WO2019171578A1 - ガスエンジンの制御装置、ガスエンジンシステム、及びガスエンジンの制御方法 - Google Patents

ガスエンジンの制御装置、ガスエンジンシステム、及びガスエンジンの制御方法 Download PDF

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WO2019171578A1
WO2019171578A1 PCT/JP2018/009228 JP2018009228W WO2019171578A1 WO 2019171578 A1 WO2019171578 A1 WO 2019171578A1 JP 2018009228 W JP2018009228 W JP 2018009228W WO 2019171578 A1 WO2019171578 A1 WO 2019171578A1
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WO
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gas engine
gas
map
supply line
chamber
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PCT/JP2018/009228
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English (en)
French (fr)
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田中　健吾
土橋　晋作
真島　浩
Original Assignee
三菱重工業株式会社
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D19/00—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures
    • F02D19/02—Controlling engines characterised by their use of non-liquid fuels, pluralities of fuels, or non-fuel substances added to the combustible mixtures peculiar to engines working with gaseous fuels
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D45/00—Electrical control not provided for in groups F02D41/00 - F02D43/00
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present disclosure relates to a gas engine control device including a main chamber and a sub chamber, a gas engine system, and a gas engine control method.
  • the calorie fluctuation of the fuel gas supplied to the gas engine is monitored, and a high calorie gas is added to the fuel gas on the downstream side of the monitoring position according to the calorie fluctuation.
  • the feed-forward control is performed so as to maintain the fuel gas calories supplied to the gas engine by introducing a dilution gas.
  • Patent Documents 1 and 2 require equipment such as piping for supplying high-calorie gas or dilution gas to the fuel gas in order to adjust the calorific value of the fuel gas. Therefore, there is a possibility that the installation area of the gas engine system becomes large and the piping operation becomes complicated.
  • some embodiments according to the present invention appropriately operate the gas engine in accordance with fluctuations in the calorific value of the fuel gas even when the calorific value of the fuel gas is not adjusted. It is an object of the present invention to provide a gas engine control device, a gas engine system, and a gas engine control method.
  • a control device for a gas engine includes: Control of a gas engine comprising: a main chamber to which a mixed gas of fuel gas and combustion air is supplied via an air supply line; and a sub chamber to which a part of the fuel gas is supplied by a sub chamber gas supply line A device, Heat generation of the fuel gas with respect to at least one parameter of pressure of the air supply line, pressure difference between the air supply line and the sub chamber gas supply line (sub chamber differential pressure), or ignition timing by the ignition device
  • a memory for storing a map in which a target value corresponding to the amount is determined; A target value of the at least one parameter corresponding to a detection result of the calorific value by the calorie sensor is acquired from the map, and based on the target value, an ignition timing command value of an ignition device provided in the sub chamber, At least one of the opening command value of the sub chamber differential pressure control valve provided in the chamber gas supply line for controlling the differential pressure, or the opening command value of the supply air control valve provided in the air supply line And a
  • the map in which the target value of the at least one parameter described above corresponding to the calorific value of the fuel gas is stored is stored, and at least one of the maps corresponding to the calorific value detection result is stored. Since the target value of the parameter is acquired and the command value for controlling the gas engine is generated based on the target value, the gas engine can be appropriately operated according to the variation in the heat generation amount of the fuel gas. In other words, the gas engine is controlled in advance according to the detected calorific value, so that even if the calorific value of the fuel gas fluctuates, the operating state of the gas engine according to the fuel properties is realized. The occurrence of knocking can be suppressed.
  • the above-mentioned map shows the calorific value of the fuel gas for at least one parameter of the pressure of the air supply line, the sub chamber differential pressure, or the ignition timing by the ignition device.
  • the first command value generation unit controls the ignition timing command value of the ignition device provided in the sub chamber and the sub chamber differential pressure provided in the sub chamber gas supply line based on the target value. At least one of the opening command value of the sub chamber differential pressure control valve or the opening command value of the air supply control valve provided in the air supply line is generated.
  • the configuration (1) controls engine components (ignition device, sub-chamber differential pressure control valve, air supply control valve, etc.) even when the amount of heat generated by the fuel gas is not adjusted.
  • an appropriate operating state of the gas engine is realized. Therefore, it is possible to control the gas engine capable of maintaining an appropriate operation state according to the fuel properties without complicating the device configuration of the gas engine system.
  • the memory stores a supply pressure map in which a target value corresponding to the heat generation amount of the fuel gas is determined for the pressure of the supply line, and the target value is stored in the main chamber of the gas engine. It is set so that the excess air ratio falls within an allowable range.
  • the target value of the supply air pressure map is set so that the excess air ratio inside the main chamber of the gas engine falls within the allowable range. Therefore, the control device described in (1) above acquires a target value of the pressure of the air supply line corresponding to the detection result of the heat generation amount from the air pressure map, and a command value for controlling the gas engine based on the target value. As a result, the excess air ratio in the main chamber of the gas engine can be maintained at an appropriate value even when the calorific value of the fuel gas fluctuates. Thereby, the occurrence of knocking of the gas engine can be suppressed.
  • the memory includes a sub-chamber differential pressure map in which a target value corresponding to the heat generation amount of the fuel gas is determined for the differential pressure (sub-chamber differential pressure) between the air supply line and the sub-chamber gas supply line.
  • the target value is stored and set so that an excess air ratio in the sub chamber of the gas engine is within an allowable range.
  • the target value of the sub-chamber differential pressure map is set so that the excess air ratio in the sub-chamber of the gas engine falls within an allowable range. Therefore, the control device described in the above (1) acquires a target value of the sub chamber differential pressure corresponding to the detection result of the calorific value from the sub chamber differential pressure map, and commands to control the gas engine based on the target value If the value is generated, the excess air ratio in the sub chamber of the gas engine can be maintained at an appropriate value even when the heat generation amount of the fuel gas varies. Thereby, the occurrence of knocking of the gas engine can be suppressed.
  • the memory stores an ignition timing map in which a target value corresponding to the calorific value of the fuel gas is determined for the ignition timing by the ignition device, and the target value has a tolerance with respect to a knocking limit within a specified range. It is set so that it may fit.
  • the target value of the ignition timing map is set so that the tolerance for the knocking limit is within the specified range. Therefore, the control device described in (1) above obtains a target value of the ignition timing corresponding to the detection result of the heat generation amount from the ignition timing map, and generates a command value for controlling the gas engine based on the target value. In this way, when fuel gas with a low calorific value flows, the ignition timing can be advanced within a range where knocking can be suppressed, and the efficiency of the gas engine can be improved. This can improve the efficiency of the gas engine while suppressing the occurrence of knocking.
  • a plurality of maps are stored in accordance with a plurality of types of operating states of the gas engine including at least one of a rotational speed or a load of the gas engine,
  • a map selection unit that selects the map corresponding to a target operation state or an actual operation state of the gas engine;
  • the first command value generation unit is configured to acquire the target value of the at least one parameter corresponding to the heat generation amount from the map selected by the map selection unit.
  • a plurality of maps are stored according to a plurality of types of operating states of the gas engine including at least one of the rotational speed or the load of the gas engine, and the target operating state or actual state of the gas engine is stored.
  • a map corresponding to the driving state is selected. Therefore, the control device described in (1) above acquires a target value of at least one parameter corresponding to the detection result of the calorific value from the selected map, and a command value for controlling the gas engine based on the target value If this is generated, it is possible to control the gas engine suitable for the target operating state or the actual operating state of the gas engine. As a result, the gas engine can be operated more appropriately in response to changes in fuel properties.
  • a second command value generation unit for generating a value is further provided.
  • the configuration of (6) above in order to control the supply amount of the fuel gas to the air supply line based on the deviation between the detection result of the rotational speed of the gas engine by the rotational speed sensor and the target rotational speed.
  • the command value to the fuel gas supply amount control unit is generated. Therefore, it is possible to perform feedback control that adjusts the supply amount of the fuel gas to the supply line based on the detection result of the rotational speed. Therefore, it is possible to obtain a desired rotational speed of the gas engine while maintaining an appropriate operating state of the gas engine according to the fuel property by the first command generation unit described in (1) above.
  • a map correction unit for correcting the map stored in the memory is further provided.
  • the control device described in (1) above If a command value for controlling the gas engine is generated based on the corrected map, the gas engine can be controlled suitable for suppressing the occurrence of knocking of the gas engine.
  • a gas engine system includes: A gas engine, And a control device according to any one of (1) to (7) configured to control the gas engine.
  • the gas engine is controlled by the control device described in (1) to (7). Therefore, even if the amount of heat generated by the fuel gas is not adjusted, the fuel gas The gas engine can be operated more appropriately according to the fluctuation of the calorific value.
  • a gas engine control method includes: Controlling a gas engine comprising a main chamber to which a mixed gas of fuel gas and combustion air is supplied via an air supply line, and a sub chamber to which a part of the fuel gas is supplied by a sub chamber gas supply line
  • a method for The calorific value of the fuel gas with respect to at least one parameter of the pressure of the air supply line, the differential pressure between the air supply line and the sub chamber gas supply line, or the ignition timing by the ignition device provided in the sub chamber Obtaining a target value of the at least one parameter corresponding to a detection result of the calorific value by a calorie sensor from a map in which a target value according to Based on the target value acquired in the step of acquiring the target value, an ignition timing command value of an ignition device provided in the sub chamber, and the differential pressure provided in the sub chamber gas supply line are controlled.
  • Generating a first command value including at least one of an opening command value of the sub chamber differential pressure control valve or an opening command value of an air supply
  • a map in which the target value of at least one parameter is determined according to the calorific value of the fuel gas is generated, and at least one corresponding to the calorific value detection result is generated from the map. Since the target value of the parameter is acquired and the command value for controlling the gas engine is generated based on the target value, the gas engine can be appropriately operated in accordance with the variation in the calorific value of the fuel gas. . In other words, the gas engine is controlled in advance according to the detected calorific value, so that even if the calorific value of the fuel gas fluctuates, the operating state of the gas engine according to the fuel properties is realized. The reduction in efficiency and the occurrence of knocking can be suppressed.
  • the above-mentioned map corresponds to the calorific value of the fuel gas for at least one parameter of the pressure of the air supply line, the sub-chamber differential pressure, or the ignition timing by the ignition device.
  • Set target values Based on the target value, the ignition timing command value of the ignition device provided in the sub chamber, the opening command of the sub chamber differential pressure control valve provided in the sub chamber gas supply line for controlling the sub chamber differential pressure At least one of the value or the opening command value of the air supply control valve provided in the air supply line is generated.
  • the method (9) controls engine components (ignition device, sub-chamber differential pressure control valve, air supply control valve, etc.) even when the amount of heat generated by the fuel gas is not adjusted.
  • an appropriate operating state of the gas engine is realized. Therefore, it is possible to control the gas engine capable of maintaining an appropriate operation state according to the fuel properties without complicating the device configuration of the gas engine system.
  • the map includes a supply air pressure map in which a target value corresponding to the heat generation amount is determined with respect to the pressure of the air supply line, and the target value of the pressure of the air supply line is inside the main chamber of the gas engine.
  • the excess air ratio is set so as to be within an allowable range.
  • the target value of the supply air pressure map is set so that the excess air ratio in the main chamber of the gas engine is within the allowable range. Therefore, by the method described in (9) above, a target value for the pressure of the air supply line corresponding to the detection result of the calorific value is obtained from the air pressure map, and a command value for controlling the gas engine based on the target value is obtained. If generated, the excess air ratio in the main chamber of the gas engine is maintained at an appropriate value even when the calorific value of the fuel gas varies. As a result, it is possible to suppress the decrease in efficiency of the gas engine and the occurrence of knocking.
