JP2006009603A - Gas engine device - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は燃焼化学当量が変動する傾向を有する燃料ガスにより駆動されるガスエンジン装置に関する。 The present invention relates to a gas engine device driven by a fuel gas having a tendency to change the combustion chemical equivalent.
微生物等を利用して生成したバイオガス等の燃料ガスは、燃焼化学当量が変動する傾向を有する。このような燃料ガスを用いてガスエンジンを安定的に駆動させることは必ずしも容易ではない。 Fuel gas such as biogas generated using microorganisms or the like has a tendency that the combustion chemical equivalent fluctuates. It is not always easy to stably drive a gas engine using such fuel gas.
従来、特許文献1には、所定の運転条件でガスエンジンのリーン限界を検出し、その結果によりガスの種類を特定すると共に、その特定したガスの種類に応じてガスエンジンの運転条件を補正し、その補正した運転条件によりガスエンジンを連続運転させるガスエンジンの運転制御方法が開示されている。
Conventionally,
また特許文献2には、燃料ガスの燃焼化学当量値の変化を検出する検出手段ととしての酸素センサと、燃料ガスの燃焼化学当量値の変化に基づいて空燃比調整手段と、空燃比を予測するフィードフォワード制御する制御手段とが設けられている内燃機関及び空燃比制御装置が開示されている。このものによれば、燃焼後の排ガスに含まれる酸素濃度を検出する手段として酸素センサが設けられており、酸素センサの検出結果に基づいて燃料ガスの燃焼化学当量値の変化傾向を検出することにしている。
特許文献1に係る技術によれば、ガスエンジンのリーン限界を検出することによりガスの種類を特定することにしている。しかしながらこの技術によれば、燃焼化学当量値が変化するといえども、燃焼化学当量値の大きな変化がない燃料ガスを用いることが前提であり、燃焼化学当量値が未知の燃料ガスを用いることは前提とされていない。特許文献1に係る技術によれば、バイオガス等のように、燃焼化学当量値が短時間のうちにかなり変動する燃料ガスを用いるときには、ガスエンジンの駆動の安定性を維持するためには、必ずしも充分ではない。
According to the technique according to
また特許文献2に係る技術によれば、ガスエンジンのリーン限界を検出することによりガスの種類を特定することにしている。しかしながらこの技術によれば、燃焼後の排ガスに含まれる酸素濃度を検出する手段として酸素センサが必要とされている。更に偏差を是正するフィードバック制御では、ガスエンジンの駆動の安定性が得られないため、空燃比を予測するフィードフォワード制御することにしている。
Further, according to the technique according to
上記した装置によれば、燃焼化学当量値の大きな変化がある燃料ガスを用いるには必ずしも充分ではない。更に、フィードフォワード制御では、条件の変動が大きいときには、空燃比を必ずしも正確に予測することができるとは限らない。 According to the apparatus described above, it is not always sufficient to use a fuel gas having a large change in the combustion chemical equivalent value. Further, in the feedforward control, when the change in conditions is large, the air-fuel ratio cannot always be accurately predicted.
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、バイオガス等のように燃焼化学当量値の変化が大きな燃料ガスを用いるのに適するガスエンジン装置を提供することを課題とする。 This invention is made | formed in view of the above-mentioned situation, and makes it a subject to provide the gas engine apparatus suitable for using fuel gas with a big change of combustion chemical equivalent values like biogas.
