WO2009078259A1 - ガスエンジンシステムの制御方法及び該システム - Google Patents

ガスエンジンシステムの制御方法及び該システム Download PDF

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Yuuichi Shimizu
Hideki Nishio
Hajime Suzuki
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Mitsubishi Heavy Industries, Ltd.
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Definitions

  • the present invention mixes fuel gas whose flow rate is adjusted by a fuel gas regulating valve and air supplied through a supercharger at a predetermined air-fuel ratio, and supplies the mixed gas into a combustion chamber of the engine.
  • a fuel gas regulating valve and air supplied through a supercharger at a predetermined air-fuel ratio
  • engine output fluctuations are large, and in some cases, it is highly accurate.
  • the present invention relates to a control method of a gas engine system that enables air-fuel ratio control of the engine and the system. Background art
  • gas engines particularly small gas engines, generally used a pre-supercharger intake system in which fuel gas and air are mixed and supplied to the combustion chamber upstream of the supercharger.
  • the fuel gas and air mixing ratio (air-fuel ratio) and the amount of gas input must be made uniform by each cylinder, so the fuel gas regulating valve installed in front of each cylinder.
  • the fuel gas is supplied to the combustion chamber.
  • Patent Document 1 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 1-1 3 2 5 5 0
  • the fuel gas pressurized by the gas compressor is supplied to the cylinder inlet or the cylinder of the supply passage, and the fuel gas before being pressurized by the gas compressor is supplied upstream of the supercharger.
  • the fuel gas supply to the cylinder side and the fuel gas supply to the upstream side of the supercharger can be switched.
  • Patent Document 1 in the fuel gas supply system that supplies the fuel gas pressurized by the gas compressor to the cylinder inlet of the supply passage or into the cylinder, it is necessary to compress the fuel gas to a pressure higher than the supercharging air pressure. mighty s, when as a fuel gas using a low power port Li first gas (low calorific value gas), such as coal mine methane gas, a gas compressor of a large capacity large to compress the large flow rate of the gas at low pressure I need. On the other hand, in the fuel gas supply system that supplies the fuel gas before being pressurized by the gas compressor to the air passage upstream of the supercharger, the combustible fuel gas is pressurized to a high temperature and high pressure by the supercharger.
  • Li first gas low calorific value gas
  • Patent Document 2 Japanese Patent Laid-Open No. 2 0 0 6-2 4 9 9 5 4
  • one of the fuel gas is mixed with the supercharger inlet air, and this mixture is supplied to the supercharger.
  • the turbocharger is configured to mix the other gas with the supply air in the supply passage for each cylinder and supply this mixture to each cylinder of the engine, and to adjust the gas flow rate in the gas supply passage of the turbocharger Side fuel flow control valve and cylinder side fuel flow control valve that adjusts the gas flow rate of each cylinder side gas supply passage, and control the opening of the supercharger side fuel flow control valve to supply the turbocharger side gas
  • a configuration is disclosed in which a gas amount controller is provided for adjusting the fuel gas amount to the passage so that the fuel gas concentration in the air-fuel mixture supplied to the supercharger is kept below the lower flammable gas concentration.
  • the present invention is easy to change the calorific value with low calories! /, Gas engine system that enables highly accurate air-fuel ratio control even for fuel gas It is an object of the present invention to provide a system control method and system.
  • the present invention mixes air supplied through a supercharger and fuel gas whose fuel supply amount is controlled by a fuel flow control valve through a fuel gas supply pipe.
  • a fuel flow control valve through a fuel gas supply pipe.
  • a part of the fuel gas is branched upstream of the fuel flow control valve of the fuel gas supply pipe,
  • the branched fuel gas is flowed through a branch control valve installed on the gas supply branch pipe and controlled by ONZO FF so that the flow rate of the branched fuel gas is a constant flow rate smaller than the flow rate of fuel gas on the branched side.
  • the remainder of the fuel gas is supplied from the fuel gas supply pipe to the fuel flow control valve through the gas supply main pipe, and is supplied to the combustion chamber by the fuel flow control valve.
  • the amount of fuel gas is controlled so that the mixed gas to be a predetermined air-fuel ratio, and the branch control is performed when the fuel gas is high in calorie or the engine output is low. Close the valve and front Characterized in that the so supplying the fuel gas only into the gas supply main pipe.
  • the fuel gas is supplied via the gas supply branch pipe only when the fuel gas supply amount increases, as in the case where the fuel gas is a low-power outlet or the engine output is high.
  • the fuel gas is a low-power outlet or the engine output is high.
  • the path from the mixed gas force to the cylinder can be shortened, and the risk of explosion and the like can be avoided to ensure safety.
  • the gas supply branch branch pipe connected to each combustion chamber from the gas supply branch pipe is provided with a gas regulating valve that adjusts the flow rate of the fuel gas, and a failure occurs in the combustion chamber of the engine Further, the fuel flow control valve corresponding to the corresponding combustion chamber and the gas regulating valve are both controlled to be closed to stop the flow of the fuel gas.
  • the branch control valve is closed.
  • the maximum threshold value of the fuel gas flow rate that can be controlled by the fuel gas flow rate control valve is determined in advance, and the branch control valve is closed only when the fuel flow rate control valve is below the predetermined value that is the maximum threshold value. Adjust the fuel gas flow with. This enables simple and highly accurate control.
  • an air supply flow rate control valve that controls the supply amount of air supplied to the combustion chamber via the supercharger, and a fuel supply amount provided on the fuel supply pipe for controlling the supply amount of the fuel supply amount to the combustion chamber
  • a fuel flow rate control valve and a fuel injection device that mixes the air and the fuel gas at a required air-fuel ratio and supplies the mixture into a combustion chamber.
  • the fuel supply pipe is branched into a gas supply main pipe connected to the combustion chamber and a gas supply branch pipe branched from the upstream side of the fuel flow control valve.
  • a branch control valve is provided which allows a flow rate of fuel gas to flow less than the flow rate of fuel gas flowing through the gas supply main pipe in a controlled and open state.
