気過剰率λ2、及び、失火率の相関関係を示す失火率マップに基づいて、前記副室空気過剰率λ2が、前記失火率マップにおける失火領域に入らないように、前記副室ガス調整弁の開度指令値を設定する手順をコンピュータに実行させるように構成され、
前記手順では、前記主室空気過剰率λ1及び前記副室空気過剰率λ2を前記失火率マップに適用して取得される失火率が前記失火領域に入ったとき、前記開度指令値としてゼロを設定する
ガスエンジンの制御プログラム。 A main chamber defined by a cylinder and a piston, a sub-chamber having a nozzle and communicating with the main chamber via the nozzle, and a sub-chamber for adjusting the amount of fuel gas supplied to the sub-chamber. A program for controlling a gas engine including a gas regulating valve,
At least when the engine load increases, the main chamber excess air ratio λ1 is the excess air ratio of the air-fuel mixture supplied to the main chamber, and the pre-chamber excess air ratio λ2 is the excess air ratio of the gas in the auxiliary chamber at the time of ignition. , and based on a misfire rate map showing the correlation between the misfire rates, an opening command value of the pre-chamber gas regulating valve is determined so that the pre-chamber excess air ratio λ2 does not fall into the misfire region in the misfire rate map. is configured to cause the computer to perform steps to configure the
In the procedure, when the misfire rate obtained by applying the main chamber excess air ratio λ1 and the auxiliary chamber excess air ratio λ2 to the misfire rate map enters the misfire region , zero is set as the opening command value. Gas engine control program to set.
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