(1)第1発明に係るガスエンジン装置は、燃焼化学当量が変動する傾向を有する燃料ガスにより駆動されポートをもつガスエンジンと、燃料ガスと空気との混合気をガスエンジンのポートに供給してガスエンジンを駆動させる混合気供給通路と、混合気供給通路に設けられガスエンジンのポートに供給する混合気の流量を調整可能な流量弁と、燃焼化学当量が変動する傾向を有する燃料ガスを混合気供給通路に供給する燃料ガス通路とを具備するガスエンジン装置において、燃料ガス通路に設けられ燃料ガス通路を流れる燃料ガスの単位時間あたりの流量を制御する燃料弁と、エンジン出力が減少するとき燃料弁の開度を増加させると共に、エンジン出力が増加するとき燃料弁の開度を減少させる制御手段とを具備することを特徴とするものである。 (1) A gas engine device according to a first aspect of the present invention supplies a gas engine having a port driven by a fuel gas having a tendency to change a combustion chemical equivalent, and a mixture of the fuel gas and air to the port of the gas engine. An air-fuel mixture supply passage for driving the gas engine, a flow rate valve that is provided in the air-fuel mixture supply passage and that can adjust the flow rate of the air-fuel mixture supplied to the port of the gas engine, and a fuel gas that tends to vary the combustion chemical equivalent In a gas engine device having a fuel gas passage for supplying to an air-fuel mixture supply passage, a fuel valve for controlling a flow rate of fuel gas per unit time provided in the fuel gas passage and flowing through the fuel gas passage, and engine output decreases. And a control means for increasing the opening degree of the fuel valve and decreasing the opening degree of the fuel valve when the engine output increases. It is.
燃料ガスの燃焼化学当量が減少して発熱量(kcal/kg)が減少するように変動すると、エンジン出力が減少する。また、燃料ガスの燃焼化学当量が増加して発熱量(kcal/kg)が増加するように変動すると、エンジン出力が増加する。この点について第1発明に係るガスエンジン装置によれば、エンジン出力が減少するとき、制御手段は燃料弁の開度を増加させる。これにより混合気供給通路の混合気に供給される燃料ガスの流量が増加し、混合気の濃度が濃くなり、エンジン出力の減少が是正される。また、エンジン出力が増加するとき、制御手段は燃料弁の開度を減少させる。これにより混合気供給通路の混合気に供給される燃料ガスの流量が減少し、混合気の濃度が薄くなり、エンジン出力の増加が是正される。 When the combustion chemical equivalent of the fuel gas decreases and fluctuates so that the calorific value (kcal / kg) decreases, the engine output decreases. Further, when the combustion chemical equivalent of the fuel gas increases and fluctuates so that the calorific value (kcal / kg) increases, the engine output increases. In this regard, according to the gas engine device of the first aspect of the present invention, when the engine output decreases, the control means increases the opening of the fuel valve. As a result, the flow rate of the fuel gas supplied to the air-fuel mixture in the air-fuel mixture supply passage increases, the concentration of the air-fuel mixture increases, and the decrease in engine output is corrected. Further, when the engine output increases, the control means decreases the opening of the fuel valve. As a result, the flow rate of the fuel gas supplied to the air-fuel mixture in the air-fuel mixture supply passage decreases, the concentration of the air-fuel mixture decreases, and the increase in engine output is corrected.
燃料弁の開度調整により、ガスエンジンに供給される燃料ガスの絶対量を調整することができるため、混合気供給通路における混合気の空燃比を応答性よく迅速に調整できる利点が得られる。 Since the absolute amount of the fuel gas supplied to the gas engine can be adjusted by adjusting the opening of the fuel valve, there is an advantage that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the air-fuel mixture supply passage can be adjusted quickly with good responsiveness.