  • a gas adjustment valve for adjusting the flow rate of the fuel gas is provided on the gas supply branch branch pipe connected from the gas supply branch pipe to each combustion chamber.
  • the heat generation amount fluctuates at a low power outlet 1 / ⁇ fuel gas.
  • the gas supply branch and the gas supply branching branch are provided only when the fuel gas supply amount is increased, such as when the fuel gas is low in calories or the engine output is high.
  • the fuel gas supply branch and the gas supply branching branch are provided only when the fuel gas supply amount is increased, such as when the fuel gas is low in calories or the engine output is high.
  • the path from the mixed gas to the cylinder can be shortened, thereby avoiding the danger of an explosion and ensuring safety. it can.
  • the gas supply valve is opened to supply the gas through the gas supply branch pipe, the gas supply, and the saddle branch branch pipe. Therefore, it is possible to easily and surely determine whether or not the fuel gas to be used is necessary, and to enable highly accurate air-fuel ratio control.
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a gas engine system according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the bypass structure of FIG. BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
  • FIG. 1 is an overall configuration diagram of a gas engine system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a partially enlarged view of the bypass structure of FIG.
  • the invention is not limited, and can be applied to a gas engine using a combustion method.
  • the drive target is preferably a generator as shown in the figure, but it can also be applied to cases other than the generator.
  • 1 is an engine (gas engine)
  • 4 is a cylinder head of the engine 1
  • 13 is a generator directly connected to the engine 1
  • 14 is a flywheel
  • ⁇ is an exhaust turbine 7a
  • 3 is an air supply branch pipe connected to the air supply inlet of each cylinder head 4
  • 2 is an air supply pipe connecting the air supply outlet of the compressor 7b and each of the air supply branch pipes
  • 9 is A supply air cooler that cools the supply air flowing through the supply pipe 2.
  • 5 is an exhaust pipe connected to the exhaust outlet of each cylinder head
  • 6 is an exhaust collecting pipe connected to each exhaust pipe
  • 110 is an exhaust gas from the exhaust gas outlet of the exhaust turbine 3a It is an exhaust outlet pipe for discharging.
  • 11 is an exhaust bypass pipe, which is branched from the exhaust turbine 7a inlet side of the exhaust collecting pipe 6 and bypasses the exhaust turbine 7a.
  • An exhaust bypass valve 1 2 changes the passage area of the exhaust bypass pipe 11.
  • Reference numeral 10 denotes a supercharger inlet air passage for introducing air from the outside into the compressor 7 b of the supercharger 7.
  • 2 1 is a gas supply pipe into which fuel gas is introduced from a fuel gas tank (not shown) that contains fuel gas, and the gas supply pipe 21 is connected to the gas supply main pipe 26, and in the middle of the gas supply main pipe 26 Gas supply branch pipe branched for each cylinder 2 7 Therefore, the air supply branch pipes 3 are connected.
  • a gas compressor 18 is installed in the cylinder side gas supply pipe 2 1 2 and compresses the fuel gas flowing through the cylinder side gas supply pipe 2 1 2.
  • Reference numeral 20 denotes a fuel flow rate control valve which is installed in each gas supply branch pipe 26 and controls the passage area of each gas supply branch pipe 26, that is, the fuel gas flow rate.
  • the gas supply branch pipe 30 is a gas supply branch pipe branched from the gas supply pipe 21.
  • the gas supply branch pipe 30 is branched from the gas flow upstream side with respect to the gas flow control valve 20, and the gas flow rate flowing through the gas supply branch pipe 30 is through the gas supply main pipe 26. It is set smaller than the gas flow rate.
  • An air pressure sensor 16 is an air supply temperature sensor for detecting an air supply temperature in the air supply pipe 2.
  • 2 4 is a rotational speed controller
  • 2 3 is an air-fuel ratio controller
  • 2 2 is a gas amount controller
  • the detected value of the engine rotational speed from the rotational speed sensor 15 is the rotational speed controller 2 4 and the air-fuel ratio controller 2 3, and the gas amount controller 2 2, and the detected value of the engine load from the load detector 0 1 3 is input to the air-fuel ratio controller 23 3, and the supply air pressure sensor 17 detects the supply air pressure.
  • the value is input to the air-fuel ratio controller 23 and the gas amount controller 22, and the detected value of the supply air temperature from the supply air temperature sensor 16 is input to the air-fuel ratio controller 23 and the gas amount controller 22.
  • the engine speed controller 24 is a normal electronic governor, and the cylinder-side fuel flow rate control valve 20 is configured to achieve a target engine speed set based on the detected value of the engine speed from the engine speed sensor 15. Control the opening.
  • the air-fuel ratio controller 23 is configured to detect a detected value of the engine speed from the power of the speed sensor 15, a detected value of the engine load from the load detector 0 13, and an air pressure from the air pressure sensor 17. Based on the detected value and the detected value of the supply air temperature from the supply air temperature sensor 16, the opening degree of the exhaust bypass valve 12 is controlled by means described later.
  • the gas amount controller 2 2 is provided with an engine speed detected value from the speed sensor 1 5 Based on the detected value of the supply air pressure from the pressure sensor 17 force and the detected value of the air supply temperature from the supply air temperature sensor 16, the opening degree of the fuel flow control valve 19 is controlled.
  • the fuel gas bypass structure which is a characteristic configuration of the present embodiment will be described.
  • the fuel gas supply pipe 21 is connected to the fuel gas supply main pipe 26 and the fuel gas supply branch pipe on the downstream side of the gas compressor 18 and upstream of the fuel flow control valve 20. 3 Branches to 0.
  • the fuel gas supply main pipe 26 is branched for each cylinder as described above, and is connected to each of the air supply branch pipes 3 as gas supply branch pipes 27.
  • the gas supply branch pipe 30 is further branched for each cylinder and connected to the gas supply branch pipe 32, and the gas supply branch pipe 32 is connected to each of the air supply branch pipes 3. Yes.
