WO2011074598A1 - ガスエンジン制御装置 - Google Patents

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WO2011074598A1
WO2011074598A1 PCT/JP2010/072528 JP2010072528W WO2011074598A1 WO 2011074598 A1 WO2011074598 A1 WO 2011074598A1 JP 2010072528 W JP2010072528 W JP 2010072528W WO 2011074598 A1 WO2011074598 A1 WO 2011074598A1
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engine speed
air
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良一 萩原
武本　徹
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ヤンマー株式会社
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a gas engine control device.
  • air-fuel ratio the ratio of the flow rate of the outside air (air) and the flow rate of the fuel gas (outside air flow rate / fuel gas flow rate) (hereinafter simply referred to as “air-fuel ratio”) is optimized according to the characteristics of the fuel gas used.
  • Gas engine control devices for adjustment are known.
  • the flow rate of fuel gas determined from the target rotation speed and output of the gas engine (hereinafter simply referred to as “fuel gas flow rate command value”).
  • fuel gas flow rate command value the flow rate of fuel gas determined from the target rotation speed and output of the gas engine
  • mixture flow rate command value the flow rate of the supply air mixed with outside air at the optimum air-fuel ratio
  • the plug gap of the spark plug expands with time, or the volume of the cylinder decreases due to soot accumulated in the cylinder.
  • This improves the ignitability of the air-fuel mixture by the spark plug and increases the temperature in the combustion chamber during the compression stroke of the piston, so that the air-fuel mixture burns rapidly and the combustion time is shortened. Therefore, the air-fuel mixture burns rapidly while the piston is in the position near the top dead center (high compression ratio state), so the pressure and temperature of the combustion chamber at the time of combustion are the combustion at the time of combustion before the change with time. It becomes higher and higher than the pressure and temperature of the chamber. As a result, the reaction between oxygen and nitrogen in the air-fuel mixture is promoted, and the amount of NOx emission increases.
  • the amount of NOx emission can be reduced by controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to the lean side and suppressing the increase in pressure and temperature of the combustion chamber during combustion.
  • the exhaust temperature is lower than the exhaust temperature before the change with time.
  • the exhaust gas temperature is further lowered by controlling the air-fuel ratio of the air-fuel mixture to the lean side to lower the temperature during combustion. Therefore, the temperature of the catalyst heated by the heat of the exhaust also decreases, which is disadvantageous in that the ability of the catalyst to reduce NOx and the like decreases.
  • the outside air flows at an optimum air-fuel ratio to the fuel gas flow rate (hereinafter, simply referred to as “fuel gas flow rate command value”) determined from the target rotation speed and output of the gas engine.
  • the flow rate of the mixed supply air (hereinafter simply referred to as “air mixture”) (hereinafter simply referred to as “air mixture flow command value”) is calculated, and the flow rate of the air mixture calculated from the temperature and pressure of the air mixture ( Some of them have an air-fuel ratio control process for setting a target opening of the throttle valve based on a deviation between the “actual mixture flow rate” and the mixture flow rate command value.
  • the actual air-fuel mixture flow rate Qmix (1 / sec) includes the supply air temperature (manifold temperature) T1 (K), the supply air pressure (manifold pressure) P1 (kPa), the charging efficiency ⁇ c, the stroke volume V s , Further, based on the engine speed Ne (1 / sec), it is calculated from the following formula 3.
  • the flow rate Q of a fluid flowing in a circular tube having a radius R and a length L is calculated from the following equation 4 derived from Hagen-Poiseuille's law based on the fluid viscosity ⁇ T and the pressure loss ⁇ P.
  • the fluid viscosity ⁇ T is calculated from the following formula 5 derived from the Sutherland empirical formula based on the fluid (air mixture) viscosity ⁇ 0 at 0 ° C. and the fluid temperature T. Therefore, when the fluid temperature T varies, the flow rate Q flowing through a predetermined Pipe varies due to the influence of the fluid viscosity mu T calculated from the fluid temperature T. Thereby, the knowledge is obtained that the flow rate of the air-fuel mixture, which is a fluid, is influenced by the air-fuel mixture viscosity calculated from the air-fuel mixture temperature.
  • the actual mixture flow rate Qmix calculated by Equation 3 does not take into account the influence of the mixture viscosity ⁇ T1 determined by the mixture temperature (manifold temperature) T1.
  • the air-fuel mixture temperature (manifold temperature) T1 varies depending on the temperature of the outside air. That is, since the air-fuel mixture viscosity ⁇ T1 varies, an error occurs between the actual air-fuel mixture flow rate Qmix and the actually supplied air-fuel mixture flow rate.
  • the present invention includes an air-fuel mixture temperature detecting means for detecting the air-fuel mixture temperature Tmix, an air-fuel mixture pressure detecting means for detecting the air-fuel mixture pressure Pmix, an engine speed detecting means for detecting the engine speed Ne, and an exhaust gas temperature.
  • the engine speed command value is determined from the exhaust temperature detection means for detecting the engine load and the load applied to the load device driven by the engine, and the deviation between the detected engine speed Ne and the determined engine speed command value
  • Engine speed control means for controlling the opening degree of the throttle valve on the basis of the load, the load supplied to the load device, and the mixture flow rate command value determined from the determined engine speed command value, and the detected mixing
  • An actual mixture flow rate is calculated based on the gas temperature Tmix, the detected mixture pressure Pmix, and the detected engine speed Ne, and the determined mixture flow rate command value and
  • the mixture flow rate control means for controlling the opening degree of the fuel gas control valve based on the deviation from the actual mixed gas flow rate, and the exhaust gas temperature command value is determined from the determined mixed gas flow rate command value.
  • Discharge timing control means for controlling the timing at which the spark plug discharges based on the deviation between the exhaust temperature command value and the detected exhaust temperature.
  • the mixture flow rate control means calculates a mixture viscosity ⁇ Tmix shown in the following equation 1 based on the mixture temperature Tmix and the mixture viscosity ⁇ 0 at 0 ° C. Based on the temperature Tmix, the air-fuel mixture viscosity ⁇ Tmix , the air-fuel mixture pressure Pmix, the engine speed Ne, the charging efficiency ⁇ c , and the stroke volume V s , the viscosity corrected actual air-fuel mixture flow rate QmixR shown in the following equation 2 is calculated. The opening degree of the fuel gas control valve is controlled based on a deviation between the mixture flow rate command value and the viscosity-corrected actual mixture flow rate QmixR.
  • the air-fuel mixture flow rate is controlled by controlling the opening degree of the fuel gas control valve, and the discharge timing of the spark plug is controlled so that the exhaust gas temperature becomes a predetermined temperature.
  • the time can be controlled to a certain time.
  • the error between the mixture flow rate calculated by the engine control device and the actually supplied mixture flow rate can be reduced.
  • the air-fuel mixture in the appropriate air-fuel ratio, the O 2 concentration that O 2 concentration in the ambient air by variations in the temperature of the outside air contained in the mixed gas be varied does not change. That is, the NOx concentration discharged from the gas engine is not affected by the temperature of the outside air, and the NOx concentration discharged from the gas engine can be set to an appropriate value.
  • (A) shows a graph representing the O 2 concentration in the mixture by the gas engine control apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • (B) The figure which shows the graph showing the NOx density
  • (A) The figure which shows the graph showing the change of the exhaust temperature by the time-dependent change of the gas engine which concerns on one Embodiment of this invention.
  • (B) The figure which shows the graph showing the change of the combustion time by the discharge timing control process of the gas engine control apparatus which concerns on one Embodiment of this invention.
  • upstream side indicates the upstream side in the flow direction of the air-fuel mixture
  • downstream side indicates the downstream side in the flow direction of the air-fuel mixture.
  • the upper and lower directions are defined with the direction in which the piston 13 compresses the air-fuel mixture as the upward direction.
  • the gas engine 1 is a single-cylinder engine or a multi-cylinder engine, and performs a combustion operation using a fuel gas such as natural gas.
  • the gas engine 1 mainly includes an engine body 10, an air supply path 20, an exhaust path 30, and a fuel gas supply path 40.
  • the gas engine 1 is configured such that an output shaft (not shown) is connected to a generator 50 that is a load device, and the generator 50 is operated.
  • the load apparatus which the gas engine 1 operates is not limited to the generator 50 in this embodiment.
  • the engine main body 10 has a cylinder head 12 fixed to an upper part of a cylinder block 11 which is a main constituent member.
  • a piston 13 is slidably accommodated in a cylinder 10a formed in a cylinder block 11, and a combustion chamber 14 is formed above the piston 13 in the cylinder 10a.
  • the cylinder head 12 includes an air supply valve 15 that communicates or blocks the air supply path 20 and the combustion chamber 14, an ignition plug 16 that ignites the air-fuel mixture supplied to the combustion chamber 14, and an exhaust path 30 and the combustion chamber 14. Is provided with an exhaust valve 17 for communicating or shutting off.
  • a crankshaft 19 connected to the engine body 10 via a piston 13 and a connecting rod 18 is rotatably supported.
  • the engine body 10 is configured to convert the reciprocating motion of the piston 13 into a rotational motion by the crankshaft 19 and to output it to the generator 50 via an output shaft (not shown).
  • the air supply path 20 supplies the engine body 10 with a mixture of outside air and fuel gas.
  • the air supply path 20 includes an air supply pipe 21, a venturi 22, a throttle valve 23, and the like.
  • the air supply pipe 21 is a main structural member of the air supply path 20.
  • One of the air supply pipes 21 communicates with the combustion chamber 14 of the engine body 10 via the air supply valve 15 and the other is released to the atmosphere. Therefore, the air supply pipe 21 is configured to be able to supply outside air into the combustion chamber 14.
  • a fuel gas supply path 40 is connected to the air supply pipe 21 in the middle thereof.