(2)第2発明に係るガスエンジン装置は、燃焼化学当量が変動する傾向を有する燃料ガスにより駆動され吸気ポートをもつガスエンジンと、燃料ガスと空気との混合気をガスエンジンのポートに供給する混合気供給通路と、混合気供給通路に設けられガスエンジンのポートに供給する混合気の流量を調整可能な流量弁と、燃焼化学当量が変動する傾向を有する燃料ガスを供給通路に供給する燃料ガス通路とを具備するガスエンジン装置において、燃料ガス通路に設けられ燃料ガス通路を流れる燃料ガスの単位時間あたりの流量を制御する燃料弁と、エンジン出力が減少するとき流量弁の開度を増加させ且つ燃料弁の開度を増加させると共に、エンジン出力が増加するとき流量弁の開度を減少させ且つ燃料弁の開度を減少させる制御手段とを具備することを特徴とするものである。 (2) A gas engine device according to a second aspect of the present invention supplies a gas engine having an intake port driven by a fuel gas having a tendency to change a combustion chemical equivalent, and an air-fuel mixture of the fuel gas and air to the port of the gas engine An air-fuel mixture supply passage, a flow rate valve that is provided in the air-fuel mixture supply passage and can adjust the flow rate of the air-fuel mixture supplied to the port of the gas engine, and a fuel gas having a tendency to change the combustion chemical equivalent is supplied to the supply passage In a gas engine device having a fuel gas passage, a fuel valve that is provided in the fuel gas passage and controls a flow rate of fuel gas per unit time flowing through the fuel gas passage, and an opening degree of the flow valve when the engine output decreases. Control means for increasing and increasing the opening of the fuel valve, and decreasing the opening of the flow valve and decreasing the opening of the fuel valve when the engine output increases. It is characterized in that Bei.
燃料ガスの燃焼化学当量が小さくなり発熱量(kcal/kg)が小さくなるように変動すると、エンジン出力が減少する。また、燃料ガスの燃焼化学当量が増加して発熱量(kcal/kg)が増加するように変動すると、エンジン出力が増加する。この点について第2発明に係るガスエンジン装置によれば、エンジン出力が減少するとき、制御手段は流量弁の開度を増加させ且つ燃料弁の開度を増加させる操作を実行する。 If the combustion chemical equivalent of the fuel gas decreases and the calorific value (kcal / kg) decreases, the engine output decreases. Further, when the combustion chemical equivalent of the fuel gas increases and fluctuates so that the calorific value (kcal / kg) increases, the engine output increases. In this regard, according to the gas engine device of the second aspect of the present invention, when the engine output decreases, the control means performs an operation of increasing the opening degree of the flow valve and increasing the opening degree of the fuel valve.
エンジン出力が減少するとき、制御手段は流量弁の開度を増加させ、且つ、燃料弁の開度を増加させる。この場合、ガスエンジンに供給される混合気の流量が流量弁の開度の増加により増加する。更に、混合気供給通路の混合気に供給される燃料ガスの流量が燃料弁の開度の増加により増加し、混合気の濃度が濃くなる。この結果エンジン出力の減少が是正される。 When the engine output decreases, the control means increases the opening of the flow valve and increases the opening of the fuel valve. In this case, the flow rate of the air-fuel mixture supplied to the gas engine increases as the flow valve opening increases. Furthermore, the flow rate of the fuel gas supplied to the air-fuel mixture in the air-fuel mixture supply passage increases with an increase in the opening of the fuel valve, and the concentration of the air-fuel mixture increases. As a result, the decrease in engine output is corrected.
またエンジン出力が増加するとき、制御手段は流量弁の開度を減少させ且つ燃料弁の開度を減少させる操作を実行する。この場合、流量弁の開度の減少によりガスエンジンに供給される混合気の流量が減少する。更に、燃料弁の開度の減少により、混合気供給通路の混合気に供給される燃料ガスの流量が減少し、混合気の濃度が薄くなる。この結果エンジン出力の増加が是正される。 When the engine output increases, the control means executes an operation for decreasing the opening degree of the flow valve and decreasing the opening degree of the fuel valve. In this case, the flow rate of the air-fuel mixture supplied to the gas engine decreases due to the decrease in the opening degree of the flow valve. Further, the flow rate of the fuel gas supplied to the air-fuel mixture in the air-fuel mixture supply passage decreases due to the decrease in the opening of the fuel valve, and the concentration of the air-fuel mixture decreases. As a result, the increase in engine output is corrected.