  • a branch control valve 31 is provided upstream from the branch point of each gas supply branch pipe 32, and the flow of fuel gas to the gas supply branch pipe 30 is controlled. I'm doing it.
  • the branch control valve 3 1 is a valve that controls the presence or absence of fuel gas flow by ONZO FF control. When the branch control valve 3 1 is open, the gas supply branch pipe 30 is connected to the gas supply main pipe 2. Fuel gas with a predetermined gas flow rate less than 6 is allowed to flow.
  • the gas flow rate of the gas supply branch pipe 30 is preferably 10 to 30%, more preferably about 20% of the gas flow rate of the gas supply main pipe 26.
  • a branch control valve 33 is provided on each of the gas supply branch branches 32.
  • the branch control valve 33 is a valve that controls the presence or absence of the flow of fuel gas by ONZO FF control. As a general rule, when the fuel gas is flowing through the gas supply branch pipe 30, it is kept open. Is done.
  • the fuel gas from the gas supply pipe 21 is compressed by the gas compressor 18 and then branched in the middle of the gas supply pipe 21.
  • One of the branched fuel gases passes through the gas supply main pipe 26, passes through the gas supply branch pipes 27 of the cylinders, enters the supply branch pipes 3, and enters the supply branch pipes 3. It is mixed into the air-fuel mixture and sent into each cylinder.
  • the branch control valve 31 When the branch control valve 31 is in the open state, the other branched fuel gas passes through the gas branch pipe 30 to the supply branch pipe 3 via the gas supply branch pipe 3 2.
  • the fuel gas supplied from the gas supply main pipe 26 is mixed into the air-fuel mixture in the air supply branch pipe 3 and sent into each cylinder.
  • the gas regulating valve 33 is preferably maintained in a normally open state, and is preferably controlled to be closed as necessary when a malfunction occurs in the cylinder.
  • the branch control valve 3 1 may be controlled in conjunction with the control valve 3 1 so as to be in the same state.
  • the exhaust gases from the cylinders of the engine 1 are merged in the exhaust collecting pipe 6 through the exhaust pipe 5 and supplied to the exhaust turbine 7a of the supercharger 7 to drive the exhaust turbine 7a. It is discharged to the outside through the outlet pipe 1 1 0.
  • the branch control valve 3 1 is opened, the fuel gas supply from the fuel flow control valve 2 0, Gas branch control valve 3 Executes both fuel gas supply from 1 force.
  • the branch control valve 31 is closed and the fuel gas is supplied only from the fuel flow control valve 20. Specifically, the opening degree of the fuel flow control valve 20 and the engine output are detected, and the opening degree of the fuel flow control valve 20 becomes 1 ° 0% or a value close to this (preset value).
  • the branch control valve 31 is controlled to open.
  • the fuel flow control valve 20 controls the opening to control the fuel gas supply amount so that a predetermined air fuel ratio is obtained. adjust. That is, when the branch control valve 3 1 reaches 100%, the fuel flow control valve 2 0 The command value is a value that is lowered from 1 0 0%.
  • the fuel flow rate is adjusted by the fuel flow rate control valve 20 in accordance with the engine output while the branch control valve 31 is maintained at an opening of 100%.
  • the predetermined fuel gas flow rate from the branch control valve 31 and the fuel gas flow rate controlled by the fuel flow rate control valve 20 are equal to the air supplied from the supercharger. Is set to a predetermined mixing ratio, that is, an air-fuel ratio.
  • the engine output is detected with the branch control valve 31 open, and when the engine output falls below a predetermined value set in advance, the fuel gas is reduced in the high-power outlet or engine output. It is determined that the output has been reached, the branch control valve 31 is closed, and air-fuel ratio control is performed using only the fuel flow rate control valve.
  • the maximum threshold value of the fuel gas flow rate that can be controlled by the fuel flow rate control valve 20 is determined in advance, and the branch gas control valve 31 is closed when the fuel gas flow rate is below a predetermined value that is the maximum threshold value.
  • the fuel gas flow rate is adjusted only with the flow control valve. This enables simple and highly accurate control. Even in the case of misfire, it is preferable to close the branch control valve 3 1.
  • the gas supply is performed only when the fuel gas supply amount increases, as in the case where the fuel gas is a low-power outlet or the engine output is high.
  • the branch pipe 30 and the gas supply branch branch pipe 32 By supplying the fuel gas via the branch pipe 30 and the gas supply branch branch pipe 32, highly accurate air-fuel ratio control can be performed while ensuring the required amount of fuel gas.
  • the path from the mixed gas to the cylinder can be shortened, and the danger of explosion etc. can be avoided and safety can be improved. It can be secured.
  • the air-fuel ratio control in the fuel flow control valve 20 can be easily performed.
  • the gas supply branch pipe 30 and the gas supply branch pipe 3 are opened. Therefore, it is possible to easily and surely determine whether or not the fuel gas to be supplied via 2 is necessary, and high-precision air-fuel ratio control becomes possible.
  • the branch control valve 3 1 is closed to enable simple and highly accurate control.
  • the fuel gas is mixed with the supercharger inlet air, and the fuel gas supply system for supplying the air-fuel mixture to the supercharger and the fuel gas supply for supplying the fuel gas into the air supply passage for each cylinder.
  • the fuel gas supply system for supplying the air-fuel mixture to the supercharger and the fuel gas supply for supplying the fuel gas into the air supply passage for each cylinder.