  • the venturi 22 generates a differential pressure between the fuel gas in the fuel gas supply path 40 and the air (outside air) in the air supply pipe 21.
  • the venturi 22 is provided at a connection portion of the fuel gas supply path 40 in the air supply pipe 21.
  • the venturi 22 is configured to be able to supply the fuel gas in the fuel gas supply path 40 into the air supply pipe 21 by the differential pressure generated in the air supply pipe 21.
  • the throttle valve 23 changes the flow rate of the air-fuel mixture.
  • the throttle valve 23 is provided on the downstream side of the venturi 22 in the air supply pipe 21.
  • the throttle valve 23 is an automatic valve that can be opened and closed by an actuator such as an electric motor.
  • the throttle valve 23 can change the flow rate of the air-fuel mixture supplied to the engine body 10 by adjusting the opening thereof.
  • the exhaust path 30 is for exhausting the exhaust discharged from the engine body 10 to the outside after performing a reduction treatment of NOx and the like.
  • the exhaust path 30 includes an exhaust pipe 31, a filter (not shown), an oxidation catalyst, and the like.
  • the exhaust pipe 31 is a main structural member of the exhaust path 30.
  • One of the exhaust pipes 31 communicates with the combustion chamber 14 of the engine body 10 via the exhaust valve 17, and the other is released to the atmosphere via a filter, an oxidation catalyst, etc. (not shown). Therefore, the exhaust pipe 31 is configured to be able to exhaust the exhaust gas in the combustion chamber 14 to the outside.
  • the fuel gas supply path 40 supplies fuel gas to the air supply path 20.
  • the fuel gas supply path 40 includes a fuel gas supply pipe 41, a fuel gas control valve 42, and the like.
  • the fuel gas supply pipe 41 is a main structural member of the air supply path 20.
  • One of the fuel gas supply pipes 41 is connected to the air supply pipe 21 of the air supply path 20, and the other is connected to a fuel gas tank (not shown) that stores fuel gas. Therefore, the fuel gas supply pipe 41 is configured to be able to supply fuel gas in a fuel gas tank (not shown) into the air supply pipe 21.
  • the fuel gas control valve 42 supplies or stops the supply of the fuel gas and changes the flow rate of the fuel gas.
  • the fuel gas control valve 42 is provided in the middle of the fuel gas supply pipe 41.
  • the fuel gas control valve 42 is an automatic valve that can be opened and closed by an actuator such as an electric motor.
  • the fuel gas control valve 42 can change the flow rate of the supplied fuel gas by supplying or stopping the supply of the fuel gas to the air supply path 20 by opening and closing the valve and adjusting the opening of the valve.
  • the gas engine control device 100 controls the operation of the gas engine 1.
  • the gas engine control apparatus 100 includes an ECU 110, an engine speed detection sensor 120 as engine speed detection means, a mixture temperature detection sensor 130 as mixture temperature detection means, and a mixture pressure detection sensor as mixture pressure detection means. 140, and an exhaust temperature detection sensor 150 which is an exhaust temperature detection means.
  • the ECU 110 performs various programs for controlling the gas engine 1 and the relationship between the air-fuel ratio map M1, the exhaust gas temperature map M2, the exhaust gas temperature Tg, and the discharge angle Deg, which is the angle of the crankshaft 19 that the spark plug 16 discharges.
  • Data such as the discharge angle map M3, the charging efficiency ⁇ c , and the stroke volume V s of the gas engine 1 are stored, and these programs can be developed, and predetermined calculations can be performed according to these programs and the like. The result of the calculation can be stored.
  • the ECU 110 may actually have a configuration in which a CPU, a ROM, a RAM, an HDD, and the like are connected by a bus, or may be configured by a one-chip LSI or the like. In the present embodiment, it can be achieved by using a dedicated product or by storing the above-described program in a commercially available personal computer or workstation.
  • the ECU 110 mainly includes a control unit 111, an input unit 112, an output unit 113, and the like.
  • the control unit 111 functionally includes a storage unit 111a, an engine speed control unit 111b which is an engine speed control unit, an air-fuel mixture flow control unit 111c which is an air-fuel flow rate control unit, and a discharge timing which is a discharge timing control unit.
  • a control unit 111d is provided. Substantially, the control unit 111 performs a predetermined calculation or the like according to a program stored in the storage unit 111a, so that the storage unit 111a, the engine speed control unit 111b, the mixture flow rate control unit 111c, and the discharge timing. It functions as the control unit 111d.
  • control unit 111 the storage unit 111a and the engine speed control unit 111b cooperate to perform each process constituting one embodiment of the gas engine control device 100 according to the present invention.
  • the storage unit 111a and the air-fuel mixture flow rate control unit 111c cooperate to perform each process constituting one embodiment of the gas engine control device 100 according to the present invention.
  • the storage unit 111a and the discharge timing control unit 111d cooperate to perform each process constituting one embodiment of the gas engine control device 100 according to the present invention. Specific functions of the storage unit 111a, the engine speed control unit 111b, the mixture flow rate control unit 111c, and the discharge timing control unit 111d will be described later.
  • the input unit 112 is connected to the control unit 111, and signals from the engine speed detection sensor 120, the mixture temperature detection sensor 130, the mixture pressure detection sensor 140, and the generator 50 that is a command value setting unit are connected to the control unit 111. And command values are input.
  • the output unit 113 is connected to the control unit 111 and outputs a signal from the control unit 111 to the fuel gas control valve 42, the throttle valve 23, and the spark plug 16.
  • the engine speed detection sensor 120 detects the engine speed Ne.
  • the engine speed detection sensor 120 includes a rotary encoder or the like, and is provided on the crankshaft 19 of the gas engine 1.
  • the engine speed detection sensor 120 is configured to be able to detect the angle of the crankshaft 19, that is, the crank angle at the same time.
  • the engine speed detection sensor 120 is a rotary encoder.
  • the engine speed detection sensor 120 is not particularly limited as long as it can detect the engine speed Ne and the crank angle.
  • the mixture temperature detection sensor 130 detects the mixture temperature Tmix.
  • the air-fuel mixture temperature detection sensor 130 is arranged in the middle of the air supply pipe 21 and downstream of the throttle valve 23.
  • the position where the mixture temperature detection sensors 130 are arranged and the number of the mixture temperature detection sensors 130 are not particularly limited in the present embodiment, and any configuration can be used as long as the mixture temperature Tmix can be detected as appropriate. Good.
  • the mixture pressure detection sensor 140 detects the mixture pressure Pmix.
  • the mixture pressure detection sensor 140 is disposed in the middle of the supply pipe 21 and in the vicinity of the mixture temperature detection sensor 130. Note that the positions at which the mixture pressure detection sensors 140 are arranged and the number of the mixture pressure detection sensors 140 are not particularly limited in the present embodiment, and any configuration that can appropriately detect the mixture pressure Pmix is possible. Good.
  • the exhaust temperature detection sensor 150 detects the exhaust temperature Tg.
  • the exhaust temperature detection sensor 150 is disposed in the middle of the exhaust pipe 31. Note that the positions at which the exhaust temperature detection sensors 150 are arranged and the number of the exhaust temperature detection sensors 150 are not particularly limited in the present embodiment, and any configuration that can appropriately detect the exhaust temperature Tg may be used.
  • the input unit 112 of the ECU 110 is connected to an engine speed detection sensor 120, and can acquire an engine speed Ne and a crank angle detected by the engine speed detection sensor 120.
  • the input unit 112 of the ECU 110 is connected to the mixture temperature detection sensor 130 and can acquire the mixture temperature Tmix detected by the mixture temperature detection sensor 130.
  • the input unit 112 of the ECU 110 is connected to the mixture pressure detection sensor 140, and can acquire the mixture pressure Pmix detected by the mixture pressure detection sensor 140.
  • the input unit 112 of the ECU 110 is connected to the exhaust gas temperature detection sensor 150, and can acquire the exhaust gas temperature Tg detected by the exhaust gas temperature detection sensor 150.
  • the input part 112 of ECU110 is connected with the generator 50 which is a load apparatus, and can acquire the load Ld thrown into the generator 50.
  • FIG. 1 The input part 112 of ECU110 is connected with the generator 50 which is a load apparatus, and can acquire the load Ld thrown into the generator 50.
  • the output unit 113 of the ECU 110 is connected to the spark plug 16 via an ignition device (not shown), and can transmit a discharge signal of the spark plug 16.
  • the output unit 113 of the ECU 110 is connected to the throttle valve 23, and can transmit a setting signal of the opening degree of the throttle valve 23.
  • the output unit 113 of the ECU 110 is connected to the fuel gas control valve 42, and can transmit a setting signal of the opening degree of the fuel gas control valve 42.
  • the control mode of the gas engine control apparatus 100 includes an engine speed control process A, a mixture flow rate control process B, and an ignition timing control process C.
  • the engine speed command value NeO is determined from the load Ld by the cooperation of the storage section 111a and the engine speed control section 111b in the control section 111, and the engine speed Ne and This is a stroke for controlling the opening degree of the throttle valve 23 based on the deviation from the engine speed command value NeO.
  • the air-fuel mixture flow rate command value QmixO is calculated from the load Ld and the engine speed command value NeO by the cooperation of the storage unit 111a and the air-fuel mixture flow rate control unit 111c in the control unit 111. decide.
  • the mixture viscosity ⁇ Tmix shown in the following equation 1 is calculated.
  • the viscosity-corrected actual air-fuel mixture flow shown in the following equation 2 QmixR is calculated. Then, the opening of the fuel gas control valve 42 is controlled based on the deviation between the air-fuel mixture flow rate command value QmixO and the viscosity corrected actual air-fuel mixture flow rate QmixR.