  • the map includes a sub-chamber differential pressure map in which a target value corresponding to the heat generation amount is determined for the differential pressure between the air supply line and the sub-chamber gas supply line, and the target value of the differential pressure is The excess air ratio in the sub chamber of the gas engine is set to be within an allowable range.
  • the target value of the sub chamber differential pressure map is set so that the excess air ratio in the sub chamber of the gas engine falls within an allowable range. Therefore, the target value of the sub chamber differential pressure corresponding to the detection result of the heat generation amount is acquired from the sub chamber differential pressure map by the method described in (9) above, and the command value for controlling the gas engine based on the target value If this occurs, the excess air ratio in the sub-chamber of the gas engine is maintained at an appropriate value even when the calorific value of the fuel gas varies. As a result, it is possible to suppress the decrease in efficiency of the gas engine and the occurrence of knocking.
  • the map includes an ignition timing map in which a target value corresponding to the heat generation amount is determined for the ignition timing by the ignition device, and the target value of the ignition timing is set within a tolerance range for a knocking limit.
  • the target value of the ignition timing map is set so that the tolerance to the knocking limit is within the allowable range. Therefore, the target value of the ignition timing corresponding to the detection result of the heat generation amount is acquired from the ignition timing map by the method described in (9) above, and a command value for controlling the gas engine is generated based on the target value. If so, the ignition timing can be advanced within a range in which knocking can be suppressed, and the efficiency of the gas engine can be improved. As a result, it is possible to suppress the decrease in efficiency of the gas engine and the occurrence of knocking.
  • the map corresponding to a target operation state or an actual operation state of the gas engine is selected from a plurality of maps according to a plurality of operation states of the gas engine including at least one of the rotation speed or the load of the gas engine. Further comprising the step of: In the step of generating the first command value, the target value of the at least one parameter corresponding to the calorific value is acquired from the selected map.
  • a plurality of maps are generated according to a plurality of types of operating states of the gas engine including at least one of the rotational speed or the load of the gas engine, and the target operating state or actual operation of the gas engine is generated.
  • a fuel gas supply amount control unit for controlling the supply amount of the fuel gas to the air supply line.
  • the method further includes the step of generating two command values.
  • the fuel gas supply amount control unit for controlling the supply amount of the fuel gas to the supply air line based on the deviation between the detection result of the rotation speed of the gas engine and the target rotation speed. Generate a command value for. Therefore, the rotation speed can be maintained at an appropriate value by feedback control that adjusts the supply amount of the fuel gas to the air supply line based on the detection result of the rotation speed. Therefore, a desired rotational speed can be obtained while maintaining an appropriate operating state of the gas engine according to the fuel properties by the method described in (9) above.
  • the map is corrected when the frequency or intensity of knocking of the gas engine is outside the preset allowable range. Therefore, according to the method described in (9) above, If a command value for controlling the gas engine is generated based on the corrected map, the gas engine can be controlled suitable for suppressing the occurrence of knocking of the gas engine.
  • the gas engine can be appropriately operated in response to the change in the property of the fuel gas even when the calorific value of the fuel gas is not adjusted.
  • FIG. 1 is a system diagram showing an overall configuration of a gas engine system according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 is a partial cross-sectional explanatory view showing a structure around a combustion chamber of the gas engine shown in FIG. 1. It is a figure which shows the example of the map which the memory of the control apparatus of FIG. 1 memorize
  • FIG. 1 shows the overall configuration of a gas engine system according to some embodiments of the present invention.
  • FIG. 2 shows the structure around the combustion chamber of the gas engine.
  • the configuration is not limited to the specific configuration of the gas engine of the present embodiment, and various configurations can be employed.
  • the driven object may be any driven device other than the generator.
  • the gas engine system 1 includes a gas engine 3 and a control device 5.
  • the gas engine system 1 includes an air supply line 103 that supplies a mixed gas of fuel gas such as natural gas or city gas and combustion air to the main chamber 307 of the gas engine 3, and a part of the fuel gas And a sub chamber gas supply line 105 that supplies the sub chamber 315 of the engine 3.
  • the gas engine system 1 includes a fuel gas supply line 101 that is connected to the gas mixer 19 and supplies fuel gas to the gas mixer 19, and combustion air that is connected to the gas mixer 19 and supplies combustion air to the gas mixer 19. And a supply line 107.
  • the fuel gas supply line 101 is provided with a fuel gas supply amount control unit 71 that controls the flow rate of the fuel gas supplied to the gas mixer 19.
  • the gas engine system 1 also includes a calorie sensor 91 that detects the amount of heat generated by the fuel gas.
  • the calorie sensor 91 is provided in the fuel gas supply line 101.
  • the calorie sensor 91 is provided upstream of the branch point of the sub chamber gas supply line 105 or the sub chamber gas supply line 105 from the fuel gas supply line 101.
  • the combustion air supply line 107 may be provided with an air cleaner 17 that removes dust and dirt contained in the combustion air supplied to the gas mixer 19.
  • the gas mixer 19 mixes the fuel gas supplied by the fuel gas supply line 101 and the combustion air supplied by the combustion air supply line 107 to generate a mixed gas.
  • the gas engine system 1 includes a supercharger 11 including a compressor 11a and an exhaust turbine 11b, and the above-described air supply line 103.
  • the compressor 11a pressurizes the mixed gas generated by the gas mixer 19, and supplies the pressurized mixed gas to the air supply line 103 on the downstream side of the compressor 11a.
  • the exhaust turbine 11b is rotated by the exhaust gas discharged from the gas engine 3, and drives the compressor 11a.
  • the air supply line 103 includes an upstream air supply line 103a disposed on the upstream side in the flow direction of the mixed gas, and an air supply manifold 103b disposed on the downstream side.
  • the upstream air supply line 103 is provided with an air supply control valve 73 for controlling the flow rate of the mixed gas supplied to the air supply manifold 103b.
  • the air supply control valve 73 can be a governor throttle valve, for example.
  • the air supply manifold 103b is provided with an air supply line pressure sensor 92 that detects the pressure inside the air supply manifold 103b.
  • the gas engine system 1 includes the above-described sub chamber gas supply line 105 that branches from the fuel gas supply line 101 and supplies a part of the fuel gas to the sub chamber 315 of the gas engine 3.
  • the sub chamber gas supply line 105 is provided with a sub chamber differential pressure control valve 75 that controls the flow rate of the fuel gas supplied to the sub chamber of the gas engine 3.
  • a sub chamber gas supply line pressure sensor 94 that detects the pressure of the sub chamber gas supply line 105 is provided downstream of the sub chamber gas supply line 105 in the fuel gas flow direction.
  • the crankshaft 4 of the gas engine 3 is provided with a flywheel 13, and a generator 15 is directly attached to the flywheel 13.
  • the flywheel 13 is provided with a rotational speed sensor 95 that detects the rotational speed of the gas engine 3
  • the generator 15 is provided with a load sensor 93 that detects a load of the generator 15, that is, an engine load.
  • the gas engine 3 is provided with an in-cylinder pressure sensor 99 that detects the pressure in the main chamber 307 of the gas engine 3.
  • the gas engine 3 includes a piston 303 slidably fitted in a cylinder 301, a main combustion chamber (partitioned between an upper surface of the piston 303 and an inner surface of the cylinder block 305).
  • a main chamber 307
  • an intake port 311 connected to the main combustion chamber 307
  • an intake valve 313 for opening and closing the intake port 311, and the like.
  • the above-described air supply line 103 is connected to the upstream side of the intake port 311. Therefore, the mixed gas supplied via the air supply line 103 reaches the intake valve 313 via the intake port 311 and is supplied to the main combustion chamber 307 by opening the intake valve 313.
  • the gas engine 3 includes a nozzle holder 321 and a sub chamber base 317 attached to the tip of the nozzle holder 321, and a region surrounded by the lower end surface of the nozzle holder 321 and the inner surface of the sub chamber base 317.
  • a sub chamber 315 is formed in the chamber.
  • the sub-chamber base 317 is formed with a plurality of nozzle holes 319 that allow the main chamber 307 and the sub-chamber 315 to communicate with each other.
  • a sub chamber gas line 323 connected to the sub chamber gas supply line 105 described above, and an ignition device 325 for igniting the fuel gas supplied by the sub chamber gas line 323 in the sub chamber 315. Is provided.
  • the sub chamber gas line 323 is provided with a check valve 327.
  • the amount of fuel gas supplied to the sub chamber 315 via the check valve 327 is the pressure difference between the pressure upstream of the check valve 327 and the downstream side of the check valve 327 in the sub chamber gas supply line 105. Determined by sub-chamber differential pressure.
  • the pressure on the downstream side of the check valve 327 can be obtained based on, for example, the pressure in the sub chamber 315, the pressure in the main chamber 307, or the pressure in the air supply line 103.
  • the control device 5 includes a memory 51, a map selection unit 53, a first command generation unit 55, and a second command generation unit 57.
  • the memory 51 stores the pressure of the air supply manifold 103b (supply pressure), the pressure difference between the air supply manifold 103b and the sub chamber gas supply line 105 (sub chamber differential pressure), or ignition by the ignition device 325 provided in the sub chamber 315.
  • a map in which a target value of a certain parameter according to the calorific value of the fuel gas is determined is stored.
  • the memory 51 stores a map in which a target value of a certain parameter corresponding to the heat generation amount of the fuel gas is determined for all parameters of the supply air pressure, the sub chamber differential pressure, and the ignition timing.
  • a target value of a certain parameter corresponding to the heat generation amount of the fuel gas is determined for all parameters of the supply air pressure, the sub chamber differential pressure, and the ignition timing.
  • An example will be described.
  • the present invention is not limited to this, and the memory 51 may store a map in which target values of one or two parameters of the supply air pressure, the sub chamber differential pressure, and the ignition timing are determined.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a map stored in the memory 51.
  • FIG. 3A shows a supply pressure map in which a target value corresponding to the heat generation amount of the fuel gas is determined for the supply pressure.
  • the target value of the supply air pressure is preferably set to be constant so that the excess air ratio in the main chamber 307 of the gas engine 3 falls within the allowable range.
  • the supply pressure map has a monotonous decrease in the target value of the supply air manifold pressure with an increase in the heat generation amount of the fuel gas in at least a range of the heat generation amount of the fuel gas.
  • the supply air pressure map includes a plurality of functions that define a target value of the supply air manifold pressure corresponding to the heat generation amount of the fuel gas for each of the plurality of main room excess air rates. May be included.
  • a supply pressure map including three curves (functions) respectively corresponding to three types of main room excess air ratios is shown. Corresponds to conditions with large indoor excess air ratio.
  • FIG. 3B shows a sub-chamber differential pressure map in which a target value is determined for the sub-chamber differential pressure in accordance with the heat generation amount of the fuel gas.
  • the target value of the sub-chamber differential pressure is preferably set to be constant so that the excess air ratio in the sub-chamber 315 of the gas engine 3 is within an allowable range.
  • the sub-chamber differential pressure map monotonically decreases the target value of the sub-chamber gas differential pressure with an increase in the calorific value of the fuel gas in at least a range of the calorific value of the fuel gas.
  • the sub-chamber differential pressure map includes a plurality of sub-chamber differential pressure target values corresponding to the calorific value of the fuel gas for each of the plurality of sub-chamber excess air ratios. It may contain functions.
  • a sub-chamber differential pressure map including three curves (functions) respectively corresponding to three types of sub-chamber excess air ratios is shown, and a function having a large value of the sub-chamber differential pressure is shown. This corresponds to the condition where the sub-room excess air ratio is small.
  • FIG. 3C shows an ignition timing map in which a target value corresponding to the heat generation amount of the fuel gas is determined for the ignition timing by the ignition device 325.
  • the vertical axis of FIG. 3C indicates the preceding amount of ignition timing with respect to the top dead center in terms of the crank angle with respect to the top dead center of the piston 303 of the gas engine 3.