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Abstract

低カロリーで発熱量が変動しやすい燃料ガスにおいても高精度の空燃比制御を可能としたガスエンジンシステムの制御方法及び該システムを提供する。過給機を介して給気された空気と、燃料ガス供給管を通って燃料流量制御弁により燃料供給量が制御された燃料ガスとを混合して燃焼室内に供給するガスエンジンの制御方法において、燃料ガスが低カロリーである場合又はエンジン出力が高出力である場合、燃料ガス供給管の燃料流量制御弁より上流側にて燃料ガスの一部を分岐し、該分岐した燃料ガス流量が分岐された側の燃料ガス流量より少ない一定流量となるようにし、ガス供給分岐管上に設置された分岐制御弁を介して前記分岐した燃料ガスを燃焼室内に供給し、燃料ガスの残分をガス供給主管を介して燃料流量制御弁に供給し、燃焼室内に供給される混合ガスが所定の空燃比となるように燃料ガス量を制御するようにするとともに、前記燃料ガスが高カロリーである場合又はエンジン出力が低出力である場合には、分岐制御弁を閉としガス供給主管にのみ前記燃料ガスを供給する。

Description

明 細 書 ガスエンジンシステムの制御方法及ぴ該システム 技術分野
本発明は、 燃料ガス調整弁にて流量調整された燃料ガスと、 過給機を介して供 給される空気を所定の空燃比にて混合し、 混合ガスをェンジンの燃焼室内に供給 して燃焼せしめるガスエンジンシステムの制御方法及び該システムに関し、特に、 低力口リ一で発熱量が変動しやすい燃料ガスを用いる場合やエンジンの出力変動 が大きレ、場合にぉレ、ても高精度の空燃比制御を可能としたガスエンジンシステム の制御方法及び該システムに関する。 背景技術
従来、 ガスエンジンのうち特に小型ガスエンジンにおいては、 一般的に過給機 上流にて燃料ガスと空気を混合させて燃焼室へ供給する過給機前吸込み方式を採 用していた。
一方、 従来の大型ガスエンジンの多くは、 燃料ガスと空気の混合比 （空燃比） 及びガス投入量を各シリンダにより均一化する必要があるため、 各シリンダの直 前に設置した燃料ガス調整弁にて燃焼室へ燃料ガスを供給している。 この方式を 採用することにより、 各シリンダに供給される空燃比及びガス投入量が均一ィ匕さ れるとともに、 各シリンダにおける仕事が効率ィ匕され、 さらにまた、 シリンダ直 前にて燃料ガスと空気とを混合する構成であるため、 混合ガス供給路における可 燃域を短くすることができ安全性が向上する。
また、 上記した 2つの方式を組み合わせた技術として、 特許文献 1 (特開 2 0 0 1— 1 3 2 5 5 0号公報） の技術が提供されている。 この技術においては、 ガ スコンプレッサによつてカロ圧された燃料ガスを給気通路のシリンダ入口またはシ リンダ内に供給するとともに、 前記ガスコンプレッサにて加圧する前の燃料ガス を過給機上流側の空気通路に供給し、 前記シリンダ側への燃料ガス供給と過給機 上流側への燃料ガス供給とを切換え可能に構成している。 しかしながら、 特許文献 1においては、 ガスコンプレッサによって加圧された 燃料ガスを給気通路のシリンダ入口またはシリンダ内に供給する燃料ガス供給系 では、 燃料ガスを過給空気圧よりも高圧に圧縮する必要がある力 s、 燃料ガスとし て炭鉱メタンガス等の低力口リ一ガス （発熱量の低いガス） を用いる場合には、 低圧で大流量のガスを圧縮するために大型で大容量のガスコンプレッサを必要と する。 一方、 前記ガスコンプレッサにて加圧する前の燃料ガスを過給機上流側の 空気通路に供給する燃料ガス供給系では、 可燃性の燃料ガスを過給機で高温、 高 圧に加圧するため、 過給機出口で燃料ガスが爆発する危険性を内包している。 そこで、 特許文献 2 (特開 2 0 0 6— 2 4 9 9 5 4号公報） では、 燃料ガスの 一方を過給機入口空気と混合しこの混合気を過給機に供給すると共に、 燃料ガス の他方をシリンダ毎の給気通路内の給気と混合しこの混合気をエンジンの各シリ ンダに供給するように構成し、 過給機側ガス供給通路のガス流量を調整する過給 機側燃料流量制御弁と各シリンダ側ガス供給通路のガス流量を調整するシリンダ 側燃料流量制御弁とを設け、 過給機側燃料流量制御弁の開度を制御して、 過給機 側ガス供給通路への燃料ガス量を、 過給機に供給する混合気中の燃料ガス濃度が 可燃下限界ガス濃度以下に保持されるように調整するガス量コントローラを設け た構成を開示している。 これによれば、 過給機出口での燃料ガスの爆発の可能性 を皆無とするとともに、 低カロリーガス （発熱量の低いガス） 燃料を用いる場合 にお 、てもシリンダ毎の給気通路への燃料ガス圧縮用のガスコンプレッサの動力 を低減して該ガスコンプレッサを小型化、 小容量化することが可能となる。 上記したように、 特許文献 2によれば、 低力口リ一ガスであっても十分な燃料 ガスの供給量を確保でき、 また燃料ガス圧縮用のガスコンプレッサを小型化、 小 容量化することが可能であるが、さらに過給機入口空気に混合する燃料ガス量を、 簡単な構成で以つて適正に制御でき、 且つ燃料ガスがカロリー変動する場合にも 適用可能な制御方法が望まれていた。 発明の開示
従って、 本発明は上記従来技術の問題点に鑑み、 低カロリーで発熱量が変動し やす！/、燃料ガスにおレ、ても高精度の空燃比制御を可能としたガスエンジンシステ ムの制御方法及ぴ該システムを提供することを目的とする。
そこで、 本発明はかかる課題を解決するために、 過給機を介して給気された空気 と、 燃料ガス供給管を通って燃料流量制御弁により燃料供給量が制御された燃料 ガスとを混合して燃焼室内に供給し、 エンジンを着火燃焼せしめるガスエンジン システムの制御方法において、