  • the spark plug 16 is discharged based on the deviation between the exhaust temperature command value TgO and the exhaust temperature Tg by the cooperation of the storage unit 111a and the discharge timing control unit 111d in the control unit 111. This is a process of correcting the timing to perform.
  • step S100 the ECU 110 starts an engine speed control process A and shifts the control stage to step S110 (see FIG. 3).
  • step S ⁇ b> 110 the ECU 110 acquires the load Ld input to the generator 50 that is the load device and the engine speed Ne detected by the engine speed detection sensor 120 through the input unit 112. .
  • ECU110 memorize
  • step S120 the ECU 110 determines an engine speed command value NeO by the engine speed control unit 111b of the control unit 111 based on the load Ld and the air-fuel ratio map M1 stored in the storage unit 111a of the control unit 111. To do.
  • the ECU 110 stores the engine speed command value NeO determined by the engine speed control unit 111b of the control unit 111 in the storage unit 111a of the control unit 111, and then shifts the control stage to step S130.
  • step S130 the ECU 110 determines whether the engine speed Ne stored in the storage unit 111a of the control unit 111 is equal to the engine speed command value NeO by the engine speed control unit 111b of the control unit 111. As a result, when it is determined that the engine speed Ne is equal to the engine speed command value NeO, the ECU 110 ends the engine speed control process A and shifts the control stage to step S200 (see FIG. 2). If it is determined that the engine rotational speed Ne is not equal to the engine rotational speed command value NeO, the ECU 110 proceeds to a control step to step S140.
  • step S140 the ECU 110 determines whether the engine speed Ne stored in the storage unit 111a of the control unit 111 is larger than the engine speed command value NeO by the engine speed control unit 111b of the control unit 111. As a result, when it is determined that the engine speed Ne is larger than the engine speed command value NeO, the ECU 110 proceeds to a control step to step S150. If it is determined that the engine rotational speed Ne is smaller than the engine rotational speed command value NeO, the ECU 110 proceeds to a control step to step S160.
  • step S150 the ECU 110 controls the throttle valve based on the difference between the engine speed Ne stored in the storage unit 111a of the control unit 111 and the engine speed command value NeO by the engine speed control unit 111b of the control unit 111.
  • An opening correction amount SvH of 23 is calculated.
  • the ECU 110 controls the engine speed control unit 111b of the control unit 111 so that the opening degree of the throttle valve 23 is decreased by the opening correction amount SvH via the output unit 113, and then ends the engine speed control process A. Then, the control stage proceeds to step S200 (see FIG. 2).
  • step S160 the ECU 110 controls the throttle valve based on the deviation between the engine speed Ne stored in the storage unit 111a of the control unit 111 and the engine speed command value NeO by the engine speed control unit 111b of the control unit 111.
  • An opening correction amount SvH of 23 is calculated.
  • the ECU 110 controls the engine speed control unit 111b of the control unit 111 to increase the opening of the throttle valve 23 by the opening correction amount SvH via the output unit 113, and then ends the engine speed control process A. Then, the control stage proceeds to step S200 (see FIG. 2).
  • step S200 the ECU 110 starts an air-fuel mixture flow rate control step B and shifts the control stage to step S210 (see FIG. 4).
  • step S210 the ECU 110 causes the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 to store the load Ld, the engine speed command value NeO, and the air-fuel ratio that are stored in the storage unit 111a of the control unit 111.
  • a mixture flow rate command value QmixO is determined based on the map M1.
  • the ECU 110 stores the mixture flow rate command value QmixO determined by the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 in the storage unit 111a of the control unit 111, and then shifts the control stage to step S220.
  • step S220 the ECU 110 detects, by the input unit 112, the engine speed Ne detected by the engine speed detection sensor 120, the mixture temperature Tmix detected by the mixture temperature detection sensor 130, and the mixture pressure detection sensor 140.
  • the mixture pressure Pmix is acquired.
  • the ECU 110 stores the engine speed Ne, the mixture temperature Tmix, and the mixture pressure Pmix acquired by the input unit 112 in the storage unit 111a of the control unit 111, and then shifts the control step to step S230.
  • step S230 the ECU 110 causes the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 to store the engine speed Ne, the mixture temperature Tmix, and the mixture viscosity ⁇ 0 at 0 ° C. stored in the storage unit 111a of the control unit 111. Based on the above, the air-fuel mixture viscosity ⁇ Tmix shown in the above equation 1 is calculated.
  • the ECU 110 stores the mixture viscosity ⁇ Tmix calculated by the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 in the storage unit 111a of the control unit 111, and then shifts the control step to step S240.
  • step S240 the ECU 110 causes the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 to store the mixture viscosity ⁇ Tmix , the engine speed Ne, the mixture temperature Tmix, and the mixture pressure stored in the storage unit 111a of the control unit 111.
  • the viscosity-corrected actual mixture flow rate QmixR shown in Equation 2 is calculated.
  • the ECU 110 stores the viscosity corrected actual mixture flow rate QmixR calculated by the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 in the storage unit 111a of the control unit 111, and then shifts the control step to step S250.
  • step S250 the ECU 110 determines whether the viscosity correction actual mixture flow rate QmixR stored in the storage unit 111a of the control unit 111 is equal to the mixture flow rate command value QmixO by the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111. judge. As a result, when it is determined that the viscosity corrected actual mixture flow rate QmixR is equal to the mixture flow rate command value QmixO, the ECU 110 ends the mixture flow rate control step B and shifts the control stage to step S300 (see FIG. 2). . If it is determined that the viscosity-corrected actual mixture flow rate QmixR is not equal to the mixture flow rate command value QmixO, the ECU 110 shifts the control step to step S260.
  • step S260 the ECU 110 determines whether or not the viscosity corrected actual mixture flow rate QmixR stored in the storage unit 111a of the control unit 111 is larger than the mixture flow rate command value QmixO by the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111. judge.
  • the ECU 110 shifts the control stage to step S270.
  • the ECU 110 shifts the control step to step S280.
  • step S270 the ECU 110 controls the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 based on the deviation between the viscosity corrected actual mixture flow rate QmixR and the mixture flow rate command value QmixO stored in the storage unit 111a of the control unit 111. Then, the opening correction amount FvH of the fuel gas control valve 42 is calculated.
  • the ECU 110 controls the air-fuel mixture flow rate control step B after the air-fuel flow rate control unit 111c of the control unit 111 controls the opening degree of the fuel gas control valve 42 to be increased by the opening correction amount FvH via the output unit 113. And the control stage proceeds to step S300 (see FIG. 2).
  • step S280 the ECU 110 controls the mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 based on the deviation between the viscosity corrected actual mixture flow rate QmixR and the mixture flow rate command value QmixO stored in the storage unit 111a of the control unit 111. Then, the opening correction amount FvH of the fuel gas control valve 42 is calculated.
  • the ECU 110 controls the air-fuel mixture flow rate control step B after the air-fuel mixture flow rate control unit 111c of the control unit 111 controls the output of the fuel gas control valve 42 to be decreased by the opening correction amount FvH via the output unit 113. And the control stage proceeds to step S300 (see FIG. 2).
  • the gas engine control apparatus 100 performs the viscosity correction actual mixture flow rate QmixR in consideration of the actually supplied mixture flow rate Qam and mixture viscosity ⁇ Tmix. Can be made smaller than the error between the mixture flow rate Qam and the actual mixture flow rate Qmix (without correction). As a result, as shown in FIG.
  • step S300 the ECU 110 starts an ignition timing control process C and shifts the control stage to step S310 (see FIG. 5).
  • step S310 the ECU 110 causes the discharge timing control unit 111d of the control unit 111 to set the mixture flow rate command value QmixO and the exhaust temperature map M2 stored in the storage unit 111a of the control unit 111. Based on this, an exhaust temperature command value TgO (exhaust temperature target value) is determined.
  • the ECU 110 stores the exhaust gas temperature command value TgO determined by the discharge timing control unit 111d of the control unit 111 in the storage unit 111a of the control unit 111, and then shifts the control stage to step S320.
  • step S320 the ECU 110 acquires the crank angle detected by the engine speed detection sensor 120 through the input unit 112.
  • the crank angle matches the discharge angle Deg stored in the storage unit 111a of the control unit 111 by the discharge timing control unit 111d of the control unit 111
  • the ECU 110 turns on the output unit 113 and an ignition device (not shown). Then, after the spark plug 16 is discharged, the control stage proceeds to step S330.
  • step S330 the ECU 110 acquires the exhaust gas temperature Tg detected by the exhaust gas temperature detection sensor 150 through the input unit 112.
  • ECU110 memorize
  • step S340 the ECU 110 determines whether or not the exhaust temperature Tg stored in the storage unit 111a of the control unit 111 is equal to the exhaust temperature command value TgO by the discharge timing control unit 111d of the control unit 111.
  • the ECU 110 ends the ignition timing control process C, and repeatedly shifts the control stage to step S100 (see FIG. 2). If it is determined that the exhaust gas temperature Tg is not equal to the exhaust gas temperature command value TgO, the ECU 110 shifts the control step to step S350.
  • step S350 the ECU 110 determines whether the exhaust temperature Tg stored in the storage unit 111a of the control unit 111 is smaller than the exhaust temperature command value TgO by the discharge timing control unit 111d of the control unit 111. As a result, when it is determined that the exhaust gas temperature Tg is smaller than the exhaust gas temperature command value TgO, the ECU 110 shifts the control stage to step S360. If it is determined that the exhaust gas temperature Tg is not smaller than the exhaust gas temperature command value TgO, the ECU 110 shifts the control step to step S370.
  • step S360 the ECU 110 uses the discharge timing control unit 111d of the control unit 111 to determine the discharge angle Deg based on the deviation between the exhaust temperature Tg and the exhaust temperature command value TgO stored in the storage unit 111a and the discharge angle map M3.