  • the target value of the ignition timing is set so that the tolerance with respect to the knocking limit of the gas engine 3 falls within the allowable range.
  • the target value of the ignition timing monotonously decreases as the fuel gas heat generation amount increases in at least a part of the range of the fuel gas heat generation amount.
  • the ignition timing is advanced within a range in which knocking can be suppressed and the efficiency of the gas engine 3 is improved. Can be improved.
  • the target value of the ignition timing is set so that the ignition timing is advanced as much as possible while suppressing the occurrence probability of knocking to a low value. More specifically, in the present embodiment, for example, the ignition timing that is most advanced within a range where the occurrence probability of knocking (knocking severity) is equal to or less than an allowable limit value (for example, 10%) is set as the target ignition timing.
  • FIG. 4 is a diagram showing the relationship between the calorific value of the fuel gas and the thermal efficiency of the gas engine 3.
  • the thermal efficiency of the gas engine 3 changes as shown in FIG.
  • the thermal efficiency of the gas engine 3 tends to decrease if the ignition timing remains the same. Therefore, by setting the target ignition timing as described above in the ignition timing map, when the fuel gas with a low calorific value flows in, the ignition timing is advanced within a range in which knocking can be suppressed to improve the efficiency of the gas engine. be able to.
  • the memory 51 can store a plurality of maps shown in FIGS. 3A to 3C in accordance with a plurality of types of operating states of the gas engine 3.
  • the operating state of the gas engine 3 includes at least one of the rotation speed and the load of the gas engine 3.
  • the map shown in FIGS. 3A to 3C stored in the memory 51 may be stored in accordance with a predetermined operation state of the gas engine 3 in some cases.
  • the generator 15 connected to the gas engine 3 is a synchronous generator linked to the power system
  • the rotational speed of the gas engine 3 is basically constant.
  • the load of the gas engine 3 is basically constant.
  • the maps shown in FIG. 3A to FIG. 3C need only correspond to the predetermined operating state of the gas engine 3.
  • FIG. 5 is a block diagram illustrating a configuration of the control device 5 of the gas engine system 1 according to an embodiment.
  • the above-described maps shown in FIGS. 3A to 3C are stored in the memory 51, and the map selection unit 53 selects the map of the gas engine 3 from a plurality of maps stored in the memory 51. Select the map that corresponds to the driving condition.
  • the operation state is an actual operation state or a target operation state of the gas engine 3, and includes a rotation speed (actual rotation speed or target rotation speed) or a load (actual load or required load) of the gas engine 3. May be.
  • the map selection unit 53 When the map selection unit 53 selects a map based on the actual operation state, the map selection unit 53 displays the rotation speed of the gas engine 3 detected by the rotation speed sensor 95 or the load of the gas engine 3 detected by the load sensor 93. A map corresponding to an actual driving state including at least one is selected. Further, when the map selection unit 53 selects a map based on the target operation state, the map selection unit 53 performs the map based on the target operation state including at least one of the target rotation speed and the required load input to the control device 5. Is selected. FIG. 5 shows an example in which the map selection unit 53 selects a map according to the target rotational speed of the gas engine 3 and the required load.
  • this map selection unit 53 may be omitted.
  • the first command generation unit 55 is a target of the supply air pressure, the sub chamber differential pressure, and the ignition timing corresponding to the detection result of the calorific value of the fuel gas by the calorie sensor 91.
  • the value is acquired from the map stored in the memory 51. Then, based on the target value, an opening degree command ⁇ to the air supply control valve 73 provided in the air supply manifold 103b, and a sub chamber difference provided in the sub chamber gas supply line 105 for controlling the sub chamber differential pressure.
  • An opening degree command ⁇ to the pressure control valve 75 and an ignition timing command ⁇ to the ignition device 325 provided in the sub chamber 315 are generated.
  • the present invention is not limited to this, and the first command generation unit 55 sets the target value of at least one parameter of the supply air pressure, the sub chamber differential pressure, or the ignition timing corresponding to the detection result of the calorific value of the fuel gas by the calorie sensor 91.
  • the opening command ⁇ to the air supply control valve 73, the opening command ⁇ to the sub-chamber differential pressure control valve 75, and the ignition device 325 At least one of the ignition timing commands ⁇ may be generated.
  • the first command generation unit 55 acquires the target supply air pressure corresponding to the calorific value of the fuel gas detected by the calorie sensor 91 from the supply air pressure map selected by the map selection unit 53 (FIG. 3A). . Then, the first command generation unit 55 performs the air supply control based on the comparison between the target air supply pressure and the current air supply pressure (the detection result of the air supply manifold pressure) detected by the air supply line pressure sensor 92. An opening command value ⁇ of the valve 73 is generated.
  • the first command generation unit 55 selects the target sub-chamber differential pressure corresponding to the calorific value of the fuel gas detected by the calorie sensor 91, and the sub-chamber differential pressure map selected by the map selection unit 53 (FIG. 3 ( obtained from b)).
  • the first command generation unit 55 is provided in the current subchamber gas supply line pressure detected by the subchamber gas supply line pressure sensor 94 provided in the subchamber gas supply line 105 and the air supply line 103.
  • the sub chamber differential pressure is calculated from the difference from the current supply air pressure detected by the supply air line pressure sensor 92. Then, based on the comparison between the calculated sub chamber differential pressure and the target sub chamber differential pressure, an opening command value ⁇ of the sub chamber differential pressure control valve is generated.
  • the first command generation unit 55 determines the target ignition timing corresponding to the calorific value of the fuel gas detected by the calorie sensor 91 from the ignition timing map (FIG. 3C) selected by the map selection unit 53. get. Then, the first command generation unit 55 generates an ignition timing command value ⁇ for the ignition device 325 based on the target ignition timing.
  • the second command value generation unit 56 calculates a deviation between the detection result of the rotational speed of the gas engine 3 and the target rotational speed, and controls the amount of fuel gas supplied to the air supply line 103 based on the deviation.
  • a command value (supply amount command ⁇ ) to the fuel gas supply amount control unit 71 is generated.
  • the rotational speed of the gas engine 3 can be detected by, for example, a rotational speed sensor 95 provided on the flywheel 13 of the gas engine 3.
  • FIG. 6 is a flowchart showing a control flow of the gas engine 3 according to this embodiment.
  • a map is generated in which target values corresponding to the calorific value of the fuel gas are determined for the supply air pressure, the sub chamber differential pressure, and the ignition timing.
  • the map may be generated for at least one parameter of the supply air pressure, the sub chamber differential pressure, or the ignition timing.
  • the map generated in this way may be stored in advance in the memory 51 of the control device 5.
  • Step 101a a plurality of maps are generated according to a plurality of types of operating states of the gas engine 3.
  • the plurality of types of operation states of the gas engine 3 include at least one of the rotation speed and the load of the gas engine 3.
  • step 101b the target operating state or actual operating state of the gas engine 3 is acquired. And the map corresponding to the acquired driving
  • step S101 (a) when the generator 15 connected to the gas engine 3 is a synchronous generator that is connected to the power system and is operated at the rated output, the map generated in step S101 (a). May be generated in accordance with a predetermined operating state of the gas engine 3. In this case, step S101 (b) for selecting a map may be omitted.
  • step S102 (a) the calorific value of the fuel gas detected by the calorie sensor 91 is acquired.
  • step S102 (b) the target values of the supply air pressure, the sub chamber differential pressure, and the ignition timing are acquired based on the acquired calorific value of the fuel gas.
  • step S102 (c) based on the target value, the ignition timing command value of the ignition device 325 of the sub chamber 315, the sub chamber differential pressure provided in the sub chamber gas supply line 105 for controlling the sub chamber differential pressure.
  • An opening command value of the control valve 75 and an opening command value of the air supply control valve 73 provided in the air supply line 103 are generated.
  • the target value acquired in step S102 (b) may be at least one of the supply air pressure, the sub chamber differential pressure, or the ignition timing
  • the command value generated in 102 (c) is the sub chamber 315.
  • the ignition timing command value of the ignition device 325, the opening command value of the sub chamber differential pressure control valve 75 provided in the sub chamber gas supply line 105 for controlling the sub chamber differential pressure, or provided in the air supply line 103 It may be at least one of opening command values of the supplied air control valve 73.
  • step S103 (a) the detection result of the rotational speed of the gas engine 3 is acquired.
  • the rotational speed of the gas engine 3 can be detected by the rotational speed sensor 95 provided on the flywheel of the gas engine 3.
  • step S103 (b) the deviation between the obtained rotation speed of the gas engine 3 and the target rotation speed is calculated, and the fuel gas for controlling the supply amount of the fuel gas to the air supply line 103 based on the deviation.
  • a command value to supply amount control part 71 is generated, and this flow is ended.
  • the gas engine control device, the gas engine system, and the gas engine control method are configured as described above. Therefore, in the present embodiment, the memory 51 stores a map that determines a target value of at least one parameter of the supply air pressure, the sub-chamber differential pressure, and the ignition timing according to the heat generation amount of the fuel gas, and the first command generation unit 55 obtains a target value of at least one parameter corresponding to the detection result of the calorific value from the map and generates a command value for controlling the gas engine 3 based on the target value.
  • the operation of the gas engine 3 can be appropriately performed according to the fluctuation.
  • the above-mentioned map defines a target value corresponding to the heat generation amount of the fuel gas for at least one parameter of the supply air pressure, the sub chamber differential pressure, or the ignition timing, and generates the first command value
  • the sub-chamber differential pressure control valve is provided in the sub-chamber gas supply line 105 to control the sub-chamber differential pressure based on the target value based on the target value.
  • At least one of the opening command value of 75 or the opening command value of the air supply control valve 73 provided in the air supply line 103 is generated.
  • the components of the engine (the ignition device 325, the sub-chamber differential pressure control valve 75, the air supply control valve 73, etc.) can be controlled appropriately. It is intended to realize a simple operation state. Therefore, it is possible to control the gas engine 3 capable of maintaining an appropriate operation state according to the fuel properties without complicating the device configuration of the gas engine system 1.
  • the target value of the supply air pressure map is set so that the excess air ratio in the main chamber of the gas engine falls within an allowable range. Therefore, the control device 5 according to the present embodiment acquires a target value of the supply air pressure corresponding to the detection result of the heat generation amount from the supply air pressure map, and generates a command value for controlling the gas engine 3 based on the target value. By doing so, the excess air ratio in the main chamber 307 of the gas engine 3 can be maintained at an appropriate value even when the calorific value of the fuel gas varies. Thereby, the occurrence of knocking of the gas engine 3 can be suppressed.
  • the target value of the sub chamber differential pressure map is set so that the excess air ratio in the sub chamber 315 of the gas engine 3 falls within an allowable range. Therefore, the control device 5 according to the present embodiment acquires a target value of the sub chamber differential pressure corresponding to the detection result of the heat generation amount from the sub chamber differential pressure map, and commands to control the gas engine 3 based on the target value. If the value is generated, the excess air ratio in the sub chamber 315 of the gas engine 3 can be maintained at an appropriate value even when the calorific value of the fuel gas varies. Thereby, the occurrence of knocking of the gas engine 3 can be suppressed.
  • the target value of the ignition timing map is set so that the tolerance with respect to the knocking limit is within the specified range. Therefore, the control device 5 according to the present embodiment acquires a target value of the ignition timing corresponding to the detection result of the heat generation amount from the ignition timing map, and generates a command value for controlling the gas engine 3 based on the target value. In this way, when the fuel gas having a low calorific value flows, the ignition timing can be advanced within a range in which knocking can be suppressed, and the efficiency of the gas engine 3 can be improved. Thereby, the efficiency of the gas engine 3 can be improved while suppressing the occurrence of knocking.