前記燃料ガスが低力口リ一である場合又はエンジン出力が高出力である場合に は、 前記燃料ガス供給管の前記燃料流量制御弁より上流側にて前記燃料ガスの一 部を分岐し、 該分岐した燃料ガス流量が、 分岐された側の燃料ガス流量より少な い一定流量となるようにし、 ガス供給分岐管上に設置され ONZO F F制御され る分岐制御弁を介して前記分岐した燃料ガスを前記燃焼室内に供給し、 前記燃料ガスの残分を、 前記燃料ガス供給管からガス供給主管を介して前記燃 料流量制御弁に供給し、 該燃料流量制御弁にて前記燃焼室内に供給される混合ガ スが所定の空燃比となるように燃料ガス量を制御するようにするとともに、 前記燃料ガスが高カロリ一である場合又はエンジン出力が低出力である場合に は、 前記分岐制御弁を閉とし、 前記ガス供給主管にのみ前記燃料ガスを供給する ようにしたことを特徴とする。
本発明によれば、 燃料ガスが低力口リ一である場合又はエンジン出力が高出力 である場合のように、 燃料ガス供給量が多くなる場合にのみ、 ガス供給分岐管を 介して燃料ガスを供給することにより、 必要燃料ガス量を確保しつつ高精度の空 燃比制御が可能となる。
また、 燃料ガスと空気との混合を、 シリンダ直前にて行っているため混合ガス 力 らシリンダまでの経路を短くすることができ、 爆発等の危険性を回避し安全性 を確保できる。
また、 前記ガス供給分岐管から各燃焼室に接続されるガス供給分岐枝管上に、 前記燃料ガスの流量を調整するガス調整弁を備えており、 前記エンジンの燃焼室 に不具合が生じた場合に、 該当する燃焼室に対応した前記燃料流量制御弁と、 前 記ガス調整弁を共に閉に制御して前記燃料ガスの通流を停止することを特徴とす る。
ガスエンジンの運転中に、何れかのシリンダ（燃焼室）に不具合が生じた場合、 該当するシリンダに対応する燃料流量制御弁と、分岐制御弁を閉じることにより、 ガスェンジン全体の運転を停止することなく、 不具合が生じたシリンダのみ運転 を停止し、 燃料ガスのシリンダへの供給を確実に停止することが可能となる。 さらに、 前記燃料流量制御弁の開度を検出するとともに前記エンジンの出力を 検出し、 前記燃料流量制御弁の開度が全開状態で且つエンジン出力が増加傾向に あるときに、 前記燃料ガスが低力口リ一である場合又はエンジン出力が高出力で あると判断し、 前記分岐制御弁を開とすることを特徴とする。
これにより、 ガス供給分岐管を介して供給する燃料ガスの要否を簡単に且つ確 実に判断することができ、 高精度の空燃比制御が可能となる。
さらにまた、 前記ガス供給弁が開の状態にてエンジン出力を検出し、 該ェンジ ン出力が予め設定された所定値以下となったら前記燃料ガスが高力口リ一又はェ ンジン出力が低出力となったことを判断し、 前記分岐制御弁を閉じることを特徴 とする。
このように、 燃料ガス流量制御弁にて制御可能な燃料ガス流量の最大閾値を予 め求めておき、 該最大閾値となる所定値以下となったら分岐制御弁を閉じて前記 燃料流量制御弁のみで燃科ガス流量を調整する。 これにより、 簡単で且つ高精度 の制御が可能となる。
また、 過給機を介して給気された空気の燃焼室への供給量を制御する給気流量 制御弁と、 燃料供給管上に設けられ燃料供給量の該燃焼室への供給量を制御する 燃料流量制御弁とを備えるとともに、 前記空気と前記燃料ガスとを所要の空燃比 にて混合して燃焼室内に供給する燃料噴射装置とを備えたガスエンジンの制御装 置において、
前記燃料供給管を、 前記燃焼室に接続されるガス供給主管と、 前記燃料流量制 御弁の上流側から分岐させたガス供給分岐管とに分岐させ、 該ガス供給分岐管上 に ONノ O F F制御され開状態にて前記ガス供給主管を通流する燃料ガス流量よ りも少なレ、流量の燃料ガスが通流する分岐制御弁を設けることを特徴とする。 さらに、前記ガス供給分岐管から各燃焼室に接続されるガス供給分岐枝管上に、 前記燃料ガスの流量を調整するガス調整弁を備えたことを特徴とする。
以上記載のごとく本発明によれば、 低力口リ一で発熱量が変動しゃす 1/ヽ燃料ガス にお!/、ても高精度の空燃比制御を可能としたガスエンジンシステムの制御方法及 ぴ該システムを提供することが可能である。
即ち、 本発明によれば、 燃料ガスが低カロリーである場合又はエンジン出力が 高出力である場合のように、 燃料ガス供給量が多くなる場合にのみ、 ガス供給分 岐管及びガス供給分岐枝管を介して燃料ガスを供給することにより、 必要燃料ガ ス量を確保しつつ高精度の空燃比制御が可能となる。
また本発明によれば、 燃料ガスと空気との混合を、 シリンダ直前にて行ってい るため混合ガスからシリンダまでの経路を短くすることができ、 爆発等の危険性 を回避し安全性を確保できる。
さらに、 ガスエンジンの運転中に、 何れかのシリンダに不具合が生じた場合、 該当するシリンダに対応する燃料流量制御弁と、分岐制御弁を閉じることにより、 ガスエンジン全体の運転を停止することなく、 不具合が生じたシリンダのみ運転 を停止し、 燃料ガスのシリンダへの供給を確実に停止することが可能となる。 さらにまた、 ガス供給分岐管及びガス供給分岐枝管を介して燃料ガスを供給す る際に、 ある決まった所定の流量の燃料ガスを供給するようにしているため、 燃 料流量制御弁における空燃比制御が簡単に行える。
また、 燃料流量制御弁の開度が全開状態で且つエンジン出力が増加傾向にある ときに前記ガス供給弁を開とすることにより、 ガス供給分岐管、 ガス供,袷分岐枝 管を介して供給する燃料ガスの要否を簡単に且つ確実に判断することができ、 高 精度の空燃比制御が可能となる。
