WO2015107753A1 - ガスエンジンの制御装置および制御方法ならびに制御装置を備えたガスエンジン - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a gas engine control device, a control method, and a gas engine provided with the control device, in which a decrease in the rotational speed due to an increase in load is suppressed.
- a throttle valve is mainly used to improve responsiveness to load fluctuations.
- a method of controlling the engine speed and performing air-fuel ratio control with a gas flow rate control valve is known. That is, this is a method of determining the gas flow rate command value so that the air-fuel ratio matches the target value after adjusting the throttle valve opening so that the engine speed matches the target speed.
- This method is a method in which the throttle is controlled by adjusting the throttle in preparation for load fluctuations, and a control allowance for the throttle valve opening is ensured.
- this method has a problem that the pressure loss due to the throttle increases because the throttle is throttled during steady operation, and the power generation efficiency (fuel consumption) of the engine deteriorates.
- Patent Document 1 proposes a method of increasing the gas flow rate so as to compensate for nonlinearity in which the flow rate characteristic of the throttle valve is grasped in advance and the flow rate does not increase in a portion where the throttle valve opening is large.
- control is generally performed to thicken the fuel when the load increases (acceleration).
- the fuel injection amount is stored in a map having the accelerator opening, the engine speed, etc. as inputs, and the fuel is set to be concentrated in an operation region where the load is large.
- the engine is subjected to high load temporarily during acceleration or climbing, whereas the generator engine is based on steady operation at high load.
- the control for thickening the fuel at a high load is applied to the engine, the steady fuel efficiency and exhaust gas performance tend to deteriorate. Since the problem with the power generation engine that is the subject of the present invention is not the magnitude of the load itself but the magnitude of the load input and the accompanying engine speed fluctuation, it is possible to apply the above-mentioned automobile engine control technology. Can not.
- the present invention has been made in view of such circumstances, and has a control device, a control method, and a control device for a gas engine that can suppress a decrease in engine speed due to an increase in engine load with a simple configuration.
- An object is to provide a gas engine provided.
- a gas engine control device is a gas engine control device that improves the response of the engine speed to load fluctuations in a gas engine operated by gas fuel, Based on the deviation between the engine speed and the target engine speed, a required gas flow rate calculation unit for calculating a required gas flow rate required to keep the engine speed constant, and a throttle valve opening according to the required gas flow rate.
- Throttle valve opening calculation unit for calculating, mixture flow rate calculation unit for calculating the mixture flow rate from the engine speed, intake pressure, intake air temperature, engine exhaust amount, etc., the mixture flow rate, and steady operation Gas flow required to match the target excess air ratio and / or the target air / fuel ratio from the target excess air ratio and / or the target air / fuel ratio at the time
- a correction calculation unit for correcting the target air-fuel ratio downward.
- a gas engine control method is a gas engine control method for improving the response of the engine speed to load fluctuations in a gas engine operated by gas fuel.
- a required gas flow rate calculating step for calculating a required gas flow rate required to keep the engine rotational speed constant from a deviation between the engine rotational speed and the target engine rotational speed, and a throttle valve according to the required gas flow rate
- a throttle valve opening calculating step for calculating an opening; an air-fuel flow calculating step for calculating an air-fuel flow from the engine speed, intake pressure, intake air temperature, engine displacement, etc .;
- the target excess air ratio and / or the target air / fuel ratio during steady operation are equal to the target excess air ratio and / or the target air / fuel ratio.
- a gas flow rate command value calculating step for calculating a gas flow rate command value necessary for the operation is compared with the required gas flow rate and the gas flow rate command value to determine whether or not the required gas flow rate is greater than the gas flow rate command value.
- the required gas flow rate calculation unit calculates the required gas flow rate necessary to keep the engine speed constant, and according to the required gas flow rate.
- the throttle valve opening calculation unit calculates the throttle valve opening. Further, the mixture flow rate is calculated by the mixture flow rate calculation unit.
- the gas flow rate command value calculation unit calculates a gas flow rate command necessary for making the target air excess rate or the target air-fuel ratio equal to the target air excess rate or the target air-fuel ratio from the air-fuel mixture flow rate and the target air excess rate or target air-fuel ratio during steady operation. The value is calculated. Then, when the required gas flow rate is larger than the gas flow rate command value, the correction arithmetic unit corrects the target excess air ratio or the target air-fuel ratio downward so that the required gas flow rate becomes equal to the gas flow rate command value.
- the gas flow rate command value increases accordingly, so the ratio of gas fuel in the mixture (air-fuel ratio) increases and the engine output improves. For this reason, it can suppress that an engine speed falls, when an engine load increases.
- control device control method
- the above control device can be implemented only by changing the software (programming), and no additional hardware is required, so the configuration is not complicated and the simple configuration is maintained. Can do.
- the flow rate characteristics of the throttle valve are compared with the conventional method in which the flow rate characteristics of the throttle valve are grasped and the gas flow rate is increased so as to compensate for the non-linearity in which the flow rate does not increase when the throttle opening is large. Can be controlled easily and reliably.
- the gas engine control device further includes an ignition timing delay unit that delays the ignition timing of the gas engine when the target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio is corrected downward. Also good.
- the control device for a gas engine according to the present invention further includes a fuel type correction unit that gives a fuel type correction coefficient to the target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio according to the type and composition of the gas fuel. It may be.
- the gas fuel used in the gas engine has different types and components depending on the region, so the stoichiometric air-fuel ratio in the gas engine also changes.
- a fuel type correction unit is provided to apply a correction coefficient to the target excess air ratio and the target air-fuel ratio in accordance with the type of gas fuel.
- the target excess air ratio and the target air-fuel ratio suitable for the type of gas fuel can be calculated, and the above-described control for suppressing the engine speed reduction can be stably performed.
- a gas engine according to the present invention is characterized by including the control device described above. For this reason, the amount of decrease in engine speed due to an increase in engine load can be suppressed with a simple configuration.
- the gas engine control device As described above, according to the gas engine control device, the control method, and the gas engine including the control device according to the present invention, it is possible to suppress a decrease in engine speed due to an increase in engine load with a simple configuration. . For this reason, especially when applied to a power generation engine, it is possible to prevent the engine speed, that is, the power supply frequency from fluctuating due to fluctuations in the load.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a one-stage supercharging gas engine to which a control device according to the present invention can be applied. It is a schematic block diagram which shows an example of the gas engine of the two-stage supercharging system which can apply the control apparatus which concerns on this invention. It is a graph which shows the state where the amount of air-fuel mixture does not increase even if the opening amount of the throttle valve is large and the amount of air-fuel mixture increases, and a nonlinear region occurs in the gas flow rate. It is a functional block diagram of a control device concerning a 1st embodiment of the present invention. It is a flowchart which shows the control method which concerns on 1st Embodiment of this invention.
- FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a one-stage supercharging gas engine to which a control device according to the present invention can be applied.
- This gas engine is for driving a generator (not shown), for example.
- an intake port 5 that is opened and closed by an intake valve 4 and an exhaust port 7 that is opened and closed by an exhaust valve 6 are connected to a cylinder 3 in which a piston 2 slides.
- a combustion chamber 8 is defined between the cylinder 3 and the piston 2, and a spark plug 9 is provided in the combustion chamber 8.
- An intake manifold 11 is connected to the intake port 5, and a compressor 12c of the supercharger 12 is connected to the upstream end thereof.
- a throttle valve 14 and an intercooler 15 are connected to an intermediate portion of the intake manifold 11.
- a gas flow rate adjusting valve 18 for supplying gas fuel is connected to an intermediate portion of the intake pipe 17 connected to the compressor 12c, and an air cleaner 19 is connected to the upstream end.
- an exhaust manifold 22 is connected to the exhaust port 7, and a turbine 12t of the supercharger 12 is connected to the downstream end thereof.
- the compressor 12c and the turbine 12t of the supercharger 12 rotate together via a rotating shaft 12s.
- An exhaust pipe 24 is connected to the turbine 12 t, and a bypass exhaust valve 26 is provided in a bypass exhaust passage 25 connecting the exhaust pipe 24 and the exhaust manifold 22.
- the air sucked from the air cleaner 19 is injected with gas fuel at the gas flow rate adjusting valve 18 to become a fuel mixture, compressed by the compressor 12 c of the supercharger 12, and intake
- the gas engine 1 is operated by being supercharged to the cylinder 3 through the manifold 11.
- the flow rate of the fuel mixture is adjusted by the throttle valve 14, and the compression heat is cooled by the intercooler 15.
- the exhaust gas discharged from the cylinder 3 is supplied to the turbine 12t of the supercharger 12 through the exhaust manifold 22, and rotates the turbine 12t at high speed. This rotation drives the compressor 12c at high speed via the rotating shaft 12s, and continues the compression and supercharging of fresh air.
- a sub-throttle valve 29 is provided in a bypass intake passage 28 that directly connects the intake pipe 17 and the intake manifold 11 without passing through the superchargers 12A and 12B.
- a bypass exhaust passage 25a and a bypass exhaust valve 26a connecting between the superchargers 12A and 12B and the exhaust manifold 22 are added on the exhaust side.
- the engine speed is controlled by the throttle valve 14 and the air-fuel ratio control is performed by the gas flow rate control valve 18 in order to improve the response to the load fluctuation.
- the control device 51 includes a required gas flow rate calculation unit 54 (PL controller), a throttle valve opening calculation unit 55 (P gain), a mixture flow rate calculation unit 56, a gas flow rate command value calculation unit 57, and a correction calculation. Part 58.
- the required gas flow rate calculation unit 54 is a functional unit that calculates a required gas flow rate Qg_d necessary to keep the engine speed constant from the deviation between the engine speed and the target engine speed.
- the throttle valve opening calculation unit 55 is a functional unit that calculates the opening of the throttle valve 14 according to the required gas flow rate Qg_d.
- the air-fuel mixture flow rate calculation unit 56 mixes the engine speed, the intake pressure, that is, the internal pressure (negative pressure) in the intake manifold 11 between the throttle valve 14 and the cylinder 3, the intake air temperature, the engine displacement, and the like. This is a functional unit that calculates the air flow rate Qm.
- This air-fuel mixture flow rate Qm [m3 / sec] is derived by the following equation (1).
- pin is the intake pressure [Pa], that is, the internal pressure of the intake manifold 11
- Tin is the temperature [K] of the intake manifold 11
- ⁇ v volumetric efficiency
- Ne is the engine speed [rpm]
- Ve is the engine displacement [m3 ]
- R are gas constants [Pa ⁇ m3 / kg / K].
- the gas flow rate command value calculation unit 57 is a functional unit that calculates a gas flow rate command value Qg_t required to match the target air excess rate ⁇ from the mixture flow rate Qm and the target air excess rate ⁇ during steady operation. is there.
- This gas flow rate command value Qg_t is derived by the following equation (2).
- the correction value ⁇ for this downward correction is derived from the following equation (3).
- ⁇ d is the required excess air ratio
- ⁇ t is the excess air ratio command value
- AFRth is the stoichiometric air-fuel ratio.
- the target value of the excess air ratio ⁇ is decreased.
- the gas concentration (air / fuel ratio) is increased to control the required gas flow rate.
- the target excess air ratio ⁇ which is the ratio between the actual air amount and the theoretical air amount
- the air-fuel ratio (Air Flow Ratio: AFR) which is the ratio between the actual air amount and the fuel, is controlled. It is good as quantity.
- control device 51 Next, the operation of the control device 51 will be described with reference to the flowchart of FIG.
- step S1 the required gas flow rate calculation unit 54 calculates the required gas flow rate Qg_d (required gas flow rate calculation step).
- step S2 the throttle valve opening calculation unit 55 calculates the opening of the throttle valve 14 (throttle valve opening calculation step).
- step S3 the air-fuel mixture flow rate calculation unit 56 calculates the air-fuel mixture flow rate Qm (air-fuel mixture flow rate calculating step).
- step S4 the gas flow rate command value calculation unit 57 causes the gas flow rate command value necessary to match the target air excess rate ⁇ from the mixture flow rate Qm and the target air excess rate ⁇ during steady operation.
- Qg_t is calculated (gas flow rate command value calculation step).
- step S5 the correction calculation unit 58 compares the required gas flow rate Qg_d with the gas flow rate command value Qg_t, and determines whether or not the required gas flow rate Qg_d> the gas flow rate command value Qg_t. That is, it is determined whether or not a non-linear region NL is generated in the gas flow rate also shown in the graph of FIG. 3 (comparison determination step).
- step S5 If the determination result in step S5 is affirmative (Yes), that is, the rotational speed deviation of the gas engine 1 (101) is large and the required gas amount is large, that is, the opening of the throttle valve 14 is large, so the mixture flow rate does not increase.
- the correction value ⁇ of the target excess air ratio ⁇ at this time is derived from the above-described equation (3).
- step S7 where the throttle valve 14 controls the rotation speed of the gas engine 1 (101) and the gas flow rate adjustment valve 18 controls the air-fuel ratio. Then, the routine of steps S1 to S7 is repeated. If the determination result in step S5 is negative (No), that is, if the rotational speed deviation of the gas engine 1 (101) is small and the required gas amount is small, the process proceeds to step S7 and the operation is continued.
- the required gas flow rate calculation unit 54 calculates the required gas flow rate Qg_d required to keep the engine speed constant, and the throttle valve opening degree is determined according to the required gas flow rate Qg_d.
- the opening of the throttle valve 14 is calculated by the calculation unit 55.