  • the angle correction amount DegH is calculated.
  • the ECU 110 corrects the discharge angle Deg to advance by the angle correction amount DegH via the output unit 113 by the discharge timing control unit 111d of the control unit 111, and then ends the ignition timing control process C to perform the control step. Is repeatedly transferred to step S100 (see FIG. 2).
  • step S370 the ECU 110 uses the discharge timing control unit 111d of the control unit 111 to determine the discharge angle Deg based on the deviation between the exhaust temperature Tg and the exhaust temperature command value TgO stored in the storage unit 111a and the discharge angle map M3.
  • the angle correction amount DegH is calculated.
  • the ECU 110 corrects the discharge angle Deg to be retarded by the angle correction amount DegH via the output unit 113 by the discharge timing control unit 111d of the control unit 111, and then ends the ignition timing control process C to perform the control step. Is repeatedly transferred to step S100 (see FIG. 2).
  • the combustion mass ratio D (10% -90%) which is the combustion time (crank angle until 10% of the fuel gas mass in the mixture burns until 90% burns), It can be made substantially the same as the combustion mass ratio D (10% -90%) when the air-fuel mixture is combusted in an unexpanded state (G: 0.3 mm).
  • the NOx concentration Ds contained in the exhaust of the gas engine 1 after operation for X hours is 0 hours after operation (
  • the target NOx concentration DsT (0 hrNO) which is the NOx concentration Ds contained in the exhaust gas of the gas engine 1 at the start of operation), increases from DsX (XhrNO).
  • the gas engine control apparatus 100 delays the discharge angle Deg of the spark plug 16 so that the exhaust temperature Tg rises from TgX to the exhaust temperature command value TgO along XhrTg. Turn to DegX.
  • the combustion mass ratio after operation for X hours (10% -90%) becomes substantially the same as the combustion mass ratio before change with time (10% -90%), so that the combustion chamber at the time of combustion of the air-fuel mixture
  • the NOx concentration Ds can be decreased from DsX to the target NOx concentration DsT along XhrNO.
  • the exhaust temperature Tg after the Y-hour operation decreases from the exhaust temperature command value TgO to TgY (YhrTg).
  • the NOx concentration Ds contained in the exhaust gas of the gas engine 1 after the operation for the Y time increases from the target NOx concentration DsT to DsY (YhrNO).
  • the gas engine control apparatus 100 further retards the discharge angle Deg so that the exhaust temperature Tg increases from TgY to the exhaust temperature command value TgO along YhrTg. Let it be DegY.
  • the combustion mass ratio after operation for Y hours (10% -90%) becomes substantially the same as the combustion mass ratio before change with time (10% -90%), as shown in FIG. 9B.
  • the NOx concentration Ds can be decreased from DsY to the target NOx concentration DsT along YhrNO.
  • the gas engine control device 100 expands from a state (G: 0.3 mm) where the plug gap G of the spark plug 16 is not expanded due to a change over time. Even when (G: 0.6 mm), the discharge angle Deg is changed based on the exhaust gas temperature Tg so that the air-fuel mixture having an appropriate air-fuel ratio is combusted. Therefore, as shown in FIG. 10, the NOx concentration discharged from the gas engine 1 is maintained substantially the same as before the change with time (G: 0.6 mm (control application)).
  • the gas engine control apparatus 100 includes the mixture temperature detection sensor 130 that is the mixture temperature detection means that detects the mixture temperature Tmix, and the mixture pressure detection means that detects the mixture pressure Pmix.
  • the engine speed command value NeO is determined from the load Ld input to the generator 50, which is a load device driven by the gas engine 1, and the throttle is determined based on the deviation between the engine speed Ne and the engine speed command value NeO.
  • An engine speed control unit 111b which is an engine speed control means for controlling the opening degree of the valve 23, and a load d and a mixture flow rate command value QmixO are determined from the engine speed command value NeO, and a viscosity corrected actual mixture flow rate QmixR is calculated based on the mixture temperature Tmix, the mixture pressure Pmix, and the engine speed Ne, and mixed.
  • a mixture flow rate control unit 111c which is a mixture flow rate control means for controlling the opening degree of the fuel gas control valve 42 based on a deviation between the air flow rate command value QmixO and the viscosity corrected actual mixture flow rate QmixR;
  • a discharge timing control unit 111d which is a discharge timing control means for determining the exhaust temperature command value TgO from QmixO and controlling the timing at which the spark plug 16 discharges based on the deviation between the exhaust temperature command value TgO and the exhaust temperature Tg; It has.
  • the viscosity correction actual mixture flow rate QmixR is controlled by controlling the opening degree FvO of the fuel gas control valve 42, and the discharge timing is such that the exhaust temperature Tg becomes a predetermined temperature.
  • the combustion mass ratio (10% -90%) that is the combustion time of the air-fuel mixture can be controlled to a constant value.
  • the mixture flow rate control unit 111c which is the mixture flow rate control means of the gas engine control apparatus 100 according to the present embodiment, performs the mixing shown in Formula 1 based on the mixture temperature Tmix and the mixture viscosity ⁇ 0 at 0 ° C.
  • Viscosity-corrected actual mixing is calculated by calculating the air-viscosity ⁇ Tmix and based on the air-fuel mixture temperature Tmix, the air-fuel mixture viscosity ⁇ Tmix , the air-fuel mixture pressure Pmix, the engine speed Ne, the charging efficiency ⁇ c , and the stroke volume V s.