  • the supply air pressure is controlled based on the supply air pressure map so that the excess air ratio of the main chamber 307 is within the allowable range, and the ignition timing is controlled based on the ignition timing map. Therefore, the excess air ratio can be maintained close to a constant value by setting the pressure of the air supply line 103 (the air supply manifold 103b) to a high value instead of a constant value in accordance with the inflow of the fuel gas having a low calorific value.
  • the advance amount of the ignition timing of the ignition device 325 can be increased.
  • the efficiency of the gas engine 3 can be improved while further suppressing the occurrence of knocking as compared with the single control of the ignition timing based on the ignition timing map.
  • a plurality of maps are stored in accordance with a plurality of types of operating states of the gas engine including at least one of the rotational speed or the load of the gas engine 3, and the target operating state or actual state of the gas engine 3 is stored.
  • a map corresponding to the driving state is selected. Therefore, the control device according to the present embodiment acquires the target value of at least one parameter of the supply air pressure, the sub chamber differential pressure, or the ignition timing corresponding to the detection result of the heat generation amount from the selected map, If a command value for controlling the gas engine 3 is generated based on the target value, it is possible to control the gas engine 3 suitable for the target operation state or the actual operation state of the gas engine 3. As a result, the gas engine 3 can be operated more appropriately in response to changes in fuel properties.
  • the amount of fuel gas supplied to the air supply line 103 is controlled based on the deviation between the detection result of the rotational speed of the gas engine 3 by the rotational speed sensor 95 and the target rotational speed.
  • a command value to the fuel gas supply amount control unit 71 is generated. Therefore, even if it is difficult for the control device 5 to obtain the desired rotational speed of the gas engine 3 due to disturbance or the like, the supply of the fuel gas to the air supply line 103 based on the detection result of the rotational speed Since it is possible to perform feedback control for adjusting the amount, a desired rotational speed of the gas engine 3 can be obtained.
  • the gas engine system 1 is comprised by the above. Therefore, even when the heat generation amount of the fuel gas is not adjusted, the gas engine can be operated more appropriately according to the fluctuation of the heat generation amount of the fuel gas.
  • control device for the gas engine is different from the first embodiment in that the control device 50 includes a map correction unit 59 in addition to the control device 5 of the first embodiment.
  • the map correction unit 59 corrects the map stored in the memory 51 when the knocking frequency or intensity of the gas engine 3 is outside a preset allowable range. Specifically, the map correction unit 59 calculates at least one of the frequency and intensity of knocking from the detection signal of the in-cylinder pressure sensor 99 that detects the pressure in the main chamber of the gas engine 3. Here, instead of the in-cylinder pressure sensor 99, the map correction unit 59 may calculate at least one of the frequency and intensity of knocking using an acceleration sensor attached to the passenger compartment of the gas engine 3.
  • the map correction unit 59 corrects the ignition timing map stored in the memory 51 when the calculated knocking frequency or intensity is outside the preset allowable range. Specifically, the ignition timing map may be updated so as to delay the ignition timing of the ignition device 325 based on the ignition timing map stored in the memory 51. At this time, instead of correcting the entire ignition timing map, only a portion of the ignition timing map corresponding to the ignition timing command from the first command generation unit 55 that causes knocking of a frequency or intensity outside the allowable range. May be selectively modified.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a control flow of the gas engine according to this embodiment.
  • step 104a in addition to the method for controlling the gas engine in the first embodiment, the frequency or intensity of knocking occurring in the gas engine 3 in step 104a is further acquired.
  • step 104b if the knocking frequency or intensity is outside the preset allowable range, the map is corrected. Since steps 101a to 102c and steps 103a to 103b shown in FIG. 8 are the same as those described in the first embodiment with reference to FIG. 6, the description thereof is omitted here.
  • the control device 50 controls the gas based on the corrected map. If a command value for controlling the engine 3 is generated, the gas engine 3 suitable for suppressing the occurrence of knocking of the gas engine 3 can be controlled.

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Abstract

給気ラインを介して燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスが供給される主室と、副室ガス供給ラインによって前記燃料ガスの一部が供給される副室と、を備えるガスエンジンの制御装置は、前記給気ラインの圧力、前記給気ラインと前記副室ガス供給ラインとの差圧（副室差圧）、または、前記点火装置による点火時期、の少なくとも一つのパラメータについて、前記燃料ガスの発熱量に応じた目標値が定められたマップを記憶するメモリと、カロリーセンサによる前記発熱量の検出結果に対応する前記少なくとも一つのパラメータの目標値を前記マップから取得し、該目標値に基づいて、前記副室に設けられる点火装置の点火時期指令値、前記副室ガス供給ラインに設けられて前記差圧を制御するための副室差圧制御弁の開度指令値、または、前記給気ラインに設けられる給気制御弁の開度指令値の少なくとも一つを生成するための第一指令値生成部と、を備える。

Description

ガスエンジンの制御装置、ガスエンジンシステム、及びガスエンジンの制御方法
　本開示は、主室と副室とを備えるガスエンジンの制御装置、ガスエンジンシステム、及びガスエンジンの制御方法に関する。
　ガスエンジンに供給される燃料ガスの発熱量が変動すると、ガスエンジンの適切な運転領域が変化して、例えばノッキング等の不具合が生じる。
　一般的にガスエンジンでは、運転状態を検出し、該運転状態の検出結果に基づいてガスエンジンの各部の動作が制御されるフィードバック制御が行われている。このため、燃料ガスの性状変化に伴い、ノッキング限界を超えた低発熱量の燃料ガスが流入すると、上述のフィードバック制御を行っても、エンジントリップによる急停止が起きてしまう場合がある。