- the air-fuel mixture flow rate calculation unit 56 calculates the air-fuel mixture flow rate Qm.
- the gas flow rate command value calculation unit 57 calculates the gas flow rate command value Qg_t necessary to match the target air excess rate ⁇ from the mixture flow rate Qm and the target air excess rate ⁇ during steady operation. The Then, when the required gas flow rate Qg_d is larger than the gas flow rate command value Qg_t, the correction calculation unit 58 calculates the correction value ⁇ so that the required gas flow rate Qg_d becomes equal to the gas flow rate command value Qg_t, and the target air excess The rate ⁇ is corrected downward.
- the gas flow rate command value Qg_t increases accordingly, so the ratio of gas fuel (air-fuel ratio) in the mixture increases and the engine output improves. For this reason, it can suppress that an engine speed falls, when an engine load increases.
- FIGS. 6A and 6B show the characteristics of a conventional gas engine
- FIG. 6C is a graph showing the characteristics of the gas engine of the present embodiment.
- the air-fuel mixture / gas flow rate can be increased by increasing the throttle valve opening, and the engine speed The decline of was small.
- control device 51 and the control method described above can be implemented only by software change (programming), and no additional hardware is required, so that the configuration is not complicated and the simple configuration is maintained. Can do. Note that no additional hardware or the like is required even for the two-stage supercharging gas engine 101 shown in FIG.
- control is easier than the conventional method of grasping the flow rate characteristics of the throttle valve 14 and increasing the gas flow rate so as to compensate for the non-linearity in which the flow rate does not increase in a portion where the throttle opening is large. And it can be performed reliably.
- the correction amount ( ⁇ ) of the target excess air ratio ⁇ becomes 0 by the following process after a while. Return to rate ⁇ .
- the air-fuel mixture flow rate increases as the engine speed returns from the drop.
- the exhaust energy increases, the energy flowing into the turbine 12t increases, the compressor work increases, the boost pressure increases, and the mixture flow rate increases, and the mixture flow rate and boost pressure increase. I will do it.
- the value ⁇ becomes zero.
- the period during which the air-fuel mixture becomes rich is only a very short time of several seconds to several tens of seconds from the time when the load increases. Therefore, there is no concern that the fuel consumption of the gas engine increases and the running cost increases.
- FIG. 7 is a functional block diagram of a control device according to the second embodiment of the present invention.
- the control device 61 differs from the control device 51 of the first embodiment shown in FIG. 4 in that the control device 51 uses the excess air ratio ⁇ , which is the ratio of the actual air amount and the theoretical air amount, as the control amount.
- the air-fuel ratio Air Flow Ratio: AFR
- AFR Air Flow Ratio
- the gas flow rate command value calculation unit 57 calculates the gas flow rate command value Qg_t based on the target air-fuel ratio AFR and the air-fuel mixture flow rate Qm in the steady state.
- This gas flow rate command value Qg_t is derived by the following equation (4).
- the correction value ⁇ AFR for this downward correction is derived from the following equation (5).
- AFRd is a required air-fuel ratio
- AFRt is an air-fuel ratio command value
- the required gas flow rate calculation unit 54 calculates the required gas flow rate Qg_d necessary for keeping the engine speed constant, and the throttle valve opening calculation unit 55 according to the required gas flow rate Qg_d. Thus, the opening degree of the throttle valve 14 is calculated. Further, the air-fuel mixture flow rate calculation unit 56 calculates the air-fuel mixture flow rate Qm.
- the gas flow rate command value calculation unit 57 calculates a gas flow rate command value Qg_t necessary for matching the target air-fuel ratio AFR from the air-fuel mixture flow rate Qm and the target air-fuel ratio AFR during steady operation. Then, when the required gas flow rate Qg_d is larger than the gas flow rate command value Qg_t, the correction value ⁇ AFR is calculated by the correction calculation unit 58 so that the required gas flow rate Qg_d becomes equal to the gas flow rate command value Qg_t, and the target air-fuel ratio AFR is revised downward.
- the gas flow rate command value Qg_t increases accordingly, so the ratio of gas fuel in the mixture (air-fuel ratio) increases and the engine output improves. For this reason, it can suppress that an engine speed falls, when an engine load increases. Therefore, when generating power by driving a generator with a gas engine, it is possible to prevent power supply frequency from fluctuating and perform stable power generation.
- FIG. 8 is a functional block diagram of a control device according to the third embodiment of the present invention.
- the control device 71 is different from the control device 51 of the first embodiment shown in FIG. 4 in that an ignition timing delay unit 72 is provided.
- the knock sensor 73 is provided with the ignition timing delay part 72, the knock sensor 73 is also equipped with a general engine, and it is not something new.
- the ignition timing delay unit 72 delays the ignition timing of the gas engine 1 (101) when the engine load increases rapidly and the target excess air ratio ⁇ (or the target air-fuel ratio AFR) is corrected downward as described above.
- the ignition timing delay amount (from the retard map having the target air excess ratio ⁇ correction amount (or the target air-fuel ratio AFR correction amount shown in FIG. 7) determined by the above-described logic and the intake manifold 11 pressure as inputs is input. (Retard amount) is determined, added to the other retard amounts, and transmitted to the ignition device.
- FIG. 9 is a functional block diagram of a control device according to the fourth embodiment of the present invention.
- the control device 81 is different from the control device 51 of the first embodiment shown in FIG. 4 in that a fuel type correction unit 82 is provided.
- the fuel type correction unit 82 is a functional unit that gives a fuel type correction coefficient to the target excess air ratio ⁇ and the target air-fuel ratio AFR according to the type and components of the gas fuel.
- the fuel type correction unit 82 applies a correction coefficient to the target excess air ratio and the target air-fuel ratio according to the type of gas fuel.
- the target excess air ratio and the target air-fuel ratio suitable for the type of gas fuel can be calculated, and the above-described control for suppressing the engine speed reduction can be stably performed.
- the theoretical air-fuel ratio is corrected from the gas fuel components, and the gas flow rate command value calculation and the target excess air ratio ⁇ correction calculation are performed using the corrected theoretical air-fuel ratio.
- a correction coefficient corresponding to each type of gas fuel may be stored in the fuel type correction unit 82 in advance, and the operator of the gas engine may be switched.
- the target air-fuel ratio AFR in the steady state is used as the control amount, as in the control device 61 shown in FIG. 7, the target air-fuel ratio AFR in the steady state can be changed to correspond to the type of gas fuel. Can do.
- the gas engine control devices 51, 61, 71, 81 As described above, the gas engine control devices 51, 61, 71, 81 according to the above-described embodiment, the gas engine control method, and the gas engine 1, 101 including the control devices 51, 61, 71, 81 are provided. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in engine speed due to an increase in engine load with a very simple configuration. For this reason, especially when applied to a power generation engine, it is possible to prevent the engine speed, that is, the power supply frequency, from fluctuating due to fluctuations in the load, and to perform stable power generation.