  • the air flow rate QmixR is calculated, and the opening degree of the fuel gas control valve 42 is controlled based on the deviation between the air-fuel mixture flow rate command value QmixO and the viscosity-corrected actual air-fuel mixture flow rate QmixR.
  • the gas engine control apparatus 100 By configuring in this way, it is possible to reduce the error between the mixture flow rate calculated by the gas engine control apparatus 100 and the actually supplied mixture flow rate. As a result, it is possible to control the air-fuel mixture in the appropriate air-fuel ratio, the O 2 concentration that O 2 concentration in the ambient air by variations in the temperature of the outside air contained in the mixed gas be varied does not change. That is, the NOx concentration discharged from the gas engine 1 is not affected by the temperature of the outside air, and the NOx concentration discharged from the gas engine 1 can be set to an appropriate value.

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Abstract

ガスエンジンから排出されるＮＯｘ濃度を適正な値にすることができるガスエンジン制御装置の提供を目的とする。エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数指令値ＮｅＯとの偏差に基づいてスロットル弁（２３）の開度を制御するエンジン回転数制御部（１１１ｂ）と、負荷Ｌｄ、およびエンジン回転数指令値ＮｅＯから混合気流量指令値ＱｍｉｘＯを決定し、混合気温度Ｔｍｉｘ、混合気圧力Ｐｍｉｘ、エンジン回転数Ｎｅ、に粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを算出し、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁（４２）の開度を制御する混合気流量制御部（１１１ｃ）と、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯから排気温度指令値ＴｇＯを決定し、排気温度指令値ＴｇＯと排気温度Ｔｇとの偏差に基づいて点火プラグ（１６）が放電する時期を制御する放電時期制御部（１１１ｄ）とを具備する。

Description

ガスエンジン制御装置
　本発明は、ガスエンジン制御装置に関する。
　従来、天然ガス、都市ガス等の燃料ガスを用いて燃焼運転するガスエンジンは、ノッキングが発生したり失火したりしない最適な燃焼状態を維持することで、排気に含まれるＮＯｘ等を抑制する。このため、使用される燃料ガスの特性に応じて最適な外気（空気）の流量と燃料ガスの流量との比（外気の流量／燃料ガスの流量）（以下、単に「空燃比」という）に調整するガスエンジン制御装置が知られている。
　このようなガスエンジン制御装置において、例えば特許文献１のように、ガスエンジンが目標とする回転数、および出力から決定される燃料ガスの流量（以下、単に「燃料ガス流量指令値」という）に、最適な空燃比で外気が混合された給気（以下、単に「混合気」という）の流量（以下、単に「混合気流量指令値」という）を算出し、混合気温度や混合気圧力から算出される混合気の流量（以下、単に「実混合気流量」という）と混合気流量指令値との偏差に基づいて、スロットルバルブの目標開度を設定する空燃比制御行程を備えるものがある。このように、ガスエンジン制御装置によって混合気を適正な空燃比に制御することで、排気中に含まれるＮＯｘ等を抑制するものである。
　しかし、一般にガスエンジンは、経時変化によって、点火プラグのプラグギャップが拡大したり、シリンダ内に堆積するスス等によってシリンダの容積が減少したりする。これにより、点火プラグによる混合気への点火性が向上するとともに、ピストンの圧縮行程における燃焼室内の温度が上昇するため、混合気の燃焼が急速になり燃焼時間が短くなる。よって、ピストンが上死点近傍の位置（高圧縮比の状態）にある間に混合気が急速に燃焼するため、燃焼時における燃焼室の圧力、および温度は、経時変化前の燃焼時における燃焼室の圧力、および温度よりも高温、高圧になる。この結果、混合気中の酸素と窒素との反応が促進されＮＯｘの排出量が増加する。
　この場合、混合気の空燃比を希薄側に制御し、燃焼時における燃焼室の圧力、および温度の上昇を抑制することで、ＮＯｘの排出量を低減させることができる。一方、混合気が短時間で燃焼を完了するため、排気温度は、経時変化前の排気温度よりも低下する。さらに、混合気の空燃比を希薄側に制御して燃焼時の温度を低下させることで排気温度がさらに低下する。従って、排気の熱によって加熱されている触媒の温度も低下し、触媒がＮＯｘ等を還元する能力が低下する点で不利であった。
　また、特許文献２のように、ガスエンジンが目標とする回転数、および出力から決定される燃料ガスの流量（以下、単に「燃料ガス流量指令値」という）に、最適な空燃比で外気が混合された給気（以下、単に「混合気」という）の流量（以下、単に「混合気流量指令値」という）を算出し、混合気温度や混合気圧力から算出される混合気の流量（以下、単に「実混合気流量」という）と混合気流量指令値との偏差に基づいて、スロットルバルブの目標開度を設定する空燃比制御行程を備えるものがある。このガスエンジンにおいて、実混合気流量Ｑｍｉｘ（１／ｓｅｃ）は、給気温度（マニホールド温度）Ｔ１（Ｋ）、給気圧力（マニホールド圧力）Ｐ１（ｋＰａ）、充填効率ηｃ、行程容積Ｖｓ、およびエンジン回転数Ｎｅ（１／ｓｅｃ）に基づいて、以下の数３から算出される。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
　しかし、上記方法は、以下の問題を有する。
　一般に、半径Ｒ、長さＬの円管内を流れる流体の流量Ｑは、流体粘度μＴ、圧力損失ΔＰに基づいて、ハーゲンポアズイユの法則によって導き出される以下の数４から算出される。ここで、流体粘度μＴは、０℃における流体（混合気）粘度μ０、流体温度Ｔに基づいて、サザーランドの実験式によって導き出される以下の数５から算出される。従って、流体温度Ｔが変動すると、所定の円管内を流れる流量Ｑは、流体温度Ｔから算出される流体粘度μＴの影響により変動する。これにより、流体である混合気の流量は、混合気温度から算出される混合気粘度に影響されるという知見を得る。
　一方、数３によって算出される実混合気流量Ｑｍｉｘは、混合気温度（マニホールド温度）Ｔ１によって定まる混合気粘度μＴ１の影響が考慮されていない。しかし、実際に供給されている混合気は、外気の温度によって混合気温度（マニホールド温度）Ｔ１が変動する。すなわち、混合気粘度μＴ１が変動するため、実混合気流量Ｑｍｉｘと実際に供給されている混合気流量との間に誤差が生じる。この結果、スロットル弁の開度を、実混合気流量Ｑｍｉｘと混合気流量指令値との偏差に基づいて設定された目標開度に設定しても、適正な空燃比の混合気を供給することができない問題があった。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000004
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000005
特開２００９－５７８７２号公報 特開２００９－５７８７３号公報
　本発明は係る課題を鑑みてなされたものであり、ガスエンジンから排出されるＮＯｘ濃度を適正な値にすることができるガスエンジン制御装置の提供を目的とする。
　具体的には、経時変化によって混合気への点火性が向上したり、圧縮行程における燃焼室の温度が上昇したりしても、混合気の燃焼時間を一定の時間に制御することができるガスエンジン制御装置や、外気の温度が変動しても、混合気を適正な空燃比に制御することができるガスエンジン制御装置の提供を目的とする。
　本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
　即ち、本発明は、混合気温度Ｔｍｉｘを検出する混合気温度検出手段と、混合気圧力Ｐｍｉｘを検出する混合気圧力検出手段と、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数検出手段と、排気温度を検出する排気温度検出手段と、エンジンに駆動される負荷装置に投入された負荷からエンジン回転数指令値を決定し、検出されたエンジン回転数Ｎｅと決定されたエンジン回転数指令値との偏差に基づいてスロットル弁の開度を制御するエンジン回転数制御手段と、前記負荷装置に投入された負荷、および決定されたエンジン回転数指令値から混合気流量指令値を決定し、検出された混合気温度Ｔｍｉｘ、検出された混合気圧力Ｐｍｉｘ、検出されたエンジン回転数Ｎｅ、に基づいて実混合気流量を算出し、決定された混合気流量指令値と算出された実混合気流量との偏差に基づいて燃料ガス制御弁の開度を制御する混合気流量制御手段と、決定された混合気流量指令値から排気温度指令値を決定し、決定された排気温度指令値と検出された排気温度との偏差に基づいて点火プラグが放電する時期を制御する放電時期制御手段と、を具備するものである。
　また、本発明は、前記混合気流量制御手段は、前記混合気温度Ｔｍｉｘ、および０℃における混合気粘度μ０に基づいて以下の数１に示す混合気粘度μＴｍｉｘを算出し、前記混合気温度Ｔｍｉｘ、前記混合気粘度μＴｍｉｘ、前記混合気圧力Ｐｍｉｘ、前記エンジン回転数Ｎｅ、充填効率ηｃ、および行程容積Ｖｓに基づいて以下の数２に示す粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを算出し、前記混合気流量指令値と前記粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲとの偏差に基づいて前記燃料ガス制御弁の開度を制御するものである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000006
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000007
　本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
　本発明においては、燃料ガス制御弁の開度を制御することで混合気流量を制御するとともに、排気温度が所定の温度になるように点火プラグの放電時期を制御することで、混合気の燃焼時間を一定の時間に制御することができる。この結果、経時変化によって混合気への点火性が向上したり、圧縮行程における燃焼室の温度が上昇したりしても、混合気の燃焼時における燃焼室の圧力、および温度の上昇が抑制される。これにより、ガスエンジンから排出されるＮＯｘ濃度が目標ＮＯｘ濃度に維持され、ガスエンジンから排出されるＮＯｘ濃度を適正な値にすることができる。
　本発明においては、エンジン制御装置が算出する混合気流量と実際に供給されている混合気流量との誤差を小さくすることができる。この結果、混合気を適正な空燃比に制御することができるため、外気の温度の変動によって外気に含まれるＯ２濃度が変動しても混合気に含まれるＯ２濃度は変動しない。すなわち、ガスエンジンから排出されるＮＯｘ濃度が外気の温度に影響されず、ガスエンジンから排出されるＮＯｘ濃度を適正な値にすることができる。
本発明の一実施形態に係るガスエンジンの構成を示す図。 本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の制御行程を示すフローチャート図。 本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置のエンジン回転数制御行程を示すフローチャート図。 本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の混合気流量制御行程を示すフローチャート図。 本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の放電時期制御行程を示すフローチャート図。 本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の混合気流量制御行程による効果を表すグラフを示す図。 （ａ）本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置による混合気に含まれるＯ２濃度を表すグラフを示す図。（ｂ）本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置による排気に含まれるＮＯｘ濃度を表すグラフを示す図。 （ａ）本発明の一実施形態に係るガスエンジンの経時変化による排気温度の変化を表すグラフを示す図。（ｂ）本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の放電時期制御行程による燃焼時間の変化を表すグラフを示す図。 （ａ）本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置による放電時期制御行程において排気温度を維持する制御態様を表すグラフを示す図。（ｂ）本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置による放電時期制御行程においてＮＯｘ濃度を維持する制御態様を表すグラフを示す図。 本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の放電時期制御行程によるＮＯｘ濃度の変化を表すグラフを示す図。