　以下の特許文献１及び２に開示されたガスエンジンシステムでは、ガスエンジンに供給される燃料ガスのカロリー変動を監視し、このカロリー変動に応じて、監視位置の下流側で燃料ガスに高カロリーガス又は希釈ガスを導入して、ガスエンジンに供給される燃料ガスカロリーを維持するようフィードフォワード制御を行う。
特開２０１２－１４５０５０号公報 特開２０１２－１８４７４１号公報
　しかしながら、特許文献１及び２に開示されたガスエンジンシステムでは、燃料ガスの発熱量の調整のため、燃料ガスに高カロリーガスや希釈ガスを供給するための配管等の設備が必要である。そのため、ガスエンジンシステムの設置面積が大きくなったり、配管の取り回しが複雑化したりする可能性がある。
　以上の問題点に鑑み、本発明に係る幾つかの実施形態は、燃料ガスの発熱量を調整しない場合であっても、燃料ガスの発熱量の変動に応じてガスエンジンの運転を適切に行い得るガスエンジンの制御装置、ガスエンジンシステム、及びガスエンジンの制御方法を提供することを目的とする。
（１）本発明の幾つかの実施形態に係るガスエンジンの制御装置は、
　給気ラインを介して燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスが供給される主室と、副室ガス供給ラインによって前記燃料ガスの一部が供給される副室と、を備えるガスエンジンの制御装置であって、
　前記給気ラインの圧力、前記給気ラインと前記副室ガス供給ラインとの差圧（副室差圧）、または、前記点火装置による点火時期、の少なくとも一つのパラメータについて、前記燃料ガスの発熱量に応じた目標値が定められたマップを記憶するメモリと、
　カロリーセンサによる前記発熱量の検出結果に対応する前記少なくとも一つのパラメータの目標値を前記マップから取得し、該目標値に基づいて、前記副室に設けられる点火装置の点火時期指令値、前記副室ガス供給ラインに設けられて前記差圧を制御するための副室差圧制御弁の開度指令値、または、前記給気ラインに設けられる給気制御弁の開度指令値の少なくとも一つを生成するための第一指令値生成部と、を備えることを特徴とする。
　上記（１）の構成によれば、燃料ガスの発熱量に応じた上述の少なくとも一つのパラメータの目標値が定められたマップを記憶し、該マップから発熱量の検出結果に対応する少なくとも一つのパラメータの目標値を取得し、該目標値に基づいてガスエンジンを制御する指令値を生成するので、燃料ガスの発熱量の変動に応じてガスエンジンの運転を適切に行うことができる。すなわち、検出した発熱量に応じてガスエンジンを先行制御することで、燃料ガスの発熱量に変動が生じた場合であっても燃料性状に応じたガスエンジンの運転状態を実現し、例えばガスエンジンのノッキングの発生を抑制することができる。
　また、上記（１）の制御装置によれば、上述のマップが、給気ラインの圧力、副室差圧、または、点火装置による点火時期、の少なくとも一つのパラメータについて、燃料ガスの発熱量に応じた目標値を定め、第一指令値生成部が、該目標値に基づいて、副室に設けられる点火装置の点火時期指令値、副室ガス供給ラインに設けられて副室差圧を制御するための副室差圧制御弁の開度指令値、または、給気ラインに設けられる給気制御弁の開度指令値の少なくとも一つを生成する。このように、上記（１）の構成は、燃料ガスの発熱量を調整しない場合であっても、エンジンの構成要素（点火装置、副室差圧制御弁、給気制御弁等）を制御することでガスエンジンの適切な運転状態の実現を図るものである。よって、ガスエンジンシステムの装置構成を複雑化することなく、燃料性状に応じた適切な運転状態を維持可能なガスエンジンの制御を行うことができる。
　（２）例示的な一実施形態では、上記（１）の制御装置において、
　前記メモリには、前記給気ラインの圧力について、前記燃料ガスの前記発熱量に応じた目標値が定められた給気圧マップが記憶され、該目標値は前記ガスエンジンの前記主室の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように設定される。
　上記（２）の構成によれば、給気圧マップの目標値は、ガスエンジンの主室の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように設定される。そのため、上記（１）で述べた制御装置により、給気圧マップから発熱量の検出結果に対応する給気ラインの圧力の目標値を取得し、該目標値に基づいてガスエンジンを制御する指令値を生成するようにすれば、燃料ガスの発熱量に変動が生じた場合であってもガスエンジンの主室の空気過剰率を適切な値に維持することができる。このことにより、ガスエンジンのノッキングの発生を抑制することができる。
　（３）例示的な一実施形態では、上記（１）又は（２）の制御装置において、
　前記メモリには、前記給気ラインと前記副室ガス供給ラインとの差圧（副室差圧）について、前記燃料ガスの前記発熱量に応じた目標値が定められた副室差圧マップが記憶され、該目標値は前記ガスエンジンの前記副室の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように設定されることを特徴とする。
　上記（３）の構成によれば、副室差圧マップの目標値が、前記ガスエンジンの前記副室の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように設定される。そのため、上記（１）で述べた制御装置により、副室差圧マップから発熱量の検出結果に対応する副室差圧の目標値を取得し、該目標値に基づいてガスエンジンを制御する指令値を生成するようにすれば、燃料ガスの発熱量に変動が生じた場合であってもガスエンジンの副室の空気過剰率を適切な値に維持することができる。このことにより、ガスエンジンのノッキングの発生を抑制することができる。
　（４）例示的な一実施形態では、上記（１）から（３）のいずれか１つの制御装置において、
　前記メモリには、前記点火装置による点火時期について、前記燃料ガスの前記発熱量に応じた目標値が定められた点火時期マップが記憶され、該目標値はノッキング限界に対する裕度が規定範囲内に収まるように設定されることを特徴とする。
　上記（４）の構成によれば、点火時期マップの目標値が、ノッキング限界に対する裕度が規定範囲内に収まるように設定される。そのため、上記（１）で述べた制御装置により、点火時期マップから発熱量の検出結果に対応する点火時期の目標値を取得し、該目標値に基づいてガスエンジンを制御する指令値を生成するようにすれば、低発熱量の燃料ガスが流入した場合には、ノッキングを抑制可能な範囲内で点火時期を進角させてガスエンジンの効率を向上させることができる。このことにより、ノッキングの発生を抑制しながら、ガスエンジンの効率を向上させることができる。
　（５）例示的な一実施形態では、上記（１）から（４）のいずれか１つの制御装置において、
　前記メモリには、前記ガスエンジンの回転数又は負荷の少なくとも一方を含む前記ガスエンジンの複数種の運転状態に応じて複数の前記マップがそれぞれ記憶され、
　前記ガスエンジンの目標運転状態又は実際の運転状態に対応する前記マップを選択するマップ選択部をさらに備え、
　前記第一指令値生成部は、前記マップ選択部により選択された前記マップから前記発熱量に対応する前記少なくとも一つのパラメータの前記目標値を取得するように構成されたことを特徴とする。
　上記（５）の構成によれば、ガスエンジンの回転数又は負荷の少なくとも一方を含むガスエンジンの複数種の運転状態に応じて複数のマップがそれぞれ記憶され、ガスエンジンの目標運転状態又は実際の運転状態に対応するマップが選択される。そのため、上記（１）で述べた制御装置により、選択されたマップから発熱量の検出結果に対応する少なくとも一つのパラメータの目標値を取得し、該目標値に基づいてガスエンジンを制御する指令値を生成するようにすれば、ガスエンジンの目標運転状態又は実際の運転状態に適したガスエンジンの制御を行うことができる。このことにより、燃料性状の変化に対応して、ガスエンジンの運転をより適切に行うことができる。
　（６）例示的な一実施形態では、上記（１）から（５）のいずれか１つの制御装置において、
　回転数センサによる前記ガスエンジンの回転数の検出結果と目標回転数との偏差に基づいて、前記給気ラインへの前記燃料ガスの供給量を制御するための燃料ガス供給量制御部への指令値を生成するための第二指令値生成部をさらに備えることを特徴とする。
　上記（６）の構成によれば、回転数センサによる前記ガスエンジンの回転数の検出結果と目標回転数との偏差に基づいて、前記給気ラインへの前記燃料ガスの供給量を制御するための燃料ガス供給量制御部への指令値を生成する。そのため、回転数の検出結果に基づいて前記給気ラインへの前記燃料ガスの供給量を調整するフィードバック制御を行うことが可能となる。よって、上記（１）で述べた第一指令生成部によって燃料性状に応じたガスエンジンの適切な運転状態を維持しながら、ガスエンジンの所望の回転数を得ることができる。
　（７）例示的な一実施形態では、上記（１）から（６）のいずれか１つの制御装置において、
　前記ガスエンジンのノッキングの頻度又は強度が予め設定された許容範囲外である場合に、前記メモリに記憶された前記マップを修正するマップ修正部をさらに備えることを特徴とする。
　上記（７）の構成によれば、ガスエンジンのノッキングの頻度又は強度が予め設定された許容範囲外である場合にマップを修正するようにしたので、上記（１）で述べた制御装置により、修正後のマップに基づいてガスエンジンを制御するための指令値を生成すれば、ガスエンジンのノッキングの発生を抑制することに適したガスエンジンの制御を行うことができる。
　（８）本発明の幾つかの実施形態に係るガスエンジンシステムは、
　ガスエンジンと、
　前記ガスエンジンを制御するように構成された、上記（１）から（７）のいずれか１つの制御装置と、を備えることを特徴とする。
　上記（８）の構成によれば、（１）から（７）で述べた制御装置によって、ガスエンジンを制御するようにしたので、燃料ガスの発熱量を調整しない場合であっても、燃料ガスの発熱量の変動に応じてガスエンジンの運転をより適切に行うことができる。
　（９）本発明の幾つかの実施形態に係るガスエンジンの制御方法は、
　給気ラインを介して燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスが供給される主室と、副室ガス供給ラインによって前記燃料ガスの一部が供給される副室と、を備えるガスエンジンを制御するための方法であって、
　前記給気ラインの圧力、前記給気ラインと前記副室ガス供給ラインとの差圧、または、前記副室に設けられる点火装置による点火時期、の少なくとも一つのパラメータについて、前記燃料ガスの発熱量に応じた目標値が定められたマップから、カロリーセンサによる前記発熱量の検出結果に対応する前記少なくとも一つのパラメータの目標値を取得するステップと、
　前記目標値を取得するステップで取得された前記目標値に基づいて、前記副室に設けられる点火装置の点火時期指令値、前記副室ガス供給ラインに設けられて前記差圧を制御するための副室差圧制御弁の開度指令値、または、前記給気ラインに設けられる給気制御弁の開度指令値の少なくとも一つを含む第一指令値を生成するステップと、
を備えることを特徴とする。
　上記（９）の方法によれば、燃料ガスの発熱量に応じた上述の少なくとも一つのパラメータの目標値が定められたマップを生成し、該マップから発熱量の検出結果に対応する少なくとも一つのパラメータの目標値を取得し、該目標値に基づいてガスエンジンを制御する指令値を生成するようにしたので、燃料ガスの発熱量の変動に応じてガスエンジンの運転を適切に行うことができる。すなわち、検出した発熱量に応じてガスエンジンを先行制御することで、燃料ガスの発熱量に変動が生じた場合であっても燃料性状に応じたガスエンジンの運転状態を実現し、例えばガスエンジンの効率の低下やノッキングの発生を抑制することができる。
　また、上記（９）の方法によれば、上述のマップが、給気ラインの圧力、副室差圧、または、点火装置による点火時期、の少なくとも一つのパラメータについて、燃料ガスの発熱量に応じた目標値を定める。そして、該目標値に基づいて、副室に設けられる点火装置の点火時期指令値、副室ガス供給ラインに設けられて副室差圧を制御するための副室差圧制御弁の開度指令値、または、給気ラインに設けられる給気制御弁の開度指令値の少なくとも一つが生成される。このように、上記（９）の方法は、燃料ガスの発熱量を調整しない場合であっても、エンジンの構成要素（点火装置、副室差圧制御弁、給気制御弁等）を制御することでガスエンジンの適切な運転状態の実現を図るものである。よって、ガスエンジンシステムの装置構成を複雑化することなく、燃料性状に応じた適切な運転状態を維持可能なガスエンジンの制御を行うことができる。
　（１０）例示的な一実施形態では、上記（９）の制御方法において、
　前記マップは、前記給気ラインの圧力について、前記発熱量に応じた目標値が定められた給気圧マップを含み、前記給気ラインの圧力の前記目標値は前記ガスエンジンの前記主室の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように設定されていることを特徴とする。
　上記（１０）の方法によれば、給気圧マップの目標値が、ガスエンジンの主室の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように設定される。そのため、上記（９）で述べた方法により、給気圧マップから発熱量の検出結果に対応する給気ラインの圧力の目標値を取得し、該目標値に基づいてガスエンジンを制御する指令値が生成するようにすれば、燃料ガスの発熱量に変動が生じた場合であってもガスエンジンの主室の空気過剰率が適切な値に保持される。このことにより、ガスエンジンの効率の低下やノッキングの発生を抑制することができる。