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Abstract
簡素な構成により、急激な負荷増大によるガスエンジンの回転数低下を抑制する。制御装置(51)は、エンジン回転数と目標エンジン回転数との偏差から、エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量(Qg_d)を演算する要求ガス流量演算部(54)と、要求ガス流量(Qg_d)に応じてスロットル弁開度を演算するスロットル弁開度演算部(55)と、エンジン回転数、吸気圧力、吸気温度、エンジン排気量等から混合気流量(Qm)を演算する混合気流量演算部(56)と、混合気流量(Qm)と、定常運転時における目標空気過剰率(λ)とから、目標空気過剰率(λ)に一致させるために必要なガス流量指令値(Qg_t)を演算するガス流量指令値演算部(57)と、要求ガス流量(Qg_d)がガス流量指令値(Qg_t)よりも大きい場合には、要求ガス流量(Qg_d)=ガス流量指令値(Qg_t)となるように目標空気過剰率(λ)を下方修正する修正演算部(58)とを備える。
Description
本発明は、負荷の増大により回転数が低下することを抑制するようにしたガスエンジンの制御装置および制御方法ならびに制御装置を備えたガスエンジンに関するものである。
自家発電装置等、商用電力系統と連係していない単独運転の発電用エンジンでは、エンジン回転数がそのまま電源周波数となるため、電源周波数を一定に保つためにはエンジン回転数を一定に保つ制御を行う必要がある。同時に、高効率化や排ガス規制値達成のために空燃比(空気と燃料の比)を一定に保つことも必要である。
燃料としてLPG等のガスを使用するガスエンジンの制御に関しては、これまでに様々な制御手法が検討されているが、代表的なものとして、負荷変動に対する応答性向上を主な目的としてスロットル弁でエンジン回転数の制御を行い、ガス流量調節弁で空燃比制御行う手法が知られている。即ち、エンジン回転数が目標回転数と一致するようにスロットル弁開度を調整した上で、空燃比が目標値と一致するようにガス流量指令値を決める方法である。
この制御方法では、小さな負荷変動に対しては良好な応答性が得られるものの、スロットルが過渡的に全開となるような大きな負荷増加に対しては、エンジン回転数が大きく低下してしまう問題がある。これは、スロットルが大きく開きスロットル前後の差圧が小さくなると、それ以上スロットルを開いても混合気流量を増加させることが不可能となるため、シリンダに流入するガスの量を増やすことができずにエンジン出力が不足することが原因である。
この現象により、単独運転時にエンジン回転数が大きく低下した場合には電源周波数が低下するため、接続されている電気機器に悪影響を与える可能性がある。この問題を解決するために以下のような手法が知られている。
公知の手法として、スロットル弁開度に余裕を持たせて運転する手法がある。この手法は、負荷変動に備えてスロットルを絞り加減での運転とし、スロットル弁開度の制御代を確保しておく手法である。しかし、この手法では、定常運転時にスロットルを絞っておくために絞りによる圧力損失が増加し、エンジンの発電効率(燃費)が悪化する問題がある。
また、特許文献1では、予めスロットル弁の流量特性を把握しておき、スロットル弁開度が大きい部分において流量が増加しない非線形性を補償するようにガス流量を増やす手法が提案されている。
一方、スロットルバルブによって出力を制御する自動車用エンジンでは、負荷増加時(加速時)に燃料を濃くする制御が一般的に行われている。この制御では、アクセル開度、エンジン回転数等を入力とするマップに燃料噴射量を記憶しておき、負荷が大きい運転領域において、燃料を濃くするように設定されているものである。
しかしながら、特許文献1に提案されている制御方法では、スロットル弁の流量特性が環境条件や経年条件によって変化してしまうため、補償精度が問題となる可能性がある。
一方、自動車用エンジンの制御方法では、エンジンが高負荷となるのは加速時や登坂時など一時的であるのに対して、発電用エンジンは高負荷での定常運転が基本となるため、発電用エンジンに高負荷で燃料を濃くする制御を適用した場合、定常的な燃費や排ガス性能が悪化する傾向となる。本発明が対象としている発電用エンジンでの課題は負荷の大きさ自体では無く、負荷投入量の大きさとそれに伴うエンジン回転数変動であるため、上述の自動車用エンジンの制御技術を適用することはできない。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成により、エンジン負荷の増大によるエンジン回転数の低下を抑制することができるガスエンジンの制御装置および制御方法ならびに制御装置を備えたガスエンジンを提供することを目的とする。
上記課題を解決するために、本発明に係るガスエンジンの制御装置は、ガス燃料により作動するガスエンジンにおいて、負荷変動に対するエンジン回転数の応答性を向上させるガスエンジンの制御装置であって、前記エンジン回転数と目標エンジン回転数との偏差から、前記エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量を演算する要求ガス流量演算部と、前記要求ガス流量に応じてスロットル弁開度を演算するスロットル弁開度演算部と、前記エンジン回転数と、吸気圧力と、吸気温度と、エンジン排気量等から混合気流量を演算する混合気流量演算部と、前記混合気流量と、定常運転時における目標空気過剰率および/または目標空燃比とから、該目標空気過剰率および/または該目標空燃比に一致させるために必要なガス流量指令値を演算するガス流量指令値演算部と、前記要求ガス流量が前記ガス流量指令値よりも大きい場合には、要求ガス流量=ガス流量指令値となるように前記目標空気過剰率および/または前記目標空燃比を下方修正する修正演算部と、を備えてなることを特徴とする。
また、上記課題を解決するために、本発明に係るガスエンジンの制御方法は、ガス燃料により作動するガスエンジンにおいて、負荷変動に対するエンジン回転数の応答性を向上させるガスエンジンの制御方法であって、前記エンジン回転数と、目標エンジン回転数との偏差から、前記エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量を演算する要求ガス流量演算ステップと、前記要求ガス流量に応じてスロットル弁開度を演算するスロットル弁開度演算ステップと、前記エンジン回転数と、吸気圧力と、吸気温度と、エンジン排気量等から混合気流量を演算する混合気流量演算ステップと、前記混合気流量と、定常運転時における目標空気過剰率および/または目標空燃比とから、該目標空気過剰率および/または該目標空燃比に一致させるために必要なガス流量指令値を演算するガス流量指令値演算ステップと、前記要求ガス流量と前記ガス流量指令値とを比較し、要求ガス流量>ガス流量指令値となるか否かを判定する比較判定ステップと、前記比較判定ステップにおける判定結果が肯定判定である場合には、要求ガス流量=ガス流量指令値となるように前記目標空気過剰率および/または前記目標空燃比を下方修正する下方修正ステップと、を備えてなることを特徴とする。