　　　　　１　　ガスエンジン
　　　　２３　　スロットル弁
　　　　４２　　燃料ガス制御弁
　　　　５０　　発電機
　　　１００　　ガスエンジン制御装置
　　　１２０　　エンジン回転数検出センサー
　　　１３０　　混合気温度検出センサー
　　　１４０　　混合気圧力検出センサー
　　　１５０　　排気温度検出センサー
　　　　Ｎｅ　　エンジン回転数
　　Ｔｍｉｘ　　混合気温度
　　Ｐｍｉｘ　　混合気圧力
　　　　Ｔｇ　　排気温度
　　　　Ｌｄ　　負荷
　　　ＴｇＯ　　排気温度指令値
　　　ＬｄＯ　　エンジン出力指令値
　　　ＮｅＯ　　エンジン回転数指令値
　　　ＧｓＯ　　燃料ガス流量指令値
　ＱｍｉｘＯ　　混合気流量指令値
　ＱｍｉｘＲ　　粘度補正実混合気流量
　以下に、図１を用いて、本発明のガスエンジン制御装置の一実施形態に係るガスエンジン制御装置１００と、このガスエンジン制御装置１００を適用した内燃機関であるガスエンジン１とについて説明する。なお、本実施形態における「上流側」とは混合気の流れ方向における上流側を示し、「下流側」とは混合気の流れ方向における下流側を示す。またピストン１３が混合気を圧縮する方向を上方向として上下を規定する。
　図１に示すように、ガスエンジン１は、単気筒エンジンまたは多気筒エンジンであり、天然ガス等の燃料ガスを用いて燃焼運転するものである。ガスエンジン１は、主にエンジン本体１０、給気経路２０、排気経路３０、燃料ガス供給経路４０、を具備する。ガスエンジン１は、その図示しない出力軸が負荷装置である発電機５０と連結され、発電機５０を稼動させるように構成される。なお、ガスエンジン１が稼動させる負荷装置は、本実施形態において、発電機５０に限定するものではない。
　エンジン本体１０は、その主たる構成部材であるシリンダブロック１１の上部にシリンダヘッド１２が固設される。エンジン本体１０は、シリンダブロック１１に形成されるシリンダ１０ａ内にピストン１３が摺動自在に収納され、シリンダ１０ａ内におけるピストン１３の上側方に燃焼室１４が構成される。シリンダヘッド１２には、給気経路２０と燃焼室１４とを連通又は遮断する給気バルブ１５、燃焼室１４に供給された混合気に着火する点火プラグ１６、および排気経路３０と燃焼室１４とを連通又は遮断する排気バルブ１７が具備される。また、エンジン本体１０には、ピストン１３とコンロッド１８を介して連結されるクランク軸１９が回動自在に支持される。エンジン本体１０は、クランク軸１９によってピストン１３の往復運動を回転運動に変換し、図示しない出力軸を介して発電機５０に出力可能に構成される。
　給気経路２０は、エンジン本体１０に、外気と燃料ガスとの混合気を供給するものである。給気経路２０は、給気管２１、ベンチュリ２２、およびスロットル弁２３等を具備する。
　給気管２１は、給気経路２０の主たる構造部材である。給気管２１は、一方が給気バルブ１５を介してエンジン本体１０の燃焼室１４と連通され、他方が大気解放される。よって、給気管２１は、外気を燃焼室１４内に供給可能に構成される。給気管２１には、その途中部に燃料ガス供給経路４０が接続される。
　ベンチュリ２２は、燃料ガス供給経路４０内の燃料ガスと給気管２１内の空気（外気）との間に差圧を生じさせるものである。ベンチュリ２２は、給気管２１内の燃料ガス供給経路４０の接続部分に備えられる。ベンチュリ２２は、給気管２１内に生じさせた差圧によって燃料ガス供給経路４０内の燃料ガスを給気管２１内に供給可能に構成される。
　スロットル弁２３は、混合気の流量を変更するものである。スロットル弁２３は、給気管２１内のベンチュリ２２の下流側方に備えられる。スロットル弁２３は、電動モータ等のアクチュエータにより開閉可能な自動弁から構成される。スロットル弁２３は、その開度を調整することで、エンジン本体１０に供給される混合気の流量を変更することができる。
　排気経路３０は、エンジン本体１０から排出される排気を、ＮＯｘの還元処理等を施した後に、外部に排出するものである。排気経路３０は、排気管３１、図示しないフィルタおよび酸化触媒等を具備する。
　排気管３１は、排気経路３０の主たる構造部材である。排気管３１は、一方が排気バルブ１７を介してエンジン本体１０の燃焼室１４と連通され、他方が図示しないフィルタ、および酸化触媒等を介して大気解放される。よって、排気管３１は、燃焼室１４内の排気を外部に排出可能に構成される。
　燃料ガス供給経路４０は、給気経路２０に燃料ガスを供給するものである。燃料ガス供給経路４０は、燃料ガス供給管４１、燃料ガス制御弁４２等を具備する。
　燃料ガス供給管４１は、給気経路２０の主たる構造部材である。燃料ガス供給管４１は、一方が給気経路２０の給気管２１に接続され、他方が燃料ガスを貯蔵している図示しない燃料ガスタンクに接続される。よって、燃料ガス供給管４１は、図示しない燃料ガスタンク内の燃料ガスを給気管２１内に供給可能に構成される。
　燃料ガス制御弁４２は、燃料ガスを供給、または供給停止し、燃料ガスの流量を変更するものである。燃料ガス制御弁４２は、燃料ガス供給管４１の途中部に備えられる。燃料ガス制御弁４２は、電動モータ等のアクチュエータにより開閉可能な自動弁から構成される。燃料ガス制御弁４２は、弁の開閉により給気経路２０に燃料ガスを供給、または供給停止し、弁の開度を調整することで供給される燃料ガスの流量を変更することができる。
　図１に示すように、ガスエンジン制御装置１００は、ガスエンジン１の運転を制御するものである。ガスエンジン制御装置１００は、主としてＥＣＵ１１０、エンジン回転数検出手段であるエンジン回転数検出センサー１２０、混合気温度検出手段である混合気温度検出センサー１３０、混合気圧力検出手段である混合気圧力検出センサー１４０、および排気温度検出手段である排気温度検出センサー１５０を具備する。
　ＥＣＵ１１０は、ガスエンジン１の制御を行うための種々のプログラムや空燃比マップＭ１、排気温度マップＭ２、排気温度Ｔｇと点火プラグ１６が放電するクランク軸１９の角度である放電角度Ｄｅｇとの関係を示す放電角度マップＭ３、充填効率ηｃ、およびガスエンジン１の行程容積Ｖｓ等のデータが格納され、これらのプログラム等を展開することができ、これらのプログラム等に従って所定の演算を行うことができ、当該演算の結果等を記憶することができる。
　ＥＣＵ１１０は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。本実施形態においては専用品で達成することも、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。ＥＣＵ１１０は、主として制御部１１１、入力部１１２、出力部１１３、等を具備する。
　制御部１１１は、機能的には記憶部１１１ａ、エンジン回転数制御手段であるエンジン回転数制御部１１１ｂ、混合気流量制御手段である混合気流量制御部１１１ｃ、および放電時期制御手段である放電時期制御部１１１ｄを具備する。実体的には、制御部１１１が、記憶部１１１ａに格納されたプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、記憶部１１１ａ、エンジン回転数制御部１１１ｂ、および混合気流量制御部１１１ｃ、および放電時期制御部１１１ｄとしての機能を果たす。
　制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、およびエンジン回転数制御部１１１ｂが協働することにより、本発明に係るガスエンジン制御装置１００の実施の一形態を構成する各行程が行われる。制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、および混合気流量制御部１１１ｃが協働することにより、本発明に係るガスエンジン制御装置１００の実施の一形態を構成する各行程が行われる。制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、および放電時期制御部１１１ｄが協働することにより、本発明に係るガスエンジン制御装置１００の実施の一形態を構成する各行程が行われる。
　記憶部１１１ａ、エンジン回転数制御部１１１ｂ、混合気流量制御部１１１ｃ、および放電時期制御部１１１ｄのそれぞれの具体的な機能については、後述する。
　入力部１１２は、制御部１１１と接続され、制御部１１１にエンジン回転数検出センサー１２０、混合気温度検出センサー１３０、混合気圧力検出センサー１４０、および指令値設定手段である発電機５０からの信号や指令値等が入力されるものである。
　出力部１１３は、制御部１１１と接続され、燃料ガス制御弁４２、およびスロットル弁２３、点火プラグ１６に対して制御部１１１からの信号を出力するものである。
　エンジン回転数検出センサー１２０は、エンジン回転数Ｎｅを検出するものである。エンジン回転数検出センサー１２０は、ロータリーエンコーダ等から構成され、ガスエンジン１のクランク軸１９に設けられる。また、エンジン回転数検出センサー１２０は、同時にクランク軸１９の角度、すなわちクランク角度を検出することが可能に構成される。なお、エンジン回転数検出センサー１２０は、本実施形態において、ロータリーエンコーダとしているが、これに特に限定するものではなく、エンジン回転数Ｎｅ、およびクランク角度を検出することができるものであればよい。
　混合気温度検出センサー１３０は、混合気温度Ｔｍｉｘを検出するものである。混合気温度検出センサー１３０は、給気管２１の途中部であってスロットル弁２３よりも下流側に配置される。なお、混合気温度検出センサー１３０を配置する位置や混合気温度検出センサー１３０の数は、本実施形態において、特に限定するものではなく、混合気温度Ｔｍｉｘを適宜検出することができる構成であればよい。
　混合気圧力検出センサー１４０は、混合気圧力Ｐｍｉｘを検出するものである。混合気圧力検出センサー１４０は、給気管２１の途中部であって混合気温度検出センサー１３０の近傍に配置される。なお、混合気圧力検出センサー１４０を配置する位置や混合気圧力検出センサー１４０の数は、本実施形態において、特に限定するものではなく、混合気圧力Ｐｍｉｘを適宜検出することができる構成であればよい。
　排気温度検出センサー１５０は、排気温度Ｔｇを検出するものである。排気温度検出センサー１５０は、排気管３１の途中部に配置される。なお、排気温度検出センサー１５０を配置する位置や排気温度検出センサー１５０の数は、本実施形態において、特に限定するものではなく、排気温度Ｔｇを適宜検出することができる構成であればよい。
　図１に示すように、ＥＣＵ１１０の入力部１１２は、エンジン回転数検出センサー１２０と接続され、エンジン回転数検出センサー１２０が検出するエンジン回転数Ｎｅ、およびクランク角度を取得することが可能である。
　ＥＣＵ１１０の入力部１１２は、混合気温度検出センサー１３０と接続され、混合気温度検出センサー１３０が検出する混合気温度Ｔｍｉｘを取得することが可能である。
　ＥＣＵ１１０の入力部１１２は、混合気圧力検出センサー１４０と接続され、混合気圧力検出センサー１４０が検出する混合気圧力Ｐｍｉｘを取得することが可能である。
　ＥＣＵ１１０の入力部１１２は、排気温度検出センサー１５０と接続され、排気温度検出センサー１５０が検出する排気温度Ｔｇを取得することが可能である。
　ＥＣＵ１１０の入力部１１２は、負荷装置である発電機５０と接続され、発電機５０に投入された負荷Ｌｄを取得することが可能である。
　ＥＣＵ１１０の出力部１１３は、図示しない点火装置を介して点火プラグ１６と接続され、点火プラグ１６の放電信号を送信することが可能である。
　ＥＣＵ１１０の出力部１１３は、スロットル弁２３と接続され、スロットル弁２３の開度の設定信号を送信することが可能である。
　ＥＣＵ１１０の出力部１１３は、燃料ガス制御弁４２と接続され、燃料ガス制御弁４２の開度の設定信号を送信することが可能である。
　以下では、図２、図３、図４、および図５を用いて、本発明に係るガスエンジン制御装置１００の制御態様について説明する。
　図２に示すように、本発明に係るガスエンジン制御装置１００の制御態様は、エンジン回転数制御行程Ａ、混合気流量制御行程Ｂ、および点火時期制御行程Ｃから構成される。
　エンジン回転数制御行程Ａは、制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、およびエンジン回転数制御部１１１ｂが協働することにより、負荷Ｌｄからエンジン回転数指令値ＮｅＯを決定し、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数指令値ＮｅＯとの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度を制御する行程である。