さらに、 エンジン出力が予め設定された所定値以下となったら分岐制御弁を閉 じることにより、 簡単で且つ高精度の制御が可能となる。 図面の簡単な説明
第 1図は、 本発明の実施例に係るガスエンジンシステムの全体構成図である。 第 2図は、 図 1のパイパス構造の部分拡大図である。 発明を実施するための最良の形態
以下、 図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。 伹し この実施例に記載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 特に特定的な記載がない限りは、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、 単なる説明例に過ぎない。
図 1は本発明の実施例に係るガスエンジンシステムの全体構成図、 図 2は図 1 のパイパス構造の部分拡大図である。
尚、 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ェンジ ンで、 且つ点火用副室を有する構成につき説明するが、 本実施例の構成はこの形 式のガスエンジンに限定されるものではなく、 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が好ましいが、 発電 機以外の場合にも適用可能である。
図 1を参照して、 本実施例に係るガスエンジンシステムの全体構成につき説明 する。
同図において、 1はエンジン（ガスエンジン）、 4は該エンジン 1のシリンダへ ッド、 1 3は該エンジン 1に直結駆動される発電機、 1 4はフライホイール、 Ί は排気タービン 7 a及びコンプレッサ 7 bからなる過給機である。 3は前記各シ リンダへッド 4の給気入口に接続される給気枝管、 2は前記コンプレッサ 7 bの 給気出口と前記各給気枝管 3とを接続する給気管、 9は該給気管 2を流れる給気 を冷却する給気冷却器である。
5は前記各シリンダへッドの排気出口に接続される排気管、 6は前記各排気管 5に接続される排気集合管、 1 1 0は前記排気タービン 3 aの排気ガス出口から の排気ガスを排出するための排気出口管である。
1 1は排気バイパス管で、 前記排気集合管 6の排気タービン 7 a入口側から分 岐されて該排気タービン 7 aをパイパスし、 亥排気タービン 7 a出口側の排気出 口管 1 1 0に接続されている。 1 2は該排気パイパス管 1 1の通路面積を変化せ しめる排気パイパス弁である。
1 0は外部から空気を前記過給機 7のコンプレッサ 7 bに導入するための過給 機入口空気通路である。 2 1は燃料ガスを収容する燃料ガスタンク （図示省略） から燃料ガスが導入されるガス供給管で、 該ガス供給管 2 1はガス供給主管 2 6 に接続され、 該ガス供給主管 2 6途中でシリンダ毎に分岐されガス供給枝管 2 7 となつて前記各給気枝管 3に接続されている。
1 8は前記シリンダ側ガス供給管 2 1 2に設置されて該シリンダ側ガス供給管 2 1 2を流れる燃料ガスを圧縮するガスコンプレッサである。 2 0は前記各ガス 供給枝管 2 6に設置されて該各ガス供給枝管 2 6の通路面積即ち燃料ガス流量を 制御する燃料流量制御弁である。
3 0は、 前記ガス供給管 2 1から分岐したガス供給分岐管である。 該ガス供給 分岐管 3 0は、 前記ガス流量調整弁 2 0よりガス流れ上流側から分岐しており、 該ガス供給分岐管 3 0を通流するガス流量は、 前記ガス供給主管 2 6を通流する ガス流量よりも小さく設定されている。
1 5はエンジン回転数を検出する回転数センサ、 0 1 3は前記発電機 1 3の負 荷つまりエンジン負荷を検出する負荷検出器、 1 7は前記給気管 2における給気 圧力を検出する給気圧力センサ、 1 6は前記給気管 2における給気温度を検出す る給気温度センサである。
2 4は回転数コントローラ、 2 3は空燃比コントローラ、 2 2はガス量コント ローラで、 前記回転数センサ 1 5からのエンジン回転数の検出値は前記回転数コ ントローラ 2 4、 空燃比コントローラ 2 3、 及びガス量コントローラ 2 2に入力 され、 前記負荷検出器 0 1 3からのエンジン負荷の検出値は空燃比コントローラ 2 3に入力され、 前記給気圧力センサ 1 7からの給気圧力の検出値は空燃比コン トローラ 2 3及ぴガス量コントローラ 2 2に入力され、 前記給気温度センサ 1 6 からの給気温度の検出値は空燃比コントローラ 2 3及びガス量コントローラ 2 2 に入力される。
前記回転数コントローラ 2 4は、 通常の電子ガバナーで、 前記回転数センサ 1 5からのエンジン回転数の検出値に基づき設定された目標回転数となるよう前記 各シリンダ側燃料流量制御弁 2 0の開度を制御する。
前記空燃比コントローラ 2 3は、 前記回転数センサ 1 5力 らのエンジン回転数 の検出値、 負荷検出器 0 1 3からのエンジン負荷の検出値、 給気圧力センサ 1 7 からの給気圧力の検出値、 及ぴ給気温度センサ 1 6からの給気温度の検出値に基 づき、 後述する手段で前記排気パイパス弁 1 2の開度を制御する。 前記ガス量コ ントローラ 2 2は、 前記回転数センサ 1 5からのエンジン回転数の検出値、 給気 圧力センサ 1 7力 らの給気圧力の検出値、 及び給気温度センサ 1 6からの給気温 度の検出値に基づき、 前記燃料流量制御弁 1 9の開度を制御する。
図 2を参照して、 本実施例の特徴的構成である燃料ガスのバイパス構造につい て説明する。 同図に示されるように、 燃料ガス供給管 2 1は、 ガスコンプレッサ 1 8の後流側で且つ燃料流量制御弁 2 0の上流側で、 燃料ガス供給主管 2 6と燃 料ガス供給分岐管 3 0に分岐している。