上記構成のガスエンジンの制御装置およびガスエンジンの制御方法によれば、要求ガス流量演算部により、エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量が演算され、この要求ガス流量に応じてスロットル弁開度演算部によりスロットル弁開度が演算される。また、混合気流量演算部により、混合気流量が演算される。
さらに、ガス流量指令値演算部により、混合気流量と、定常運転時における目標空気過剰率または目標空燃比とから、該目標空気過剰率または該目標空燃比に一致させるために必要なガス流量指令値が演算される。そして、修正演算部により、要求ガス流量がガス流量指令値よりも大きい場合には、要求ガス流量がガス流量指令値と等しくなるように目標空気過剰率または目標空燃比が下方修正される。
目標空気過剰率または目標空燃比が下がると、その分、ガス流量指令値が増加するため、混合気中のガス燃料の割合(空燃比)が増加し、エンジン出力が向上する。このため、エンジン負荷が増大した時にエンジン回転数が低下することを抑制することができる。
上記の制御装置(制御方法)は、ソフトウエアの変更(プログラミング)のみで実施可能であり、ハードウエアの追加は不要であるため、構成が複雑化することがなく、簡素な構成を維持することができる。
しかも、環境条件や経年条件によって変化してしまうスロットル弁の流量特性を無視して制御することができる。このため、従来のようにスロットル弁の流量特性を把握しておき、スロットル開度が大きい部分において流量が増加しない非線形性を補償するようにガス流量を増やす手法に比べて、スロットル弁の流量特性を、制御を容易且つ確実に行うことができる。
また、本発明に係るガスエンジンの制御装置は、前記目標空気過剰率および/または前記目標空燃比が下方修正された時に、前記ガスエンジンの点火時期を遅延させる点火時期遅延部をさらに備えていてもよい。
前記のように目標空気過剰率および/または目標空燃比が下方修正されて混合気中のガス燃料の割合(空燃比)が増加した時には、異常燃焼によるノッキングが起こりやすくなる。この時、点火時期遅延部により、エンジンの点火時期が遅延されるため、ノッキングの発生が抑制される。
また、本発明に係るガスエンジンの制御装置は、前記ガス燃料の種別や成分に応じて前記目標空気過剰率および/または前記目標空燃比に燃料種別補正係数を付与する燃料種別補正部をさらに備えていてもよい。
ガスエンジンに用いられるガス燃料は地域により種別や成分が異なるため、ガスエンジンにおける理論空燃比も変化する。これに対応するため、燃料種別補正部を設け、ガス燃料の種類に応じて目標空気過剰率や目標空燃比に補正係数をかけてやる。これにより、ガス燃料の種類に適合した目標空気過剰率や目標空燃比を演算することができ、上述のエンジン回転数低下を抑制する制御を安定的に行うことができる。
また、本発明に係るガスエンジンは、上述した制御装置を備えたことを特徴とする。このため、簡素な構成により、エンジン負荷の増大によるエンジン回転数の低下量を抑制することができる。
以上のように、本発明に係るガスエンジンの制御装置および制御方法ならびに制御装置を備えたガスエンジンによれば、簡素な構成により、エンジン負荷の増大によるエンジン回転数の低下を抑制することができる。
このため、特に発電用エンジンに適用する場合においては、負荷の変動によってエンジン回転数、即ち電源周波数が変動してしまうことを防止することができる。
このため、特に発電用エンジンに適用する場合においては、負荷の変動によってエンジン回転数、即ち電源周波数が変動してしまうことを防止することができる。
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
[第1実施形態]
図1は、本発明に係る制御装置を適用可能な1段過給方式のガスエンジンの一例を示す概略構成図である。このガスエンジンは、例えば図示しない発電機を駆動するためのものである。
図1は、本発明に係る制御装置を適用可能な1段過給方式のガスエンジンの一例を示す概略構成図である。このガスエンジンは、例えば図示しない発電機を駆動するためのものである。
このガスエンジン1は、内部でピストン2が摺動するシリンダ3に、吸気バルブ4で開閉される吸気ポート5と、排気バルブ6で開閉される排気ポート7とが繋がっている。シリンダ3とピストン2との間には燃焼室8が画成され、この燃焼室8に点火プラグ9が設けられている。
吸気ポート5にはインテークマニホルド11が接続され、その上流端に過給機12のコンプレッサ12cが接続されている。インテークマニホルド11の中間部にはスロットル弁14とインタークーラ15が接続されている。また、コンプレッサ12cに接続された吸気管17の中間部に、ガス燃料を供給するガス流量調整弁18が接続され、上流端にエアクリーナ19が接続されている。
一方、排気ポート7にはエキゾーストマニホルド22が接続され、その下流端に過給機12のタービン12tが接続されている。過給機12のコンプレッサ12cとタービン12tとは回転軸12sを介して一体に回転する。タービン12tには排気管24が接続され、この排気管24とエキゾーストマニホルド22とを結ぶバイパス排気通路25にバイパス排気弁26が設けられている。
このように構成されたガスエンジン1において、エアクリーナ19から吸入された空気は、ガス流量調整弁18においてガス燃料を噴射されて燃料混合気とされ、過給機12のコンプレッサ12cにより圧縮され、インテークマニホルド11を経てシリンダ3に過給されてガスエンジン1を作動させる。この燃料混合気はスロットル弁14により流量を調整され、インタークーラ15により圧縮熱を冷却される。
また、シリンダ3から排出された排ガスは、エキゾーストマニホルド22を経て過給機12のタービン12tに供給され、タービン12tを高速回転させる。この回転は回転軸12sを介してコンプレッサ12cを高速で駆動し、新気の圧縮および過給を継続させる。
なお、図2に示すように、低圧用の過給機12Aと高圧用の過給機12Bとが備えられた2段過給方式のガスエンジン101としてもよい。この例では、過給機12A,12Bを経由せずに吸気管17とインテークマニホルド11との間を直接結ぶバイパス吸気通路28にサブスロットル弁29が設けられている。一方、排気側には過給機12A,12B間とエキゾーストマニホルド22とを結ぶバイパス排気通路25aとバイパス排気弁26aとが追加されている。
このようなガスエンジン1,101においては、負荷変動に対する応答性を向上させるために、スロットル弁14でエンジン回転数の制御を行うとともに、ガス流量調節弁18で空燃比制御行うようになっている。即ち、エンジン回転数が目標回転数と一致するようにスロットル弁14の開度を調整した上で、空燃比が目標値と一致するようにガス流量調節弁18へのガス流量指令値を決める制御方法となっている。
しかし、この制御方法では、小さな負荷変動に対しては良好な応答性が得られるものの、スロットル弁14が過渡的に全開となるような大きな負荷増加に対してはエンジン回転数が大きく低下してしまう問題がある。これは、スロットル弁14が大きく開いてスロットル弁14の前後の差圧が小さくなると、それ以上スロットル弁14を開いても混合気流量を増加させることが不可能になるため、シリンダ3に流入するガスの量を増やすことができずにエンジン出力が不足することが原因である。