　混合気流量制御行程Ｂは、制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、および混合気流量制御部１１１ｃが協働することにより、負荷Ｌｄ、およびエンジン回転数指令値ＮｅＯから混合気流量指令値ＱｍｉｘＯを決定する。次に、混合気温度Ｔｍｉｘ、および０℃における混合気粘度μ０に基づいて以下の数１に示す混合気粘度μＴｍｉｘを算出する。さらに、算出した混合気粘度μＴｍｉｘ、混合気温度Ｔｍｉｘ、混合気圧力Ｐｍｉｘ、エンジン回転数Ｎｅ、充填効率ηｃ、および行程容積Ｖｓに基づいて以下の数２に示す粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを算出する。そして、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁４２の開度を制御する行程である。
　点火時期制御行程Ｃは、制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、および放電時期制御部１１１ｄが協働することにより、排気温度指令値ＴｇＯと排気温度Ｔｇとの偏差に基づいて点火プラグ１６が放電する時期を補正する行程である。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000008
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000009
　以下では、ＥＣＵ１１０によるスロットル弁２３と燃料ガス制御弁４２と点火プラグ１６との制御態様について説明する。
　ステップＳ１００において、ＥＣＵ１１０は、エンジン回転数制御行程Ａを開始して、制御段階をステップＳ１１０（図３参照）へ移行する。
　図３に示すように、ステップＳ１１０において、ＥＣＵ１１０は、入力部１１２によって、負荷装置である発電機５０に投入された負荷Ｌｄ、およびエンジン回転数検出センサー１２０が検出するエンジン回転数Ｎｅを取得する。ＥＣＵ１１０は、入力部１１２が取得した負荷Ｌｄ、およびエンジン回転数Ｎｅを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ１２０へ移行する。
　ステップＳ１２０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している負荷Ｌｄと空燃比マップＭ１とに基づいてエンジン回転数指令値ＮｅＯを決定する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂが決定したエンジン回転数指令値ＮｅＯを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ１３０へ移行する。
　ステップＳ１３０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶しているエンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯと等しいか否か判定する。
　その結果、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯと等しいと判定した場合、ＥＣＵ１１０はエンジン回転数制御行程Ａを終了して、制御段階をステップＳ２００（図２参照）へ移行する。
　また、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯと等しくないと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ１４０へ移行する。
　ステップＳ１４０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶しているエンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯより大きいか否か判定する。
　その結果、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯより大きいと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ１５０へ移行する。
　また、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯより小さいと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ１６０へ移行する。
　ステップＳ１５０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶しているエンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数指令値ＮｅＯとの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度補正量ＳｖＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、出力部１１３を介してスロットル弁２３の開度を開度補正量ＳｖＨだけ減少するように制御した後、エンジン回転数制御行程Ａを終了して、制御段階をステップＳ２００（図２参照）へ移行する。
　ステップＳ１６０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶しているエンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数指令値ＮｅＯとの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度補正量ＳｖＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、出力部１１３を介してスロットル弁２３の開度を開度補正量ＳｖＨだけ増加するように制御した後、エンジン回転数制御行程Ａを終了して、制御段階をステップＳ２００（図２参照）へ移行する。
　図２に示すように、ステップＳ２００において、ＥＣＵ１１０は、混合気流量制御行程Ｂを開始して、制御段階をステップＳ２１０（図４参照）へ移行する。
　図４に示すように、ステップＳ２１０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している負荷Ｌｄとエンジン回転数指令値ＮｅＯと空燃比マップＭ１とに基づいて混合気流量指令値ＱｍｉｘＯを決定する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃが決定した混合気流量指令値ＱｍｉｘＯを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ２２０へ移行する。
　ステップＳ２２０において、ＥＣＵ１１０は、入力部１１２によって、エンジン回転数検出センサー１２０が検出するエンジン回転数Ｎｅ、混合気温度検出センサー１３０が検出する混合気温度Ｔｍｉｘ、および混合気圧力検出センサー１４０が検出する混合気圧力Ｐｍｉｘを取得する。ＥＣＵ１１０は、入力部１１２が取得したエンジン回転数Ｎｅ、混合気温度Ｔｍｉｘ、および混合気圧力Ｐｍｉｘを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ２３０へ移行する。
　ステップＳ２３０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶しているエンジン回転数Ｎｅ、混合気温度Ｔｍｉｘ、および０℃における混合気粘度μ０に基づいて前述の数１に示す混合気粘度μＴｍｉｘを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃが算出した混合気粘度μＴｍｉｘを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ２４０へ移行する。
　ステップＳ２４０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している混合気粘度μＴｍｉｘ、エンジン回転数Ｎｅ、混合気温度Ｔｍｉｘ、混合気圧力Ｐｍｉｘ、充填効率ηｃ、および行程容積Ｖｓに基づいて前述の数２に示す粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃが算出した粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ２５０へ移行する。
　ステップＳ２５０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと等しいか否か判定する。
　その結果、粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと等しいと判定した場合、ＥＣＵ１１０は混合気流量制御行程Ｂを終了して、制御段階をステップＳ３００（図２参照）へ移行する。
　また、粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと等しくないと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ２６０へ移行する。
　ステップＳ２６０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯより大きいか否か判定する。
　その結果、粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯより大きいと判定した場合、すなわち、混合気を構成する燃料ガスの流量と外気（空気）の流量との割合（空燃比）が適正値に対して過少（リーン側）であり、必要な燃料ガスの流量を維持するために混合気流量が増加している場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ２７０へ移行する。
　また、粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯより小さいと判定した場合、すなわち、混合気を構成する燃料ガスの流量と外気（空気）の流量との割合（空燃比）が適正値に対して過大（リッチ側）であり、必要な燃料ガスの流量を維持するために混合気流量が減少している場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ２８０へ移行する。
　ステップＳ２７０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲと混合気流量指令値ＱｍｉｘＯとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁４２の開度補正量ＦｖＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、出力部１１３を介して燃料ガス制御弁４２の開度を開度補正量ＦｖＨだけ増加するように制御した後、混合気流量制御行程Ｂを終了して、制御段階をステップＳ３００（図２参照）へ移行する。
　ステップＳ２８０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲと混合気流量指令値ＱｍｉｘＯとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁４２の開度補正量ＦｖＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、出力部１１３を介して燃料ガス制御弁４２の開度を開度補正量ＦｖＨだけ減少するように制御した後、混合気流量制御行程Ｂを終了して、制御段階をステップＳ３００（図２参照）へ移行する。
　上記の如く、本実施形態に係るガスエンジン制御装置１００によって、図６に示すように、実際に供給されている混合気流量Ｑａｍと混合気粘度μＴｍｉｘを考慮した粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲとの誤差は、混合気流量Ｑａｍと実混合気流量Ｑｍｉｘ（補正無）との誤差よりも小さくすることができる。これにより、図７に示すように、各正味平均有効圧力Ｐｗ（各エンジン出力）において、外気の温度の変動（例えば、条件α（乾球温度２９℃、絶対温度２２．５ｇＷａｔｅｒ／ｋｇ・ａｉｒ）と条件β（乾球温度９℃、絶対温度２２．５ｇＷａｔｅｒ／ｋｇ・ａｉｒ））によって外気に含まれるＯ２濃度が変動しても、その変動に応じて燃料ガス量と混合気流量が変更されるので、ガスエンジン１から排出されるＮＯｘ濃度は変動しない。すなわち、ガスエンジンから排出されるＮＯｘ濃度が外気の温度に影響されず、ガスエンジンから排出されるＮＯｘ濃度を適正な値にすることができる。
　図２に示すように、ステップＳ３００において、ＥＣＵ１１０は、点火時期制御行程Ｃを開始して、制御段階をステップＳ３１０（図５参照）へ移行する。
　図５に示すように、ステップＳ３１０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと排気温度マップＭ２とに基づいて排気温度指令値ＴｇＯ（排気温度目標値）を決定する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって決定された排気温度指令値ＴｇＯを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ３２０へ移行する。