燃料弁の開度調整により、ガスエンジンに供給される燃料ガスの絶対量を調整することができるため、混合気供給通路における混合気の空燃比を応答性よく迅速に調整できる利点が得られる。しかしながら事情によっては、燃料弁の開度調整だけでは、ガスエンジンに供給される混合気の空燃比の微調整には限界があることがある。そこで第2発明に係るガスエンジン装置によれば、燃料ガスの絶対量を調整する燃料弁の開度調整の他に、燃料ガス及び空気の混合気の絶対量を調整する流量弁の開度調整を行うことにしている。この場合、燃料弁の調整により、混合気供給通路に供給される燃料ガスの絶対量を応答性よく迅速に調整することができめるため、ガスエンジンに供給される混合気の空燃比を応答性よく迅速に調整できる。また、流量弁の調整により、ガスエンジンに供給される混合気の空燃比の微調整を行うのに有利となる。 Since the absolute amount of the fuel gas supplied to the gas engine can be adjusted by adjusting the opening of the fuel valve, there is an advantage that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in the air-fuel mixture supply passage can be adjusted quickly with good responsiveness. However, depending on circumstances, there is a limit to fine adjustment of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the gas engine only by adjusting the opening of the fuel valve. Therefore, according to the gas engine device of the second invention, in addition to adjusting the opening of the fuel valve for adjusting the absolute amount of the fuel gas, adjusting the opening of the flow valve for adjusting the absolute amount of the mixture of fuel gas and air. Is going to do. In this case, by adjusting the fuel valve, the absolute amount of the fuel gas supplied to the mixture supply passage can be quickly adjusted with good responsiveness. Therefore, the air-fuel ratio of the mixture supplied to the gas engine is responsive. It can be adjusted quickly and well. Further, the adjustment of the flow valve is advantageous for fine adjustment of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the gas engine.
また第1発明及び第2発明に係るガスエンジン装置によれば、制御手段は、流量弁の開度を調整する操作の後において、燃料弁の開度を調整する操作を行なう形態を採用できる。この場合、燃料ガス源の燃料ガスの燃焼化学当量の変動が少ないときには、流量弁の開度の調整でエンジン出力の変動に対処することができる。流量弁の開度の調整でエンジン出力の変動対処することができないとき、燃料弁の開度を調整する操作を行なう。しかしながら流量弁の開度の調整でエンジン出力の変動に対処することができるときには、燃料弁の開度を調整する操作を行わずとも良い。 Moreover, according to the gas engine apparatus which concerns on 1st invention and 2nd invention, the control means can employ | adopt the form which performs operation which adjusts the opening degree of a fuel valve after operation which adjusts the opening degree of a flow valve. In this case, when the fluctuation of the combustion chemical equivalent of the fuel gas of the fuel gas source is small, the fluctuation of the engine output can be dealt with by adjusting the opening of the flow valve. When adjustment of the opening of the flow valve cannot cope with fluctuations in engine output, an operation for adjusting the opening of the fuel valve is performed. However, when the fluctuation of the engine output can be dealt with by adjusting the opening of the flow valve, the operation for adjusting the opening of the fuel valve need not be performed.
また第1発明及び第2発明に係るガスエンジン装置によれば、制御手段は、燃料弁の開度を調整した操作の後において、流量弁の開度を調整する操作を行なう形態を採用することもできる。燃料弁の調整により混合気供給通路における空燃比を応答性よく迅速に調整できる。更に流量弁の開度の調整により空燃比を微調整することができる。 Further, according to the gas engine device according to the first and second aspects of the present invention, the control means adopts a mode of performing an operation of adjusting the opening degree of the flow valve after the operation of adjusting the opening degree of the fuel valve. You can also. By adjusting the fuel valve, the air-fuel ratio in the gas mixture supply passage can be quickly adjusted with good responsiveness. Further, the air-fuel ratio can be finely adjusted by adjusting the opening degree of the flow valve.
本発明によれば、燃焼化学当量値の大きな変化がない燃料ガスを用いるのに適するガスエンジン装置を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the gas engine apparatus suitable for using the fuel gas which does not have a big change of a combustion chemical equivalent value can be provided.