このため、図3に示すように、スロットル弁14の開度を大きくしても混合気の流量が増えず、混合気の流量が増えないために混合気中のガス流量も増加せず、ガス流量に非線形の領域NLが発生してしまい、エンジン出力が増加しなくなる。これにより、エンジン回転数が落ち込んでストールする傾向となる。図4に示す制御装置51は、このような不具合を解消するものである。
この制御装置51は、要求ガス流量演算部54(PL controller)と、スロットル弁開度演算部55(P gain)と、混合気流量演算部56と、ガス流量指令値演算部57と、修正演算部58とを備えて構成されている。
要求ガス流量演算部54は、エンジン回転数と目標エンジン回転数との偏差から、エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量Qg_dを演算する機能部である。
スロットル弁開度演算部55は、要求ガス流量Qg_dに応じてスロットル弁14の開度を演算する機能部である。
混合気流量演算部56は、エンジン回転数と、吸気圧力、即ち、スロットル弁14とシリンダ3との間におけるインテークマニホルド11内の内圧(負圧)と、吸気温度と、エンジン排気量等から混合気流量Qmを演算する機能部である。この混合気流量Qm[m3/sec]は次の式(1)により導かれる。
ここで、pinは吸気圧力[Pa]、即ちインテークマニホルド11の内圧、Tinはインテークマニホルド11の温度[K]、ηvは体積効率、Neはエンジン回転数[rpm]、Veはエンジン排気量[m3]、Rは気体定数[Pa・m3/kg/K]である。
ガス流量指令値演算部57は、混合気流量Qmと、定常運転時における目標空気過剰率λとから、目標空気過剰率λに一致させるために必要なガス流量指令値Qg_tを演算する機能部である。このガス流量指令値Qg_tは次の式(2)により導かれる。
修正演算部58は、要求ガス流量Qg_dがガス流量指令値Qg_tよりも大きい場合には、要求ガス流量Qg_d=ガス流量指令値Qg_tとなるように目標空気過剰率λを下方修正する機能部である。この下方修正の補正値Δλは次の式(3)により導かれる。
ここで、λdは要求空気過剰率、λtは空気過剰率指令値、AFRthは理論空燃比である。
この制御装置51では、前述のように、エンジン負荷が増大してスロットル弁14の開度が大きくなり、混合気量を増加させることができなくなった場合に、空気過剰率λの目標値を下げてガス濃度(空燃比)を濃くし、必要なガス流量を確保するように制御している。例えば、本実施形態では、実空気量と理論空気量の比である目標空気過剰率λを制御量としているが、実空気量と燃料の比である空燃比(Air Flow Ratio:AFR)を制御量としても良い。この手法により、スロットル弁14における圧力損失を増加させることなく、負荷増加に対するエンジン回転数の低下を減少させることができる。
次に、この制御装置51の作動について、図5のフローチャートを参照しながら説明する。
本制御がスタートすると、まずステップS1において、要求ガス流量演算部54により要求ガス流量Qg_dが演算される(要求ガス流量演算ステップ)。
次に、ステップS2において、スロットル弁開度演算部55によりスロットル弁14の開度が演算される(スロットル弁開度演算ステップ)。
次に、ステップS3において、混合気流量演算部56により混合気流量Qmが演算される(混合気流量演算ステップ)。
次に、ステップS2において、スロットル弁開度演算部55によりスロットル弁14の開度が演算される(スロットル弁開度演算ステップ)。
次に、ステップS3において、混合気流量演算部56により混合気流量Qmが演算される(混合気流量演算ステップ)。
さらに、ステップS4において、ガス流量指令値演算部57により、混合気流量Qmと、定常運転時における目標空気過剰率λとから、該目標空気過剰率λに一致させるために必要なガス流量指令値Qg_tが演算される(ガス流量指令値演算ステップ)。
そして、ステップS5において、修正演算部58により、要求ガス流量Qg_dとガス流量指令値Qg_tとが比較され、要求ガス流量Qg_d>ガス流量指令値Qg_tとなるか否かが判定される。つまり、図3のグラフにも示したガス流量に非線形の領域NLが発生しているか否かが判定される(比較判定ステップ)。
ステップS5における判定結果が肯定判定(Yes)である場合、即ちガスエンジン1(101)の回転数偏差が大きく要求ガス量が多い、つまりスロットル弁14の開度が大きいため混合気流量が増加しない場合にはステップS6に移行し、要求ガス流量Qg_d=ガス流量指令値Qg_tとなるように、目標空気過剰率λが下方修正される(下方修正ステップ)。この時の目標空気過剰率λの補正値Δλは、前述の式(3)により導かれる。
その後、ステップS7に移行し、スロットル弁14によってガスエンジン1(101)の回転数制御が行われるとともに、ガス流量調整弁18によって空燃比の制御が行われる。そして、ステップS1~S7のルーティンが繰り返される。
また、ステップS5における判定結果が否定判定(No)である場合、即ちガスエンジン1(101)の回転数偏差が小さく要求ガス量が少ない場合には、そのままステップS7に移行して運転が続行される。
また、ステップS5における判定結果が否定判定(No)である場合、即ちガスエンジン1(101)の回転数偏差が小さく要求ガス量が少ない場合には、そのままステップS7に移行して運転が続行される。
この制御装置51および制御方法によれば、要求ガス流量演算部54により、エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量Qg_dが演算され、この要求ガス流量Qg_dに応じてスロットル弁開度演算部55によりスロットル弁14の開度が演算される。また、混合気流量演算部56により、混合気流量Qmが演算される。
さらに、ガス流量指令値演算部57により、混合気流量Qmと、定常運転時における目標空気過剰率λとから、該目標空気過剰率λに一致させるために必要なガス流量指令値Qg_tが演算される。そして、修正演算部58により、要求ガス流量Qg_dがガス流量指令値Qg_tよりも大きい場合には、要求ガス流量Qg_dがガス流量指令値Qg_tと等しくなるように補正値Δλが演算されて目標空気過剰率λが下方修正される。
目標空気過剰率λが下がると、その分、ガス流量指令値Qg_tが増加するため、混合気中のガス燃料の割合(空燃比)が増加し、エンジン出力が向上する。このため、エンジン負荷が増大した時にエンジン回転数が低下することを抑制することができる。
図6(a),(b)は従来のガスエンジンの特性を示し、(c)は本実施形態のガスエンジンの特性を示すグラフである。
図6(a)に示すように、従来のガスエンジンでも、負荷の増大幅が小さい場合には、スロットル弁開度を大きくすることによって混合気/ガス流量を増大させることができ、エンジン回転数の落ち込みは僅かで済んだ。
図6(a)に示すように、従来のガスエンジンでも、負荷の増大幅が小さい場合には、スロットル弁開度を大きくすることによって混合気/ガス流量を増大させることができ、エンジン回転数の落ち込みは僅かで済んだ。
しかし、負荷の増大幅が大きい場合には、図6(b)に示すように、スロットル弁開度が全開になってしまう(A点)、もしくはスロットル開度が大きいために、さらに開度を大きくしても、混合気流量の増大が望めない(B点)。また、従来では目標空気過剰率λが一定のままであった(C点)。このため、ガス流量が大きく増大されることはなく(D点)、結果的にエンジン出力が不足してエンジン回転数が大きく低下し(E点)、エンジンストールを来す懸念があった。