　（１１）例示的な一実施形態では、上記（９）又は（１０）の制御方法において、
　前記マップは、前記給気ラインと前記副室ガス供給ラインとの差圧について、前記発熱量に応じた目標値が定められた副室差圧マップを含み、前記差圧の前記目標値は前記ガスエンジンの前記副室の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように設定されていることを特徴とする。
　上記（１１）の方法によれば、副室差圧マップの目標値が、前記ガスエンジンの前記副室の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように設定される。そのため、上記（９）で述べた方法により、副室差圧マップから発熱量の検出結果に対応する副室差圧の目標値を取得し、該目標値に基づいてガスエンジンを制御する指令値が生成するようにすれば、燃料ガスの発熱量に変動が生じた場合であってもガスエンジンの副室の空気過剰率が適切な値に保持される。このことにより、ガスエンジンの効率の低下やノッキングの発生を抑制することができる。
　（１２）例示的な一実施形態では、上記（９）から（１１）のいずれか１つの制御方法において、
　前記マップは、前記点火装置による点火時期について、前記発熱量に応じた目標値が定められた点火時期マップを含み、前記点火時期の前記目標値はノッキング限界に対する裕度が許容範囲内に収まるように設定される。
　上記（１２）の方法によれば、点火時期マップの目標値が、ノッキング限界に対する裕度が許容範囲内に収まるように設定される。そのため、上記（９）で述べた方法により、点火時期マップから発熱量の検出結果に対応する点火時期の目標値を取得し、該目標値に基づいてガスエンジンを制御する指令値が生成するようにすれば、ノッキングを抑制可能な範囲で点火時期を進角させてガスエンジンの効率を向上させることができる。このことにより、ガスエンジンの効率の低下やノッキングの発生を抑制することができる。
　（１３）例示的な一実施形態では、上記（９）から（１２）のいずれか１つの制御方法において、
　前記ガスエンジンの回転数又は負荷の少なくとも一方を含む前記ガスエンジンの複数種の運転状態に応じて複数の前記マップから、前記ガスエンジンの目標運転状態又は実際の運転状態に対応する前記マップを選択するステップをさらに備え、
　前記第一指令値を生成するステップでは、選択された前記マップから前記発熱量に対応する前記少なくとも一つのパラメータの前記目標値を取得することを特徴とする。
　上記（１３）の構成によれば、ガスエンジンの回転数又は負荷の少なくとも一方を含むガスエンジンの複数種の運転状態に応じて複数のマップが生成され、ガスエンジンの目標運転状態又は実際の運転状態に対応するマップを選択する。そのため、上記（９）で述べた方法により、上述にて選択されたマップから発熱量の検出結果に対応する少なくとも一つのパラメータの目標値を取得し、該目標値に基づいてガスエンジンを制御する指令値を生成するようにすれば、ガスエンジンの目標運転状態又は実際の運転状態に適したガスエンジンの制御を行うことができる。このことにより、燃料性状の変化に対応して、ガスエンジンの運転をより適切に行うことができる。
　（１４）例示的な一実施形態では、上記（９）から（１３）のいずれか１つの制御方法において、
　前記ガスエンジンの回転数の検出値と前記ガスエンジンの目標回転数との偏差に基づいて、前記給気ラインへの前記燃料ガスの供給量を制御するための燃料ガス供給量制御部への第二指令値を生成するステップをさらに備えることを特徴とする。
　上記（１４）の方法によれば、ガスエンジンの回転数の検出結果と目標回転数との偏差に基づいて、給気ラインへの燃料ガスの供給量を制御するための燃料ガス供給量制御部への指令値を生成する。そのため、回転数の検出結果に基づいて前記給気ラインへの前記燃料ガスの供給量を調整するフィードバック制御によって、回転数を適切な値に維持することができる。よって、上記（９）で述べた方法によって燃料性状に応じたガスエンジンの適切な運転状態を維持しながら、所望の回転数を得ることが可能となる。
　（１５）例示的な一実施形態では、上記（９）から（１４）のいずれか１つの制御方法において、
　前記ガスエンジンのノッキングの頻度又は強度を取得するステップと、
　該ノッキングの頻度又は強度が予め設定された許容範囲外である場合に、前記マップを修正するステップとを備えることを特徴とする。
　上記（１５）の方法によれば、ガスエンジンのノッキングの頻度又は強度が予め設定された許容範囲外である場合に、マップを修正するようにしたので、上記（９）で述べた方法により、修正後のマップに基づいてガスエンジンを制御するための指令値を生成すれば、ガスエンジンのノッキングの発生を抑制することに適したガスエンジンの制御を行うことができる。
　以上より、本発明に係る幾つかの実施形態によれば、燃料ガスの発熱量を調整しない場合であっても、燃料ガスの性状変化に対応してガスエンジンを適切に運転することができる。
本発明の幾つかの実施形態に係るガスエンジンシステムの全体構成を示すシステム図である。 図１に示すガスエンジンの燃焼室周りの構造を示す一部断面説明図である。 図１の制御装置のメモリが記憶するマップの例を示す図である。 燃料ガスの発熱量とガスエンジンの熱効率との関係を示す図である。 一実施形態に係る制御装置の構成を示すブロック図である。 一実施形態に係るガスエンジンの制御の流れを示すフロー図である。 一実施形態に係るガスエンジンの制御装置の全体構成を示すシステム図である。 一実施形態に係るガスエンジンの制御の流れを示すフロー図である。
（第１実施形態）
　以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
　例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。
　図１は、本発明の幾つかの実施形態に係るガスエンジンシステムの全体構成を示す。また、図２は、ガスエンジンの燃焼室周りの構造を示す。本実施形態では、一例として発電機を駆動するための過給機付きガスエンジンで、且つ点火用副室を備える構成について説明する。但し、本実施形態のガスエンジンの具体的構成に限定されるものではなく、種々の構成を採用可能であり、例えば駆動対象は発電機以外の任意の被駆動装置であってもよい。
　図１において、ガスエンジンシステム１は、ガスエンジン３と制御装置５とを備える。また、ガスエンジンシステム１は、例えば天然ガスや都市ガス等の燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスをガスエンジン３の主室３０７に供給する給気ライン１０３と、燃料ガスの一部をガスエンジン３の副室３１５に供給する副室ガス供給ライン１０５とを備える。
　より詳細には、ガスエンジンシステム１は、ガスミキサ１９に接続されて燃料ガスをガスミキサ１９に供給する燃料ガス供給ライン１０１と、ガスミキサ１９に接続されて燃焼用空気をガスミキサ１９に供給する燃焼用空気供給ライン１０７とを備える。燃料ガス供給ライン１０１には、ガスミキサ１９に供給される燃料ガスの流量を制御する燃料ガス供給量制御部７１が設けられる。
　また、ガスエンジンシステム１は、燃料ガスの発熱量を検出するカロリーセンサ９１を備える。
　図１に示す例示的な実施形態では、カロリーセンサ９１は、燃料ガス供給ライン１０１に設けられている。他の実施形態では、カロリーセンサ９１は、副室ガス供給ライン１０５、または、燃料ガス供給ライン１０１からの副室ガス供給ライン１０５の分岐点よりも上流側に設けられる。
　また、燃焼用空気供給ライン１０７には、ガスミキサ１９に供給される燃焼用空気に含まれるゴミや塵埃などを取り除くエアクリーナ１７が設けられてもよい。ガスミキサ１９は、燃料ガス供給ライン１０１によって供給された燃料ガスと、燃焼用空気供給ライン１０７によって供給された燃焼用空気とを混合して混合ガスを生成する。
　また、ガスエンジンシステム１は、コンプレッサ１１ａ及び排気タービン１１ｂを含む過給機１１と、上述の給気ライン１０３とを備える。コンプレッサ１１ａは、ガスミキサ１９によって生成された混合ガスを昇圧し、昇圧した混合ガスをコンプレッサ１１ａの下流側における給気ライン１０３に供給する。排気タービン１１ｂは、ガスエンジン３から排出された排ガスによって回転し、コンプレッサ１１ａを駆動する。
　給気ライン１０３は、混合ガスの流れ方向の上流側に配置された上流側給気ライン１０３ａと、下流側に配置された給気マニホールド１０３ｂとを有する。上流側給気ライン１０３には、給気マニホールド１０３ｂに供給する混合ガスの流量を制御する給気制御弁７３が設けられている。この給気制御弁７３は、例えばガバナスロットル弁とすることができる。また、給気マニホールド１０３ｂには、給気マニホールド１０３ｂの内部の圧力を検出する給気ライン圧センサ９２が設けられている。
　また、ガスエンジンシステム１は、燃料ガス供給ライン１０１から分岐して燃料ガスの一部をガスエンジン３の副室３１５に供給する上述の副室ガス供給ライン１０５を備える。副室ガス供給ライン１０５には、ガスエンジン３の副室に供給する燃料ガスの流量を制御する副室差圧制御弁７５が設けられている。また、副室ガス供給ライン１０５の燃料ガスの流れ方向の下流側には、副室ガス供給ライン１０５の圧力を検出する副室ガス供給ライン圧センサ９４が設けられている。
　また、ガスエンジンシステム１は、ガスエンジン３のクランクシャフト４にはフライホイール１３が備えられ、フライホイール１３には発電機１５が直接取り付けられている。フライホイール１３にはガスエンジン３の回転数を検出する回転数センサ９５が設けられ、発電機１５には発電機１５の負荷つまりエンジン負荷を検出する負荷センサ９３が設けられている。また、ガスエンジン３には、ガスエンジン３の主室３０７内の圧力を検出する筒内圧センサ９９が設けられている。
　図２に示すように、ガスエンジン３は、シリンダ３０１内を往復摺動自在に嵌合されたピストン３０３、ピストン３０３の上面とシリンダブロック３０５の内面との間に区画形成される主燃焼室（主室）３０７、該主燃焼室３０７に接続された吸気ポート３１１、該吸気ポート３１１を開閉する吸気弁３１３等を備えている。吸気ポート３１１の上流側には上述した給気ライン１０３が接続されている。そのため、給気ライン１０３を介して供給される混合ガスは、吸気ポート３１１を経て吸気弁３１３に達し、吸気弁３１３の開弁によって主燃焼室３０７に供給される。
　また、ガスエンジン３はノズルホルダー３２１と該ノズルホルダー３２１の先端部に取り付けられた副室口金３１７とを備え、該ノズルホルダー３２１の下端面と該副室口金３１７の内面とに囲まれた領域には副室３１５が形成されている。副室口金３１７には主室３０７と副室３１５とを連通する噴口３１９が複数形成されている。
　ノズルホルダー３２１の内部には、上述した副室ガス供給ライン１０５に接続された副室ガスライン３２３と、副室３１５にて副室ガスライン３２３によって供給された燃料ガスに点火する点火装置３２５とが設けられている。
　また、副室ガスライン３２３には、逆止弁３２７が備えられている。逆止弁３２７を介した副室３１５への燃料ガスの供給量は、副室ガス供給ライン１０５における逆止弁３２７の上流側の圧力と、逆止弁３２７の下流側との圧力差である副室差圧により決まる。ここで、逆止弁３２７の下流側の圧力は、例えば副室３１５の圧力、主室３０７の圧力、又は給気ライン１０３の圧力に基づいて求めることができる。
　副室差圧制御弁７５によって副室差圧を調節することで、逆止弁３２７を介して副室３１５に供給される燃料ガスの流量が制御可能となっている。
　図１に示すように、制御装置５は、メモリ５１と、マップ選択部５３と、第一指令生成部５５と、第二指令生成部５７とを備える。
　メモリ５１は、給気マニホールド１０３ｂの圧力（給気圧）、給気マニホールド１０３ｂと副室ガス供給ライン１０５との差圧（副室差圧）、または、副室３１５に設けられる点火装置３２５による点火時期、の少なくとも一つのパラメータについて、燃料ガスの発熱量に応じたあるパラメータの目標値が定められたマップを記憶する。
　なお、本実施形態では、メモリ５１が、給気圧、副室差圧、及び点火時期の全てのパラメータについて、燃料ガスの発熱量に応じたあるパラメータの目標値が定められたマップを記憶している例を説明する。しかしながら、これに限られず、メモリ５１が、給気圧、副室差圧、及び点火時期のうち１つ又は２つのパラメータの目標値が定められたマップを記憶していてもよい。
　図３は、メモリ５１が記憶するマップの例を示す図である。
　図３（ａ）は、給気圧について、燃料ガスの発熱量に応じた目標値が定められた給気圧マップを示す。本マップにおいて、給気圧の目標値は、ガスエンジン３の主室３０７の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように、好ましくは一定になるように設定されている。
　幾つかの実施形態では、給気圧マップは、燃料ガスの発熱量の少なくとも一部の範囲において、燃料ガスの発熱量の増加とともに給気マニホールド圧の目標値が単調減少する。このような給気圧マップを用いることで、発熱量が変化しても、空気過剰率を適切な値に維持し、ガスエンジン３のノッキングの発生を抑制できる。
　なお、図３（ａ）に示すように、給気圧マップは、複数の主室内空気過剰率のそれぞれについて、燃料ガスの発熱量に対応する給気マニホールド圧の目標値を規定する複数の関数を含んでいてもよい。図３（ａ）に示す例では、３種類の主室内空気過剰率にそれぞれ対応する３本の曲線（関数）を含む給気圧マップを示しており、給気マニホールド圧の値が大きい関数ほど主室内空気過剰率が大きい条件に対応している。