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係るガスエンジン装置は、エンジンとしてのガスエンジン1と、混合気供給通路2と、混合気供給通路2に設けられた流量弁としてのスロットル弁3と、燃料ガスを混合気供給通路2に供給する燃料ガス通路4と、制御装置5(ECU)とを備える。ガスエンジン1は、燃料ガスと空気とが混合した混合気を吸い込む吸気ポート10と、混合気が燃焼した排気ガスを排出する排気ポート12とをもつ。ガスエンジン1の駆動軸1aは発電機6に接続されており、発電機6を回転駆動させる。発電機6で生成された電気エネルギは、発電機6で発生した交流を直流に変換する整流器73、直流を交流に変換するインバータ70をもつ変換器74を介して、発電出力として電気機器7に給電される。
Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings. The gas engine device according to the present embodiment includes a
インバータ70における電力は検出器72によりモニタリングされており、その信号S1は制御装置5に入力される。または、整流器73とインバータ70との間において検出器によりモニタリングし、その信号を制御装置5に入力しても良い。制御装置5はメモリ等の記憶媒体52を有する。
The electric power in the
混合気供給通路2は、燃料ガスと空気との混合気をガスエンジン1の吸気ポート10に供給するものである。混合気供給通路2は、ベンチェリ効果を発生させる絞り通路20を有する。絞り通路20を流れる空気により生じるベンチェリ効果により、燃料ガス通路4の開口4cから燃料を吸引する機能が得られる。スロットル弁3は混合気供給通路2に設けられており、混合気供給通路2に回動可能に設けられた開閉用のバタフライ弁30と、バタフライ弁30の弁軸を回動させる駆動モータ31とで形成されている。スロットル弁3は、ガスエンジン1の吸気ポート10に混合気を供給する単位時間当たりの流量を調整可能なものである。
The air-fuel
燃料ガス通路4は、燃料ガス源40の燃料ガスを混合気供給通路2に供給するものであり、燃料ガス源40と混合気供給通路2とを繋いでいる。この燃料ガスは燃料ガス源40から燃料ガス通路4に供給される。燃料ガス源40の燃料ガスはバイオガス等を主要成分としており、燃焼化学当量がかなり変動する傾向を有する。空気通路28は空気を混合気供給通路2に供給するものである。燃料弁8は燃料ガス通路4に設けられており、燃料ガス通路4を流れる燃料ガスの単位時間あたりの流量を制御する。燃料弁8は、弁部80と弁部80を駆動するアクチュエータ82とを有する。アクチュエータ82は制御装置5により制御され、燃料弁8の開度が調整される。
The
ガスエンジン1の水温検出器11からの水温信号S2、ガスエンジン1の油温検出器12からの油温信号S3、スロットル弁3のスロットル開度検出器35からのスロットル開度信号S4、燃料弁8の開度検出器85からの開度信号S7、エンジン回転数検出器15からエンジン回転数信号S8が制御装置5にそれぞれ入力される。
A water temperature signal S2 from the
制御装置5は、上記した各信号に基づいて、スロットル弁3のスロットル開度を制御する制御信号S5をスロットル弁3の駆動モータ31に出力すると共に、燃料弁8の開度を制御する制御信号S6を燃料弁8のアクチュエータ82に出力する。
The
燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量が減少して発熱量(kcal/kg)が減少するように変動すると、エンジン出力が減少して発電出力が減少する。発電出力の減少は信号S1として制御装置5に入力される。このようなとき制御装置5は、スロットル弁3の開度を増加させ、且つ、燃料弁8の開度を増加させる指令を出力する。これによりガスエンジン1の吸気ポート10に供給される混合気の空燃比が調整される。よって、エンジン出力及び発電出力が減少したとしても、エンジン出力の減少量が小さくなると共に発電出力の減少量が小さくなるように是正され、エンジン出力及び発電出力が一定領域または一定値に維持される。
When the combustion chemical equivalent of the fuel gas from the
これに対して、燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量が増加して発熱量が増加するように変動すると、エンジン出力が増加して発電出力が増加する。発電出力の増加は信号S1として制御装置5に入力される。このようなとき制御装置5は、スロットル弁3の開度を減少させ、且つ、燃料弁8の開度を減少させる指令を出力する。これによりガスエンジン1の吸気ポート10に供給される混合気の空燃比が調整される。よって、エンジン出力の増加量が小さくなると共に発電出力の増加量が小さくなるように是正され、エンジン出力及び発電出力が一定領域に維持される。この結果、燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量が変動しエンジン出力及び発電出力が増加したとしても、エンジン出力及び発電出力が一定領域または一定値に維持される。このため本実施形態は、燃焼化学当量値の大きな変化がない燃料ガスを用いるのに適するガスエンジン装置を提供することができる。