これに対して、図6(c)に示す本実施形態のガスエンジンでは、大きな負荷増大があった時に、スロットル弁開度が全開になること(A点)や、スロットル開度の増大に混合気流量の増大がついてこない点(B点)については従来と同様である。しかし、目標空気過剰率λが下方修正(F点)されることにより、相対的に混合気中のガス燃料の割合(空燃比)が増加する(G点)。このため、エンジン出力が向上し、結果的にエンジン回転数の低下量が小さくなる(H点)。したがって、ガスエンジンで発電機を駆動して発電を行う場合には、電源周波数が変動することを防止して安定した発電を行うことができる。
上記の制御装置51および制御方法は、ソフトウエアの変更(プログラミング)のみで実施可能であり、ハードウエアの追加は不要であるため、構成が複雑化することがなく、簡素な構成を維持することができる。なお、図2に示す2段過給方式のガスエンジン101であっても、ハードウエアの追加等は一切不要である。
しかも、環境条件や経年条件によって変化してしまうスロットル弁14の流量特性を無視して制御することができる。このため、従来のようにスロットル弁14の流量特性を把握しておき、スロットル開度が大きい部分において流量が増加しない非線形性を補償するようにガス流量を増やすという手法に比べて、制御を容易且つ確実に行うことができる。
ところで、エンジン負荷が増大して目標空気過剰率λの下方修正が行われると、しばらくして以下のプロセスにより目標空気過剰率λの補正量(Δλ)が0となるため、定常の目標空気過剰率λに復帰する。
即ち、負荷投入増加後は、エンジン回転数が落ち込みから復帰することに伴い、混合気流量が増加する。その結果,排気エネルギーが増大し、タービン12tに流入するエネルギーが増加し、コンプレッサ仕事が増加して過給圧が増加し、さらに混合気流量が増加というサイクルにより混合気流量、過給圧が増加していく。そして、このサイクルによる混合気流量増加に伴いガス流量指令値が増加してゆき、その結果ガス流量指令値Qg_t=要求ガス流量Qg_dとなるため,定常状態に復帰して目標空気過剰率λの補正値Δλが0となる。
このため、混合気が濃くなる期間は、負荷が増大した時点から数秒~数十秒間というごく短い時間のみである。したがって、ガスエンジンの燃料消費量が多くなってランニングコストが増加するような懸念はない。
[第2実施形態]
図7は、本発明の第2実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。この制御装置61において、図4に示す第1実施形態の制御装置51と異なる点は、制御装置51では実空気量と理論空気量の比である空気過剰率λを制御量としていたが、この制御装置61では、実空気量と燃料の比である空燃比(Air Flow Ratio:AFR)を制御量としている点である。
図7は、本発明の第2実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。この制御装置61において、図4に示す第1実施形態の制御装置51と異なる点は、制御装置51では実空気量と理論空気量の比である空気過剰率λを制御量としていたが、この制御装置61では、実空気量と燃料の比である空燃比(Air Flow Ratio:AFR)を制御量としている点である。
また、修正演算部58は、要求ガス流量Qg_dがガス流量指令値Qg_tよりも大きい場合には、要求ガス流量Qg_d=ガス流量指令値Qg_tとなるように目標空燃比AFRを下方修正する。この下方修正の補正値ΔAFRは次の式(5)により導かれる。
ここで、AFRdは要求空燃比、AFRtは空燃比指令値である。
その他の部分については第1実施形態の制御装置51と同様であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。
その他の部分については第1実施形態の制御装置51と同様であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。
この制御装置61によれば、要求ガス流量演算部54により、エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量Qg_dが演算され、この要求ガス流量Qg_dに応じてスロットル弁開度演算部55によりスロットル弁14の開度が演算される。また、混合気流量演算部56により、混合気流量Qmが演算される。
さらに、ガス流量指令値演算部57により、混合気流量Qmと、定常運転時における目標空燃比AFRとから、該目標空燃比AFRに一致させるために必要なガス流量指令値Qg_tが演算される。そして、修正演算部58により、要求ガス流量Qg_dがガス流量指令値Qg_tよりも大きい場合には、要求ガス流量Qg_dがガス流量指令値Qg_tと等しくなるように補正値ΔAFRが演算されて目標空燃比AFRが下方修正される。
目標空燃比AFRが下がると、その分、ガス流量指令値Qg_tが増加するため、混合気中のガス燃料の割合(空燃比)が増加し、エンジン出力が向上する。このため、エンジン負荷が増大した時にエンジン回転数が低下することを抑制することができる。したがって、ガスエンジンで発電機を駆動して発電を行う場合には、電源周波数が変動することを防止して安定した発電を行うことができる。
[第3実施形態]
図8は、本発明の第3実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。この制御装置71において、図4に示す第1実施形態の制御装置51と異なる点は、点火時期遅延部72が設けられている点である。なお、点火時期遅延部72とともにノックセンサ73も設けられているが、ノックセンサ73は一般のエンジンにも装備されており、別段新規なものではない。
図8は、本発明の第3実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。この制御装置71において、図4に示す第1実施形態の制御装置51と異なる点は、点火時期遅延部72が設けられている点である。なお、点火時期遅延部72とともにノックセンサ73も設けられているが、ノックセンサ73は一般のエンジンにも装備されており、別段新規なものではない。
点火時期遅延部72は、エンジン負荷が急激に増大して、前述のように目標空気過剰率λ(または目標空燃比AFR)が下方修正された時に、ガスエンジン1(101)の点火時期を遅らせるように働く機能部である。例えば、前述のロジックにより決定された目標空気過剰率λの補正量(または図7に示す目標空燃比AFR補正量)とインテークマニホルド11の圧力を入力とするリタードマップから、点火時期の遅れ量(リタード量)を決定し、他のリタード量と加算して点火装置に送信する。リタードマップでは、目標空気過剰率λの補正量が大きいほどリタード量が大きくなるようにされており、筒内の目標空気過剰率λの低下によるノッキングを抑制する。このように混合気が濃くされた時には点火時期が遅延されるため、ノッキングを抑制してスムーズな運転を行うことができる。
[第4実施形態]