　図３（ｂ）は、副室差圧について、燃料ガスの発熱量に応じた目標値が定められた副室差圧マップを示す。本マップにおいて、副室差圧の目標値は、ガスエンジン３の副室３１５の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように、好ましくは一定になるように設定されている。
　幾つかの実施形態では、副室差圧マップは、燃料ガスの発熱量の少なくとも一部の範囲において、燃料ガスの発熱量の増加とともに副室ガス差圧の目標値が単調減少する。このような副室差圧マップを用いることで、発熱量が変化しても、空気過剰率を適切な値に維持し、ガスエンジン３のノッキングの発生を抑制できる。
　なお、図３（ｂ）に示すように、副室差圧マップは、複数の副室内空気過剰率のそれぞれについて、燃料ガスの発熱量に対応する副室差圧の目標値を規定する複数の関数を含んでいてもよい。図３（ｂ）に示す例では、３種類の副室内空気過剰率にそれぞれ対応する３本の曲線（関数）を含む副室差圧マップを示しており、副室差圧の値が大きい関数ほど副室内空気過剰率が小さい条件に対応している。
　図３（ｃ）は、点火装置３２５による点火時期について、燃料ガスの発熱量に応じた目標値が定められた点火時期マップを示す。なお、図３（ｃ）の縦軸は、ガスエンジン３のピストン３０３の上死点を基準として、該上死点に対する点火タイミングの先行量をクランク角度で示したものである。本マップにおいて、点火時期の目標値は、ガスエンジン３のノッキング限界に対する裕度が許容範囲内に収まるように設定されている。
　幾つかの実施形態では、点火時期マップは、燃料ガスの発熱量の少なくとも一部の範囲において、燃料ガスの発熱量の増加とともに点火時期の目標値が単調減少する。このような点火時期マップを用いることで、低発熱量の燃料ガスが主室３０７及び副室３１５に流入する場合に、ノッキングを抑制可能な範囲で点火時期を進角させてガスエンジン３の効率を向上させることができる。
　なお、本実施形態では、ノッキングの発生確率を低い値に抑えつつ点火時期を可能な限り進角させるように点火時期の目標値が設定されている。更に詳細には、本実施形態では、例えば、ノッキングの発生確率（ノッキングシビアリティ）が許容限界値（例えば１０％）以下となる範囲で最も進角させた点火時期を目標の点火時期としている。
　図４は、燃料ガスの発熱量とガスエンジン３の熱効率との関係を示す図である。ガスエンジン３に流入する燃料ガスのガス性状が変化し、発熱量が変化した場合、ガスエンジン３の熱効率は図４に示す通り変化する。特に、低発熱量の燃料ガスが流入した場合、同一点火時期のままではガスエンジン３の熱効率は低下する傾向にある。そのため、点火時期マップにおいて上述の通り目標の点火時期を定めることで、低発熱量の燃料ガスが流入した場合、ノッキングを抑制可能な範囲で点火時期を進角させてガスエンジンの効率を向上させることができる。
　メモリ５１は、図３（ａ）から（ｃ）に示すマップを、ガスエンジン３の複数種の運転状態に応じて複数記憶しておくことができる。なお、ここでのガスエンジン３の運転状態には、ガスエンジン３の回転数又は負荷の少なくとも一方が含まれる。
　但し、メモリ５１が記憶する図３（ａ）から（ｃ）に示すマップは、ガスエンジン３の所定の運転状態に応じて１つ記憶しておけばよい場合がある。例えば、ガスエンジン３に接続される発電機１５が電力系統に連系される同期発電機である場合には、ガスエンジン３の回転数は基本的に一定となる。また、発電機１５が定格出力で運転することが前提になっている場合には、ガスエンジン３の負荷も基本的に一定である。この場合には、図３（ａ）から図３（ｃ）に示すマップは、ガスエンジン３の所定の運転状態に対応するものだけでもよい。
　図５は、一実施形態に係るガスエンジンシステム１の制御装置５の構成を示すブロック図である。
　図５において、図３（ａ）から（ｃ）に示す上述のマップはメモリ５１に記憶されており、マップ選択部５３は、メモリ５１に記憶された複数のマップの中から、ガスエンジン３の運転状態に対応するマップを選択する。該運転状態は、ガスエンジン３の実際の運転状態又は目標の運転状態であり、ガスエンジン３の回転数（実際の回転数又は目標回転数）又は負荷（実際の負荷又は要求負荷）を含んでいてもよい。
　マップ選択部５３が実際の運転状態に基づいてマップを選択する場合、マップ選択部５３は回転数センサ９５で検出したガスエンジン３の回転数、又は負荷センサ９３で検出したガスエンジン３の負荷の少なくとも一方を含む実際の運転状態に対応するマップを選択する。また、マップ選択部５３が目標の運転状態に基づいてマップを選択する場合、制御装置５に入力される目標回転数又は要求負荷の少なくとも一方を含む目標運転状態に基づいてマップ選択部５３によりマップが選択される。
　なお、図５には、ガスエンジン３の目標回転数及び要求負荷に応じてマップ選択部５３がマップを選択する例を示している。
　但し、上述したように、メモリ５１に、図３（ａ）から（ｃ）に示すマップがガスエンジン３の所定の運転状態に応じて１つのみ記憶されている場合には、本マップ選択部５３が省略されてもよい。
　幾つかの実施形態では、図５に示すように、第一指令生成部５５は、カロリーセンサ９１による燃料ガスの発熱量の検出結果に対応する給気圧、副室差圧、及び点火時期の目標値をメモリ５１に記憶されたマップから取得する。そして、該目標値に基づいて、給気マニホールド１０３ｂに設けられる給気制御弁７３への開度指令α、副室ガス供給ライン１０５に設けられて副室差圧を制御するための副室差圧制御弁７５への開度指令β、および、副室３１５に設けられる点火装置３２５への点火時期指令γを生成する。
　但し、これに限られず、第一指令生成部５５が、カロリーセンサ９１による燃料ガスの発熱量の検出結果に対応する給気圧、副室差圧、又は点火時期の少なくとも１つのパラメータの目標値をメモリ５１に記憶されたマップから取得し、該目標値に基づいて、給気制御弁７３への開度指令α、副室差圧制御弁７５への開度指令β、および、点火装置３２５への点火時期指令γのうち少なくとも１つを生成してもよい。
　第一指令生成部５５は、カロリーセンサ９１によって検出された燃料ガスの発熱量に対応する目標の給気圧を、マップ選択部５３によって選択された給気圧マップ（図３（ａ））から取得する。そして、第一指令生成部５５は、該目標の給気圧と、給気ライン圧センサ９２によって検出された現在の給気圧（給気マニホールド圧の検出結果）との比較に基づいて、給気制御弁７３の開度指令値αを生成する。
　また、第一指令生成部５５は、カロリーセンサ９１によって検出された燃料ガスの発熱量に対応する目標の副室差圧を、マップ選択部５３によって選択された副室差圧マップ（図３（ｂ））から取得する。そして、第一指令生成部５５は、副室ガス供給ライン１０５に設けられた副室ガス供給ライン圧センサ９４によって検出された現在の副室ガス供給ライン圧と、給気ライン１０３に設けられた給気ライン圧センサ９２によって検出された現在の給気圧との差から副室差圧を算出する。そして、算出された副室差圧と目標の副室差圧との比較に基づいて、副室差圧制御弁の開度指令値βを生成する。
　また、第一指令生成部５５は、カロリーセンサ９１によって検出された燃料ガスの発熱量に対応する目標の点火時期を、マップ選択部５３によって選択された点火時期マップ（図３（ｃ））から取得する。そして、第一指令生成部５５は、該目標の点火時期に基づいて、点火装置３２５の点火時期指令値γを生成する。
　第二指令値生成部５６は、ガスエンジン３の回転数の検出結果と目標回転数との偏差を算出し、該偏差に基づいて給気ライン１０３への燃料ガスの供給量を制御するための燃料ガス供給量制御部７１への指令値（供給量指令δ）を生成する。ガスエンジン３の回転数は、例えば、ガスエンジン３のフライホイール１３に設けられた回転数センサ９５によって検出することができる。
　次に、図６のフロー図を参照して、制御装置５によるガスエンジンの制御の流れについて説明する。なお、図６は、本実施形態に係るガスエンジン３の制御の流れを示すフロー図である。
　本実施形態では、まずステップ１０１ａで、給気圧、副室差圧、及び、点火時期について、燃料ガスの発熱量に応じた目標値が定められたマップが生成される。但し、上述の通り、給気圧、副室差圧、又は、点火時期の少なくとも１つのパラメータについて、当該マップが生成されてもよい。
　こうして生成されたマップは、制御装置５のメモリ５１に予め記憶されていてもよい。
　また、ステップ１０１ａで、それぞれのマップは、ガスエンジン３の複数種の運転状態に応じて、複数生成される。ガスエンジン３の複数種の運転状態には、ガスエンジン３の回転数又は負荷の少なくとも一方が含まれる。
　続いて、ステップ１０１ｂで、ガスエンジン３の目標運転状態又は実際の運転状態を取得する。そして、ステップＳ１０１（ａ）で生成された複数のマップの中から、取得した運転状態に対応するマップを選択する。
　なお、上述の通り、例えばガスエンジン３に接続される発電機１５が電力系統に連系され、且つ、定格出力で運転される同期発電機である場合、ステップＳ１０１（ａ）で生成されるマップは、ガスエンジン３の所定の運転状態に応じて１つのみ生成されても良い。この場合、マップを選択する当該ステップＳ１０１（ｂ）は省略されてもよい。
　続いて、ステップＳ１０２（ａ）で、カロリーセンサ９１によって検出された燃料ガスの発熱量を取得する。そして、ステップＳ１０２（ｂ）で、取得した燃料ガスの発熱量に基づいて、給気圧、副室差圧、及び、点火時期の目標値を取得する。そしてステップＳ１０２（ｃ）で、該目標値に基づき、副室３１５の点火装置３２５の点火時期指令値、副室ガス供給ライン１０５に設けられて副室差圧を制御するための副室差圧制御弁７５の開度指令値、及び、給気ライン１０３に設けられる給気制御弁７３の開度指令値を生成する。
　但し、上述の通り、ステップＳ１０２（ｂ）で取得する目標値は、給気圧、副室差圧、又は点火時期の少なくとも１つでもよく、１０２（ｃ）で生成する指令値は、副室３１５の点火装置３２５の点火時期指令値、副室ガス供給ライン１０５に設けられて副室差圧を制御するための副室差圧制御弁７５の開度指令値、又は、給気ライン１０３に設けられる給気制御弁７３の開度指令値の少なくとも１つでもよい。
　続いて、ステップＳ１０３（ａ）で、ガスエンジン３の回転数の検出結果を取得する。上述の通り、ガスエンジン３の回転数は、ガスエンジン３のフライホイールに設けられた回転数センサ９５によって検出することができる。そしてステップＳ１０３（ｂ）で、取得したガスエンジン３の回転数と目標回転数との偏差を算出し、該偏差に基づいて給気ライン１０３への燃料ガスの供給量を制御するための燃料ガス供給量制御部７１への指令値を生成し、本フローを終了する。
　本実施形態によれば、ガスエンジンの制御装置、ガスエンジンシステム及びガスエンジンの制御方法が以上によって構成される。そのため、本実施形態では、メモリ５１が、燃料ガスの発熱量に応じた給気圧、副室差圧、及び点火時期の少なくとも１つのパラメータの目標値を定めるマップを記憶し、第一指令生成部５５が、該マップから発熱量の検出結果に対応する少なくとも一つのパラメータの目標値を取得し、該目標値に基づいてガスエンジン３を制御する指令値を生成するので、燃料ガスの発熱量の変動に応じてガスエンジン３の運転を適切に行うことができる。すなわち、検出した発熱量に応じてガスエンジン３を先行制御することで、燃料ガスの発熱量に変動が生じた場合であっても燃料性状に応じたガスエンジン３の運転状態を実現し、例えばガスエンジン３の効率の低下やノッキングの発生を抑制することができる。
　また、本実施形態では、上述のマップが、給気圧、副室差圧、または、点火時期、の少なくとも一つのパラメータについて、燃料ガスの発熱量に応じた目標値を定め、第一指令値生成部が、該目標値に基づいて、副室３１５に設けられる点火装置３２５の点火時期指令値、副室ガス供給ライン１０５に設けられて副室差圧を制御するための副室差圧制御弁７５の開度指令値、または、給気ライン１０３に設けられる給気制御弁７３の開度指令値の少なくとも一つを生成する。すなわち、燃料ガスの発熱量を調整しない場合であっても、エンジンの構成要素（点火装置３２５、副室差圧制御弁７５、給気制御弁７３等）を制御することでガスエンジン３の適切な運転状態の実現を図るものである。よって、ガスエンジンシステム１の装置構成を複雑化することなく、燃料性状に応じた適切な運転状態を維持可能なガスエンジン３の制御を行うことができる。
　また、本実施形態によれば、給気圧マップの目標値は、ガスエンジンの主室の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように設定される。そのため、本実施形態に係る制御装置５により、給気圧マップから発熱量の検出結果に対応する給気圧の目標値を取得し、該目標値に基づいてガスエンジン３を制御する指令値を生成するようにすれば、燃料ガスの発熱量に変動が生じた場合であってもガスエンジン３の主室３０７の空気過剰率を適切な値に維持することができる。このことにより、ガスエンジン３のノッキングの発生を抑制することができる。
　また、本実施形態によれば、副室差圧マップの目標値が、ガスエンジン３の副室３１５の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように設定される。そのため、本実施形態に係る制御装置５により、副室差圧マップから発熱量の検出結果に対応する副室差圧の目標値を取得し、該目標値に基づいてガスエンジン３を制御する指令値を生成するようにすれば、燃料ガスの発熱量に変動が生じた場合であってもガスエンジン３の副室３１５の空気過剰率を適切な値に維持することができる。このことにより、ガスエンジン３のノッキングの発生を抑制することができる。