On the other hand, when the combustion chemical equivalent of the fuel gas of the
具体例について更に説明を加える。この例では、ガスエンジン1のエンジン回転数Nが維持され、発電機6の発電出力Wが一定領域に維持されることを目標として制御される。ガスエンジン1のエンジン回転数Nが一定領域に維持されると、ガスエンジン1の燃費コストの低減、ガスエンジン1の耐久性向上に有利となると共に、発電機6の回転数を一定領域に維持するのに有利となる利点が得られる。発電機6の発電出力が一定領域に維持されると、発電された電圧の周波数を一定領域に維持するのに有利となる利点が得られ、後工程における処理がし易い。先ず、ガスエンジン1を始動させるには、スロットル弁3のスロットル開度、燃料弁8の開度を共に初期開度とする。ガスエンジン1が始動すれば、アイドリング状態でスロットル開度が所定の範囲内となるように燃料弁8の開度を調整する。またガスエンジン1が始動しなかったときには、燃料ガスが濃くなるように燃料弁8の開度を変更し、ガスエンジン1を再び始動させる。
More specific examples will be further described. In this example, the engine speed N of the
図2は、燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量が減少して発熱量が減少するように変動するときにおける制御形態を示す。特性線Aは燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量を模式的に示す。特性線Bは発電機6の発電出力を示す。特性線Cはガスエンジン1のエンジン回転数を示す。特性線Dはスロットル弁3のスロットル開度を示す。特性線Eは燃料弁8の開度を示す。
FIG. 2 shows a control mode when the combustion chemical equivalent of the fuel gas of the
燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量がA1のとき、特性線Cの部分C1に示すようにエンジン回転数(エンジン出力)がほぼ一定であると共に、特性線Bの部分B1に示すように発電出力がほぼ一定である。この場合、ガスエンジン1のエンジン回転数が一定領域Nに維持され、発電機6の発電出力が一定領域Wに維持される。この場合、図2から理解できるように、スロットル弁3のスロットル開度はD1とほぼ一定とされ、燃料弁8の開度はE1とほぼ一定されている。
When the combustion chemical equivalent of the fuel gas of the
図2に示す時刻T1で、燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量がA1からA2に低下するように変動すると仮定する。すると、燃料ガスの燃焼化学当量の変動とほぼ同時に、特性線Cの部分C2に示すようにエンジン回転数(エンジン出力)が初期値から次第に減少すると共に、特性線Bの部分B2に示すように発電出力が初期値から次第に減少する。発電出力の減少は検出器72から信号S1として制御装置5に入力される。このようなとき制御装置5は、特性線Dの部分D2に示すように、スロットル弁3のスロットル開度を増加させる(増加開始時刻T2)。スロットル弁3のスロットル開度の増加により時刻T3からエンジン回転数(エンジン出力)が次第に増加し始める。このように燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量が少し小さくなり、発熱量が少し小さくなるように変動したとしても、スロットル開度を増加させれば、燃料ガスと空気との混合気がガスエンジン1の吸気ポート10に供給される単位時間当たりの流量が増加するため、一般的にはエンジン回転数の減少及び発電出力の減少が是正されることになる。しかしながら燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量がもっと小さくなるように変動して発熱量がもっと小さくなったとき、スロットル開度を増加させたとしても、エンジン回転数の減少及び発電出力の減少が是正されないときがある。この場合、時刻T4(スロットル開度が所定の上限値に達した時刻)において、燃料弁8の開度を増加させる(特性線Eの部分E2)。