図9は、本発明の第4実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。この制御装置81において、図4に示す第1実施形態の制御装置51と異なる点は、燃料種別補正部82が設けられている点である。この燃料種別補正部82は、ガス燃料の種別や成分に応じて目標空気過剰率λや目標空燃比AFRに燃料種別補正係数を付与する機能部である。
図9は、本発明の第4実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。この制御装置81において、図4に示す第1実施形態の制御装置51と異なる点は、燃料種別補正部82が設けられている点である。この燃料種別補正部82は、ガス燃料の種別や成分に応じて目標空気過剰率λや目標空燃比AFRに燃料種別補正係数を付与する機能部である。
ガスエンジンに用いられるガス燃料は、地域により種別や成分が異なるため、ガスエンジンにおける理論空燃比(AFRth)も変化する。これに対応するため、燃料種別補正部82から、ガス燃料の種類に応じて目標空気過剰率や目標空燃比に補正係数をかけてやる。これにより、ガス燃料の種類に適合した目標空気過剰率や目標空燃比を演算することができ、上述のエンジン回転数低下を抑制する制御を安定的に行うことができる。
ガス燃料の成分から理論空燃比を補正し、補正した理論空燃比を用いてガス流量指令値演算、目標空気過剰率λの補正演算を行う。あるいは、各ガス燃料の種類に対応した補正係数を予め燃料種別補正部82に記憶させておき、ガスエンジンのオペレータが切り替えるようにしてもよい。なお、図7に示す制御装置61のように、定常時の目標空燃比AFRを制御量としている場合は、定常時の目標空燃比AFRを変更することでも同様にガス燃料の種別に対応することができる。
以上説明したように、上記実施形態に係るガスエンジンの制御装置51,61,71,81、およびガスエンジンの制御方法、ならびにこの制御装置51,61,71,81を備えたガスエンジン1,101によれば、非常に簡素な構成により、エンジン負荷の増大によるエンジン回転数の低下を抑制することができる。このため、特に発電用エンジンに適用する場合においては、負荷の変動によってエンジン回転数、即ち電源周波数が変動してしまうことを防止し、安定した発電を行うことができる。
なお、本発明は、上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。
例えば、上記の複数の実施形態を組み合わせた構成としてもよい。また、上記実施形態では発電用のガスエンジンとして説明したが、車両や船舶等の動力用エンジンにもこの技術を適用することができる。特に、ガスエンジンで発電してモータで走行または航行する車両や船舶にも適している。
1,101 ガスエンジン
11 インテークマニホルド
12 過給機
14 スロットル弁
51,61,71,81 制御装置
54 要求ガス流量演算部
55 スロットル弁開度演算部
56 混合気流量演算部
57 ガス流量指令値演算部
58 修正演算部
72 点火時期遅延部
82 燃料種別補正部
S1 要求ガス流量演算ステップ
S2 スロットル弁開度演算ステップ
S3 混合気流量演算ステップ
S4 ガス流量指令値演算ステップ
S5 比較判定ステップ
S6 下方修正ステップ
AFR 目標空燃比
AFRth 理論空燃比
Qg_d 要求ガス流量
Qg_t ガス流量指令値
Qm 混合気流量
λ 目標空気過剰率
11 インテークマニホルド
12 過給機
14 スロットル弁
51,61,71,81 制御装置
54 要求ガス流量演算部
55 スロットル弁開度演算部
56 混合気流量演算部
57 ガス流量指令値演算部
58 修正演算部
72 点火時期遅延部
82 燃料種別補正部
S1 要求ガス流量演算ステップ
S2 スロットル弁開度演算ステップ
S3 混合気流量演算ステップ
S4 ガス流量指令値演算ステップ
S5 比較判定ステップ
S6 下方修正ステップ
AFR 目標空燃比
AFRth 理論空燃比
Qg_d 要求ガス流量
Qg_t ガス流量指令値
Qm 混合気流量
λ 目標空気過剰率
Claims (5)
- ガス燃料により作動するガスエンジンにおいて、負荷変動に対するエンジン回転数の応答性を向上させるガスエンジンの制御装置であって、
前記エンジン回転数と目標エンジン回転数との偏差から、前記エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量を演算する要求ガス流量演算部と、
前記要求ガス流量に応じてスロットル弁開度を演算するスロットル弁開度演算部と、
前記エンジン回転数と、吸気圧力と、吸気温度と、エンジン排気量等から混合気流量を演算する混合気流量演算部と、
前記混合気流量と、定常運転時における目標空気過剰率および/または目標空燃比とから、該目標空気過剰率および/または該目標空燃比に一致させるために必要なガス流量指令値を演算するガス流量指令値演算部と、
前記要求ガス流量が前記ガス流量指令値よりも大きい場合には、要求ガス流量=ガス流量指令値となるように前記目標空気過剰率および/または前記目標空燃比を下方修正する修正演算部と、
を備えてなるガスエンジンの制御装置。 - 前記目標空気過剰率および/または前記目標空燃比が下方修正された時に、前記ガスエンジンの点火時期を遅延させる点火時期遅延部をさらに備えた請求項1に記載のガスエンジンの制御装置。
- 前記ガス燃料の種別や成分に応じて前記目標空気過剰率および/または前記目標空燃比に燃料種別補正係数を付与する燃料種別補正部をさらに備えた請求項1または2に記載のガスエンジンの制御装置。
- 請求項1~3のいずれかに記載のガスエンジンの制御装置を備えたガスエンジン。
- ガス燃料により作動するガスエンジンにおいて、負荷変動に対するエンジン回転数の応答性を向上させるガスエンジンの制御方法であって、
前記エンジン回転数と、目標エンジン回転数との偏差から、前記エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量を演算する要求ガス流量演算ステップと、
前記要求ガス流量に応じてスロットル弁開度を演算するスロットル弁開度演算ステップと、
前記エンジン回転数と、吸気圧力と、吸気温度と、エンジン排気量等から混合気流量を演算する混合気流量演算ステップと、
前記混合気流量と、定常運転時における目標空気過剰率および/または目標空燃比とから、該目標空気過剰率および/または該目標空燃比に一致させるために必要なガス流量指令値を演算するガス流量指令値演算ステップと、
前記要求ガス流量と前記ガス流量指令値とを比較し、要求ガス流量>ガス流量指令値となるか否かを判定する比較判定ステップと、
前記比較判定ステップにおける判定結果が肯定判定である場合には、要求ガス流量=ガス流量指令値となるように前記目標空気過剰率および/または前記目標空燃比を下方修正する下方修正ステップと、
を備えてなるガスエンジンの制御方法。
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- 2014-01-14 JP JP2014003981A patent/JP2015132206A/ja active Pending
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