　ステップＳ３２０において、ＥＣＵ１１０は、入力部１１２によって、エンジン回転数検出センサー１２０が検出するクランク角度を取得する。そして、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、前記クランク角度が制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している放電角度Ｄｅｇと一致する時、出力部１１３、および図示しない点火装置を介して、点火プラグ１６に放電させた後、制御段階をステップＳ３３０へ移行する。
　ステップＳ３３０において、ＥＣＵ１１０は、入力部１１２によって、排気温度検出センサー１５０が検出する排気温度Ｔｇを取得する。ＥＣＵ１１０は、入力部１１２が取得した排気温度Ｔｇを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ３４０へ移行する。
　ステップＳ３４０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯと等しいか否か判定する。
　その結果、排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯと等しいと判定した場合、ＥＣＵ１１０は点火時期制御行程Ｃを終了して、制御段階をステップＳ１００（図２参照）へ繰り返し移行する。
　また、排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯと等しくないと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ３５０へ移行する。
　ステップＳ３５０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯよりも小さいか否か判定する。
　その結果、排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯよりも小さいと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ３６０へ移行する。
　また、排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯよりも小さくないと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ３７０へ移行する。
　ステップＳ３６０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、記憶部１１１ａが記憶している排気温度Ｔｇと排気温度指令値ＴｇＯとの偏差、および放電角度マップＭ３に基づいて放電角度Ｄｅｇの角度補正量ＤｅｇＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、出力部１１３を介して放電角度Ｄｅｇを角度補正量ＤｅｇＨだけ進角するように補正した後、点火時期制御行程Ｃを終了して、制御段階をステップＳ１００（図２参照）へ繰り返し移行する。
　ステップＳ３７０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、記憶部１１１ａが記憶している排気温度Ｔｇと排気温度指令値ＴｇＯとの偏差、および放電角度マップＭ３に基づいて放電角度Ｄｅｇの角度補正量ＤｅｇＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、出力部１１３を介して放電角度Ｄｅｇを角度補正量ＤｅｇＨだけ遅角するように補正した後、点火時期制御行程Ｃを終了して、制御段階をステップＳ１００（図２参照）へ繰り返し移行する。
　上記の如く、ガスエンジン制御装置１００は、図８（ａ）に示すように、経時変化により点火プラグ１６のプラグギャップＧが拡大した状態（Ｇ：０．６ｍｍ）で混合気を燃焼させた場合の排気温度Ｔｇと、経時変化前のプラグギャップＧが拡大していない状態（Ｇ：０．３ｍｍ）で混合気を燃焼させた場合の排気温度Ｔｇとが略同一になるよう放電時期制御（Ｇ：０．６ｍｍ（ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ））を行う。これにより、図８（ｂ）に示すように、経時変化により点火プラグ１６のプラグギャップＧが拡大した状態（Ｇ：０．６ｍｍ（ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ））で混合気を燃焼させた場合の混合気の燃焼時間である燃焼質量割合Ｄ（１０％－９０％）（混合気中の燃料ガス質量の１０％が燃焼してから９０％が燃焼するまでクランク角度）を、経時変化前のプラグギャップＧが拡大していない状態（Ｇ：０．３ｍｍ）で混合気を燃焼させた場合の燃焼質量割合Ｄ（１０％－９０％）と略同一にすることができる。
　従って、図９（ａ）に示すように、放電角度ＤｅｇをＤｅｇ０とするガスエンジン１は、経時変化により混合気の燃焼時間が短縮されることから、Ｘ時間運転後の排気温度Ｔｇは、０時間運転後（運転開始時）の排気温度Ｔｇである排気温度指令値ＴｇＯ（０ｈｒＴｇ）からＴｇＸ（ＸｈｒＴｇ）に低下する。この際、燃焼時における燃焼室１４の圧力、および温度は、経時変化による混合気の急速な燃焼によって、経時変化前の燃焼時における燃焼室１４の圧力、および温度よりも高温、高圧になる。この結果、混合気中の酸素と窒素との反応が促進され、図９（ｂ）に示すように、Ｘ時間運転後のガスエンジン１の排気に含まれるＮＯｘ濃度Ｄｓは、０時間運転後（運転開始時）のガスエンジン１の排気に含まれるＮＯｘ濃度Ｄｓである目標ＮＯｘ濃度ＤｓＴ（０ｈｒＮＯ）からＤｓＸ（ＸｈｒＮＯ）まで増加する。
　ここで、ガスエンジン制御装置１００は、図９（ａ）に示すように、排気温度ＴｇがＴｇＸからＸｈｒＴｇに沿って排気温度指令値ＴｇＯまで上昇するように、点火プラグ１６の放電角度Ｄｅｇを遅角してＤｅｇＸとする。これに伴い、Ｘ時間運転後の燃焼質量割合（１０％－９０％）が経時変化前の燃焼質量割合（１０％－９０％）と略同一になることで、混合気の燃焼時における燃焼室１４の圧力、および温度が低下し、図９（ｂ）に示すように、ＮＯｘ濃度Ｄｓは、ＸｈｒＮＯに沿ってＤｓＸから目標ＮＯｘ濃度ＤｓＴまで低下させることができる。
　続いて、図９（ａ）に示すように、放電角度ＤｅｇをＤｅｇＸとするガスエンジン１は、Ｙ時間運転後の排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯからＴｇＹ（ＹｈｒＴｇ）に低下する。この際、図９（ｂ）に示すように、Ｙ時間運転後のガスエンジン１の排気に含まれるＮＯｘ濃度Ｄｓは、目標ＮＯｘ濃度ＤｓＴからＤｓＹ（ＹｈｒＮＯ）まで増加する。
　ここで、ガスエンジン制御装置１００は、図９（ａ）に示すように、排気温度ＴｇがＴｇＹからＹｈｒＴｇに沿って排気温度指令値ＴｇＯまで上昇するように、放電角度Ｄｅｇをさらに遅角してＤｅｇＹとする。これに伴い、Ｙ時間運転後の燃焼質量割合（１０％－９０％）が経時変化前の燃焼質量割合（１０％－９０％）と略同一になることで、図９（ｂ）に示すように、ＮＯｘ濃度Ｄｓは、ＹｈｒＮＯに沿ってＤｓＹから目標ＮＯｘ濃度ＤｓＴまで低下させることができる。
　上述のように、各正味平均有効圧力Ｐｗ（各エンジン出力）において、ガスエンジン制御装置１００は、経時変化により点火プラグ１６のプラグギャップＧが拡大していない状態（Ｇ：０．３ｍｍ）から拡大（Ｇ：０．６ｍｍ）しても、適正な空燃比の混合気が燃焼されように排気温度Ｔｇに基づいて放電角度Ｄｅｇを変更する。従って、図１０に示すように、ガスエンジン１から排出されるＮＯｘ濃度は、経時変化前と略同一に維持される（Ｇ：０．６ｍｍ（ｃｏｎｔｒｏｌ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ））。
　以上のごとく、本実施形態に係るガスエンジン制御装置１００は、混合気温度Ｔｍｉｘを検出する混合気温度検出手段である混合気温度検出センサー１３０と、混合気圧力Ｐｍｉｘを検出する混合気圧力検出手段である混合気圧力検出センサー１４０と、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数検出手段であるエンジン回転数検出センサー１２０と、排気温度Ｔｇを検出する排気温度検出手段である排気温度検出センサー１５０と、ガスエンジン１に駆動される負荷装置である発電機５０に投入された負荷Ｌｄからエンジン回転数指令値ＮｅＯを決定し、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数指令値ＮｅＯとの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度を制御するエンジン回転数制御手段であるエンジン回転数制御部１１１ｂと、負荷Ｌｄ、およびエンジン回転数指令値ＮｅＯから混合気流量指令値ＱｍｉｘＯを決定し、混合気温度Ｔｍｉｘ、混合気圧力Ｐｍｉｘ、エンジン回転数Ｎｅ、に基づいて粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを算出し、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁４２の開度を制御する混合気流量制御手段である混合気流量制御部１１１ｃと、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯから排気温度指令値ＴｇＯを決定し、排気温度指令値ＴｇＯと排気温度Ｔｇとの偏差に基づいて点火プラグ１６が放電する時期を制御する放電時期制御手段である放電時期制御部１１１ｄと、を具備するものである。
　このように構成することにより、燃料ガス制御弁４２の開度ＦｖＯを制御することで粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを制御するともに、排気温度Ｔｇが所定の温度になるように放電時期である放電角度Ｄｅｇを調整することで、混合気の燃焼時間である燃焼質量割合（１０％－９０％）を一定の値に制御することができる。この結果、経時変化によって混合気への点火性が向上したり、圧縮行程における燃焼室１４の温度が上昇したりしても、混合気の燃焼時における燃焼室１４の圧力、および温度の上昇が抑制される。これにより、ガスエンジン１から排出されるＮＯｘ濃度を目標ＮＯｘ濃度ＤｓＴに維持され、ガスエンジンから排出されるＮＯｘ濃度を適正な値にすることができる。
　また、本実施形態に係るガスエンジン制御装置１００の混合気流量制御手段である混合気流量制御部１１１ｃは、混合気温度Ｔｍｉｘ、および０℃における混合気粘度μ０に基づいて数１に示す混合気粘度μＴｍｉｘを算出し、混合気温度Ｔｍｉｘ、混合気粘度μＴｍｉｘ、混合気圧力Ｐｍｉｘ、エンジン回転数Ｎｅ、充填効率ηｃ、および行程容積Ｖｓに基づいて数２に示す粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを算出し、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁４２の開度を制御するものである。
　このように構成することにより、ガスエンジン制御装置１００が算出する混合気流量と実際に供給されている混合気流量との誤差を小さくすることができる。この結果、混合気を適正な空燃比に制御することができるため、外気の温度の変動によって外気に含まれるＯ２濃度が変動しても混合気に含まれるＯ２濃度は変動しない。すなわち、ガスエンジン１から排出されるＮＯｘ濃度が外気の温度に影響されず、ガスエンジン１から排出されるＮＯｘ濃度を適正な値にすることができる。

Claims (2)

  1. 　混合気温度Ｔｍｉｘを検出する混合気温度検出手段と、
    　混合気圧力Ｐｍｉｘを検出する混合気圧力検出手段と、
    　エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数検出手段と、
    　排気温度を検出する排気温度検出手段と、
    　エンジンに駆動される負荷装置に投入された負荷からエンジン回転数指令値を決定し、検出されたエンジン回転数Ｎｅと決定されたエンジン回転数指令値との偏差に基づいてスロットル弁の開度を制御するエンジン回転数制御手段と、
    　前記負荷装置に投入された負荷、および決定されたエンジン回転数指令値から混合気流量指令値を決定し、検出された混合気温度Ｔｍｉｘ、検出された混合気圧力Ｐｍｉｘ、検出されたエンジン回転数Ｎｅ、に基づいて実混合気流量を算出し、決定された混合気流量指令値と算出された実混合気流量との偏差に基づいて燃料ガス制御弁の開度を制御する混合気流量制御手段と、
    　決定された混合気流量指令値から排気温度指令値を決定し、決定された排気温度指令値と検出された排気温度との偏差に基づいて点火プラグが放電する時期を制御する放電時期制御手段と、
    　を具備するガスエンジン制御装置。
  2. 　前記混合気流量制御手段は、
    　前記混合気温度Ｔｍｉｘ、および０℃における混合気粘度μ０に基づいて以下の数１に示す混合気粘度μＴｍｉｘを算出し、前記混合気温度Ｔｍｉｘ、前記混合気粘度μＴｍｉｘ、前記混合気圧力Ｐｍｉｘ、前記エンジン回転数Ｎｅ、充填効率ηｃ、および行程容積Ｖｓに基づいて以下の数２に示す粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを算出し、前記混合気流量指令値と前記粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲとの偏差に基づいて前記燃料ガス制御弁の開度を制御する請求項１に記載のガスエンジン制御装置。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
    Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
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