前記燃料ガス供給主管 2 6は、 上記したようにシリンダ毎に分岐されガス供給 枝管 2 7となって前記各給気枝管 3に接続されている。
一方、 前記ガス供給分岐管 3 0は、 さらにシリンダ毎に分岐されてガス供給分 岐枝管 3 2に接続され、 該ガス供給分岐枝管 3 2は前記各給気枝管 3に接続され ている。 ガス供給分岐管 3 0上には、 各ガス供給分岐枝管 3 2の分岐点より上流 側に分岐制御弁 3 1が設けられ、 該ガス供給分岐管 3 0への燃料ガスの通流を制 御している。 分岐制御弁 3 1は、 ONZO F F制御により燃料ガスの通流の有無 を制御する弁であり、 該分岐制御弁 3 1が開の状態にて、 ガス供給分岐管 3 0に はガス供給主管 2 6よりも少ない所定ガス流量の燃料ガスが通流するようになつ ている。 好適には、 好適には、 前記ガス供給分岐管 3 0のガス流量は、 前記ガス 供給主管 2 6のガス流量の 1 0〜 3 0 %、 さらに好適には 2 0 %程度とする。 前記ガス供給分岐枝管 3 2上には、 夫々分岐制御弁 3 3が具備されている。 該 分岐制御弁 3 3は、 O NZO F F制御により燃料ガスの通流の有無を制御する弁 であり、 原則としてガス供給分岐管 3 0上に燃料ガスが通流している時には開の 状態に維持される。
ガスエンジンの運転中に、 何れかのシリンダに不具合が生じた場合、 該当する シリンダに対応する燃料流量制御弁 2 0と、分岐制御弁 3 3を閉じるようにする。 これにより、 ガスエンジン全体の運転を停止することなく、 不具合が生じたシリ ンダのみ運転を停止し、 燃料ガスのシリンダへの供給を確実に停止することが可 育 gとなる。
また、 前記ガス供給分岐枝管 3 2上に、 オリフィス 3 5を設けることが好まし く、 これによりガス供給分岐枝管 3 2からシリンダに供給される燃料ガス流量を 適切に制御可能である。 上記した構成を備えるガスエンジンの運転において、 前記ガス供給管 2 1から の燃料ガスはガスコンプレッサ 1 8にて圧縮された後、 該ガス供給管 2 1の途中 で分岐される。 そして分岐された燃料ガスの一方は前記ガス供給主管 2 6を通つ て各シリンダの各ガス供給枝管 2 7を通り、 前記各給気枝管 3に入り、 該給気枝 管 3内の前記混合気に混入されて各シリンダ内に送り込まれる。
また分岐された燃料ガスの他方は、 分岐制御弁 3 1が開の状態の場合、 ガス分 岐管 3 0を通って各ガス供給分岐枝管 3 2を介して前記各給気枝管 3に入り、 ガ ス供給主管 2 6から供給された燃料ガスとともに該給気枝管 3内の前記混合気に 混入されて各シリンダ内に送り込まれる。 尚、 前記ガス調整弁 3 3は常時開の状 態に維持しておくことが好ましく、 シリンダに不具合が生じた場合等に必要に応 じて閉に制御することが好ましレ、が、 分岐制御弁 3 1に連動させて該分岐制御弁 3 1同一の状態となるように制御してもよい。
そして、 エンジン 1の各シリンダからの排気ガスは排気管 5を通って排気集合 管 6で合流され、 過給機 7の排気タービン 7 aに供給されて該排気タービン 7 a を駆動した後、 排気出口管 1 1 0を通って外部に排出される。
また、 前記空燃比コントローラ 2 3からの後述するような制御操作信号によつ て排気バイパス弁 1 2が開かれると、 前記排気集合管 6内の排気ガスの一部は前 記排気タービン 7 aをバイパスして排気出口管 1 1 0に排出される。
本実施例の制御方法として、 燃料ガスが低カロリーである場合又はエンジン出 力が高出力である場合には、 分岐制御弁 3 1を開にし、 燃料流量制御弁 2 0から 燃料ガス供給と、ガ分岐制御弁 3 1力 らの燃料ガス供給の両方を実行する。一方、 燃料ガスが高カロリーである場合又はエンジン出力が低出力である場合には、 分 岐制御弁 3 1を閉にし、 燃料流量制御弁 2 0からのみ燃料ガスを供給する。 具体的には、 燃料流量制御弁 2 0の開度とエンジン出力とを検出し、 燃料流量 制御弁 2 0の開度が 1◦ 0 %若しくはこれに近い値 (予め設定された値）となり、 且つエンジン出力が増加傾向にある場合に分岐制御弁 3 1を開に制御する。 次い で、 分岐制御弁 3 1にて供給される一定比率の燃料ガス量を加えて、 所定の空燃 比となるように燃料流量制御弁 2 0により開度制御を行い燃料ガス供給量を調整 する。 即ち、 分岐制御弁 3 1が 1 0 0 %になった時点で、 燃料流量制御弁 2 0の 指令値は 1 0 0 %から下がった値となる。
そして、 分岐制御弁 3 1は 1 0 0 %の開度に維持された状態で、 エンジン出力 に応じて燃料流量制御弁 2 0により燃料ガス流量の調整を行う。 このとき、 上記 したように、 前記分岐制御弁 3 1からの所定の燃料ガス流量と前記燃料流量制御 弁 2 0にて制御される燃料ガス流量とが、 過給機から供給される空気に対して所 定の混合比、 即ち空燃比になるように設定される。
さらに、 前記分岐制御弁 3 1が開の状態にてエンジン出力を検出し、 該ェンジ ン出力が予め設定された所定値以下となったら前記燃料ガスが高力口リ一又はェ ンジン出力が低出力となったとを判断し、 前記分岐制御弁 3 1を閉じ、 燃料流量 制御弁のみで空燃比制御を行う。
このように、 燃料流量制御弁 2 0にて制御可能な燃料ガス流量の最大閾値を予 め求めておき、 該最大閾値となる所定値以下となったら分岐制御弁 3 1を閉じて 前記燃料ガス流量制御弁のみで燃料ガス流量を調整する。 これにより、 簡単で且 つ高精度の制御が可能となる。 また、 失火した場合においても、 分岐制御弁 3 1 を閉じることが好ましい。