　また、本実施形態によれば、点火時期マップの目標値が、ノッキング限界に対する裕度が規定範囲内に収まるように設定される。そのため、本実施形態に係る制御装置５により、点火時期マップから発熱量の検出結果に対応する点火時期の目標値を取得し、該目標値に基づいてガスエンジン３を制御する指令値を生成するようにすれば、低発熱量の燃料ガスが流入した場合には、ノッキングを抑制可能な範囲で点火時期を進角させてガスエンジン３の効率を向上させることができる。このことにより、ノッキングの発生を抑制しながら、ガスエンジン３の効率を向上させることができる。
　また、本実施形態によれば、給気圧マップに基づいて主室３０７の空気過剰率が許容範囲に収まるように給気圧が制御されるとともに、点火時期マップに基づいて点火時期が制御される。そのため、低発熱量の燃料ガスの流入に応じて、給気ライン１０３（給気マニホールド１０３ｂ）の圧力を一定ではなく高めに設定することで、空気過剰率を一定近くに維持できる。その結果、ノッキングを抑制できるため、点火装置３２５の点火時期の進角量を大きくとれる。このことにより、点火時期マップに基づく点火時期の単独制御と比較して、更にノッキングの発生を抑制しながら、ガスエンジン３の効率を向上させることができる。
　また、本実施形態によれば、ガスエンジン３の回転数又は負荷の少なくとも一方を含むガスエンジンの複数種の運転状態に応じて複数のマップがそれぞれ記憶され、ガスエンジン３の目標運転状態又は実際の運転状態に対応するマップが選択される。そのため、本実施形態に係る制御装置により、選択されたマップから発熱量の検出結果に対応する給気圧、副室差圧、または、点火時期、の少なくとも一つのパラメータの目標値を取得し、該目標値に基づいてガスエンジン３を制御する指令値を生成するようにすれば、ガスエンジン３の目標運転状態又は実際の運転状態に適したガスエンジン３の制御を行うことができる。このことにより、燃料性状の変化に対応して、ガスエンジン３の運転をより適切に行うことができる。
　また、本実施形態によれば、回転数センサ９５によるガスエンジン３の回転数の検出結果と目標回転数との偏差に基づいて、給気ライン１０３への燃料ガスの供給量を制御するための燃料ガス供給量制御部７１への指令値を生成する。そのため、外乱などにより、制御装置５によってガスエンジン３の所望の回転数を得ることが困難になった場合であっても、回転数の検出結果に基づいて給気ライン１０３への燃料ガスの供給量を調整するフィードバック制御を行うことが可能となるため、ガスエンジン３の所望の回転数を得ることができる。
　また、本実施形態によれば、ガスエンジンシステム１が以上によって構成される。そのため、燃料ガスの発熱量を調整しない場合であっても、燃料ガスの発熱量の変動に応じてガスエンジンの運転をより適切に行うことができる。
　（第２実施形態）
　第１実施形態とは別の実施形態について、図７を参照して説明する。なお、以下の説明において第１実施形態と構成を共通にする箇所には同一符号を付して重複した説明を省略する。本実施形態に係るガスエンジンの制御装置が第一実施形態と異なる点は、制御装置５０において、第１実施形態の制御装置５に加えて、マップ修正部５９を備える点である。
　マップ修正部５９は、ガスエンジン３のノッキングの頻度又は強度が予め設定された許容範囲外である場合に、メモリ５１に記憶されたマップを修正する。具体的には、マップ修正部５９は、ガスエンジン３の主室内の圧力を検出する筒内圧センサ９９の検出信号からノッキングの頻度又は強度の少なくとも一方を算出する。ここでマップ修正部５９は、該筒内圧センサ９９に変えて、ガスエンジン３の車室に取り付けられた加速度センサを用いてノッキングの頻度又は強度の少なくとも一方を算出してもよい。
　そして、マップ修正部５９は、算出したノッキングの頻度又は強度が予め設定された許容範囲外である場合に、メモリ５１に記憶された点火時期マップを修正する。具体的には、メモリ５１に記憶されている点火時期マップを基準として、点火装置３２５の点火タイミングを遅らせるように点火時期マップを更新してもよい。この際、点火時期マップ全体を修正するのではなく、点火時期マップのうち、許容範囲外の頻度又は強度のノッキングの原因となった第一指令生成部５５からの点火時期指令に対応する部分のみを選択的に修正してもよい。
　次に、図８のフロー図を参照して、制御装置５によるガスエンジンの制御の流れについて説明する。なお、図８は、本実施形態に係るガスエンジンの制御の流れを示すフロー図である。
　本実施形態では、第１実施形態でのガスエンジンの制御方法に加え、更に、ステップ１０４ａでガスエンジン３に発生したノッキングの頻度又は強度が取得される。そして、ステップ１０４ｂにおいて該ノッキングの頻度又は強度が予め設定された許容範囲外である場合、マップを修正する。
　なお、図８に示すステップ１０１ａ～１０２ｃ及びステップ１０３ａ～１０３ｂについては、図６を参照して第１実施形態にて上述したとおりであるから、ここでは説明を省略する。
　本実施形態によれば、ガスエンジン３のノッキングの頻度又は強度が予め設定された許容範囲外である場合にマップを修正するようにしたので、制御装置５０により、修正後のマップに基づいてガスエンジン３を制御するための指令値を生成すれば、ガスエンジン３のノッキングの発生を抑制することに適したガスエンジン３の制御を行うことができる。
　１、１０　ガスエンジンシステム
　１１　過給機
　１３　フライホイール
　１５　発電機
　１７　エアクリーナ
　１９　ガスミキサ
　３　ガスエンジン
　５、５０　制御装置
　５１　メモリ
　５３　マップ選択部
　５５　第一指令生成部
　５７　第二指令生成部
　５９　マップ修正部
　７１　燃料ガス供給量制御部
　７３　給気制御弁
　７５　副室差圧制御弁
　９１　カロリーセンサ
　９２　給気ライン圧センサ
　９３　負荷センサ
　９４　副室ガス供給ライン圧センサ
　９５　回転数センサ
　１０１　燃料ガス供給ライン
　１０３　給気ライン
　１０５　副室ガス供給ライン
　３０１　シリンダ
　３０３　ピストン
　３０５　シリンダブロック
　３０７　主室
　３１１　吸気ポート
　３１３　吸気弁
　３１５　副室
　３１７　副室口金
　３１９　噴孔
　３２１　ノズルホルダー
　３２３　副室ガスライン
　３２５　点火装置
　３２７　逆止弁

Claims (15)

  1. 　給気ラインを介して燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスが供給される主室と、副室ガス供給ラインによって前記燃料ガスの一部が供給される副室と、を備えるガスエンジンの制御装置であって、
    　前記給気ラインの圧力、前記給気ラインと前記副室ガス供給ラインとの差圧、または、前記副室に設けられる点火装置による点火時期、の少なくとも一つのパラメータについて、前記燃料ガスの発熱量に応じた目標値が定められたマップを記憶するメモリと、
    　カロリーセンサによる前記発熱量の検出結果に対応する前記少なくとも一つのパラメータの目標値を前記マップから取得し、該目標値に基づいて、前記副室に設けられる点火装置の点火時期指令値、前記副室ガス供給ラインに設けられて前記差圧を制御するための副室差圧制御弁の開度指令値、または、前記給気ラインに設けられる給気制御弁の開度指令値の少なくとも一つを生成するための第一指令値生成部と、を備えることを特徴とするガスエンジンの制御装置。
  2. 　前記メモリには、前記給気ラインの圧力について、前記燃料ガスの前記発熱量に応じた目標値が定められた給気圧マップが記憶され、該目標値は前記ガスエンジンの前記主室の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように設定されることを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンの制御装置。
  3. 　前記メモリには、前記給気ラインと前記副室ガス供給ラインとの差圧について、前記燃料ガスの前記発熱量に応じた目標値が定められた副室差圧マップが記憶され、該目標値は前記ガスエンジンの前記副室の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載のガスエンジンの制御装置。
  4. 　前記メモリには、前記点火装置による点火時期について、前記燃料ガスの前記発熱量に応じた目標値が定められた点火時期マップが記憶され、該目標値はノッキング限界に対する裕度が許容範囲内に収まるように設定されることを特徴とする請求項１乃至３の何れか一項に記載のガスエンジンの制御装置。
  5. 　前記メモリには、前記ガスエンジンの回転数又は負荷の少なくとも一方を含む前記ガスエンジンの複数種の運転状態に応じて複数の前記マップがそれぞれ記憶され、
    　前記ガスエンジンの目標運転状態又は実際の運転状態に対応する前記マップを選択するマップ選択部をさらに備え、
    　前記第一指令値生成部は、前記マップ選択部により選択された前記マップから前記発熱量に対応する前記少なくとも一つのパラメータの前記目標値を取得するように構成されたことを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載のガスエンジンの制御装置。
  6. 　回転数センサによる前記ガスエンジンの回転数の検出結果と目標回転数との偏差に基づいて、前記給気ラインへの前記燃料ガスの供給量を制御するための燃料ガス供給量制御部への指令値を生成するための第二指令値生成部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載のガスエンジンの制御装置。
  7. 　前記ガスエンジンのノッキングの頻度又は強度が予め設定された許容範囲外である場合に、前記メモリに記憶された前記マップを修正するマップ修正部をさらに備えることを特徴とする請求項１乃至６の何れか一項に記載のガスエンジンの制御装置。
  8. 　ガスエンジンと、
    　前記ガスエンジンを制御するように構成された、請求項１乃至７の何れか一項に記載の制御装置と、を備えることを特徴とするガスエンジンシステム。
  9. 　給気ラインを介して燃料ガスと燃焼用空気との混合ガスが供給される主室と、副室ガス供給ラインによって前記燃料ガスの一部が供給される副室と、を備えるガスエンジンを制御するための方法であって、
    　前記給気ラインの圧力、前記給気ラインと前記副室ガス供給ラインとの差圧、または、前記副室に設けられる点火装置による点火時期、の少なくとも一つのパラメータについて、前記燃料ガスの発熱量に応じた目標値が定められたマップから、カロリーセンサによる前記発熱量の検出結果に対応する前記少なくとも一つのパラメータの目標値を取得するステップと、
    　前記目標値を取得するステップで取得された前記目標値に基づいて、前記副室に設けられる点火装置の点火時期指令値、前記副室ガス供給ラインに設けられて前記差圧を制御するための副室差圧制御弁の開度指令値、または、前記給気ラインに設けられる給気制御弁の開度指令値の少なくとも一つを含む第一指令値を生成するステップと、
    を備えることを特徴とするガスエンジンの制御方法。
  10. 　前記マップは、前記給気ラインの圧力について、前記発熱量に応じた目標値が定められた給気圧マップを含み、前記給気ラインの圧力の前記目標値は前記ガスエンジンの前記主室の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように設定されていることを特徴とする請求項９に記載のガスエンジンの制御方法。
  11. 　前記マップは、前記給気ラインと前記副室ガス供給ラインとの差圧について、前記発熱量に応じた目標値が定められた副室差圧マップを含み、前記差圧の前記目標値は前記ガスエンジンの前記副室の内部の空気過剰率が許容範囲内に収まるように設定されていることを特徴とする請求項９又は１０に記載のガスエンジンの制御方法。
  12. 　前記マップは、前記点火装置による点火時期について、前記発熱量に応じた目標値が定められた点火時期マップを含み、前記点火時期の前記目標値はノッキング限界に対する裕度が許容範囲内に収まるように設定されることを特徴とする請求項９乃至１１の何れか一項に記載のガスエンジンの制御方法。
  13. 　前記ガスエンジンの回転数又は負荷の少なくとも一方を含む前記ガスエンジンの複数種の運転状態に応じて複数の前記マップから、前記ガスエンジンの目標運転状態又は実際の運転状態に対応する前記マップを選択するステップをさらに備え、
    　前記第一指令値を生成するステップでは、選択された前記マップから前記発熱量に対応する前記少なくとも一つのパラメータの前記目標値を取得することを特徴とする請求項９乃至１２の何れか一項に記載のガスエンジンの制御方法。
  14. 　前記ガスエンジンの回転数の検出値と前記ガスエンジンの目標回転数との偏差に基づいて、前記給気ラインへの前記燃料ガスの供給量を制御するための燃料ガス供給量制御部への第二指令値を生成するステップをさらに備えることを特徴とする請求項９乃至１３の何れか一項に記載のガスエンジンの制御方法。
  15. 　前記ガスエンジンのノッキングの頻度又は強度を取得するステップと、
    　該ノッキングの頻度又は強度が予め設定された許容範囲外である場合に、前記マップを修正するステップと、をさらに備えることを特徴とする請求項９乃至１４の何れか一項に記載のガスエンジンの制御方法。
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