上記したように、 本実施例によれば、 燃料ガスが低力口リ一である場合又はェ ンジン出力が高出力である場合のように、燃料ガス供給量が多くなる場合にのみ、 ガス供給分岐管 3 0、 ガス供給分岐枝管 3 2を介して燃料ガスを供給することに より、 必要燃料ガス量を確保しつつ高精度の空燃比制御が可能となる。
また本実施例によれば、 燃料ガスと空気との混合を、 シリンダ直前にて行って いるため混合ガスからシリンダまでの経路を短くすることができ、 爆発等の危険 性を回避し安全性を確保できる。
さらに、 ガスエンジンの運転中に、 何れかのシリンダに不具合が生じた場合、 該当するシリンダに対応する燃料流量制御弁 2 0と、 分岐制御弁 3 3を閉じるこ とにより、 ガスエンジン全体の運転を停止することなく、 不具合が生じたシリン ダのみ運転を停止し、 燃料ガスのシリンダへの供給を確実に停止することが可能 となる。
さらにまた、 ガス供給分岐管 3 0、 ガス供給分岐枝管 3 2を介して燃料ガスを 供給する際に、 ある決まった所定の流量の燃料ガスを供給するようにしているた め、 燃料流量制御弁 2 0における空燃比制御が簡単に行える。
また、 燃料流量制御弁 2 0の開度が全開状態で且つエンジン出力が増加傾向に あるときに前記ガス供給弁を開とすることにより、 ガス供給分岐管 3 0、 ガス供 給分岐枝管 3 2を介して供給する燃料ガスの要否を簡単に且つ確実に判断するこ とができ、 高精度の空燃比制御が可能となる。
さらに、 エンジン出力が予め設定された所定値以下となったら分岐制御弁 3 1 を閉じることにより、 簡単で且つ高精度の制御が可能となる。 産業上の利用可能性
本実施例によれば、 燃料ガスを過給機入口空気と混合しこの混合気を過給機に 供給する燃料ガス供給系と燃料ガスをシリンダ毎の給気通路内に供給する燃料ガ ス供給系とを併設したガスエンジンにおいて、 過給機出口での燃料ガスの爆発の 可能^4を皆無にできるとともに、 低カロリーガスを用いる場合においてもシリン ダ毎の給気通路への燃料ガス圧縮用のガスコンプレッサの動力を低減できて該ガ スコンプレッサを小型小容量ィヒしたガスエンジンを提供できる。

Claims

1 . 過給機を介して給気された空気と、 燃料ガス供給管を通って燃料流量制 御弁により燃料供給量が制御された燃料ガスとを混合して燃焼室内に供給し、 ェ ンジンを着火燃焼せしめるガスエンジンシステムの制御方法において、
前記燃料ガスが低力口リ一請である場合又はエンジン出力が高出力である場合に は、 前記燃料ガス供給管の前記燃料流量制御弁より上流側にて前記燃料ガスの一 部を分岐し、 該分岐した燃料ガス流量が Sの、 分岐された側の燃料ガス流量より少な 、一定流量となるようにし、 ガス供給分岐管上に設置され O Nノ O F F制御され る分岐制御弁を介して前記分岐した燃料ガスを前記燃焼室内に供給し、
囲
前記燃料ガスの残分を、 前記燃料ガス供給管からガス供給主管を介して前記燃 料流量制御弁に供給し、 該燃料流量制御弁にて前記燃焼室内に供給される混合ガ スが所定の空燃比となるように燃料ガス量を制御するようにするとともに、 前記燃料ガスが高カロリ一である場合又はエンジン出力が低出力である場合に は、 前記分岐制御弁を閉とし、 前記ガス供給主管にのみ前記燃料ガスを供給する ようにしたことを特徴とするガスエンジンシステムの制御方法。
2. 前記ガス供給分岐管から各燃焼室に接続されるガス供給分岐枝管上に、 前記燃料ガスの流量を調整するガス調整弁を備えており、 前記エンジンの燃焼室 に不具合が生じた場合に、 該当する燃焼室に対応した前記燃料流量制御弁と、 前 記ガス調整弁を共に閉に制御して前記燃料ガスの通流を停止することを特徴とす る請求項 1記載のガスエンジンシステムの制御方法。
3 . 前記燃料流量制御弁の開度を検出するとともに前記エンジンの出力を検 出し、 前記燃料流量制御弁の開度が全開状態で且つエンジン出力が増力!]傾向にあ るときに、 前記燃料ガスが低カロリーである場合又はエンジン出力が高出力であ ると判断し、 前記分岐制御弁を開とすることを特 ί敷とする請求項 1記載のガスェ ンジンシステムの制御方法。
4 . 前記ガス供給弁が開の状態にてエンジン出力を検出し、 該エンジン出力 が予め設定された所定値以下となったら前記燃料ガスが高力口リ一又はエンジン 出力が低出力となったことを判断し、 前記分岐制御弁を閉じることを特徴とする 請求項 1記載のガスエンジンシステムの制御方法。
5 . 過給機を介して給気された空気の燃焼室への供給量を制御する給気流量 制御弁と、 燃料供給管上に設けられ燃料供給量の該燃焼室への供給量を制御する 燃料流量制御弁とを備えるとともに、 前記空気と前記燃料ガスとを所要の空燃比 にて混合して燃焼室内に供給する燃料噴射装置とを備えたガスエンジンの制御装 置において、
前記燃料供給管を、 前記燃焼室に接続されるガス供給主管と、 前記燃料流量制 御弁の上流側から分岐させたガス供給分岐管とに分岐させ、 該ガス供給分岐管上 に ON/O F F制御され開状態にて前記ガス供給主管を通流する燃料ガス流量よ りも少ない流量の燃料ガスが通流する分岐制御弁を設けることを特徴とするガス エンジンシステム。
6 . 前記ガス供給分岐管から各燃焼室に接続されるガス供給分岐枝管上に、 前記燃料ガスの流量を調整するガス調整弁を備えたことを特徴とする請求項 5記 載のガスエンジンシステム。
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