これにより混合気供給通路2に供給される燃料ガスの単位時間当たりの流量が大きくなり、混合気供給通路2における混合気の燃料ガスの濃度が増加する。よって混合気供給通路2を流れる混合気の空燃比(空気重量/燃料重量)が減少し、ガスエンジン1の吸気ポート10に送られる混合気が濃くなる。これにより特性線Cの部分C3に示すようにエンジン回転数が増加すると共に、特性線Bの部分B3に示すように発電出力が増加し、時刻T5で初期の部分C1のエンジン回転数、部分B1の発電出力となる。特性線Eの部分E2に対応する時刻(時刻T4と時刻T5の間)の特性線Dの部分D3のスロットル開度はその上限値に固定される。エンジン回転数、発電出力が初期値になった時刻T5以降についても、特性線Eの部分E3に示すように燃料弁8の開度を増加させる。それと同時にエンジン回転数、発電出力が一定のままとなるようにスロットル開度を特性線Dの部分D4に示すように減少させる。スロットル開度が初期値(特性線Dの部分D1と同じ値)に戻ったら(時刻T6)、燃料弁8の開度を制御装置5は固定する(部分E4)。
It is assumed that the combustion chemical equivalent of the fuel gas from the
以上のようにエンジン回転数(エンジン出力)及び発電出力が一定領域に維持される。従って本実施形態によれば、バイオガス等の燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量が小さくなり発熱量が小さくなるように変動したとしても、ガスエンジン1のエンジン回転数が部分C4に示すように一定領域に維持され、部分B4に示すように発電機6の発電出力が一定領域に維持される。この場合、ガスエンジン1のエンジン回転数が一定領域Nに維持され、発電機6の発電出力が一定領域Wに維持される。
As described above, the engine speed (engine output) and the power generation output are maintained in a certain region. Therefore, according to the present embodiment, even if the combustion chemical equivalent of the fuel gas of the
図3は、燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量が大きくなり発熱量が増加するように変動するときにおける制御形態を示す。前記したように特性線Aは燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量を模式的に示す。特性線Bは発電機6の発電出力を示す。特性線Cはガスエンジン1のエンジン回転数を示す。特性線Dはスロットル弁3のスロットル開度を示す。特性線Eは燃料弁8の開度を示す。
FIG. 3 shows a control mode when the combustion chemical equivalent of the fuel gas of the
燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量がA1のとき、特性線Cの部分C1に示すようにエンジン回転数がほぼ一定であると共に、特性線Bの部分B1に示すように発電出力がほぼ一定である。この場合、ガスエンジン1のエンジン回転数が一定領域Nに維持され、発電機6の発電出力が一定領域Wに維持される。この場合、図3に示すように、スロットル弁3のスロットル開度はD1とほぼ一定とされ、燃料弁8の開度はE1とほぼ一定されている。
When the combustion chemical equivalent of the fuel gas of the
図3に示す時刻T1で、燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量がA1からA2に増加するように変動すると仮定する。すると、燃料ガスの燃焼化学当量の変動とほぼ同時に、特性線Cの部分C2に示すようにエンジン回転数(エンジン出力)が初期値から次第に増加すると共に、特性線Bの部分B2に示すように発電出力が初期値から次第に増加する。発電出力の増加は検出器72から信号S1として制御装置5に入力される。このようなとき制御装置5は、特性線Dの部分D2に示すように、スロットル弁3のスロットル開度を減少させる(減少開始時刻T2)。スロットル弁3のスロットル開度の減少により時刻T3からエンジン回転数(エンジン出力)が次第に減少し始める。このように燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量が少し大きくなり、発熱量が少し大きくなるように変動したとしても、スロットル弁3のスロットル開度を減少させれば、燃料ガスと空気との混合気がガスエンジン1の吸気ポート10に供給される単位時間当たりの流量が減少するため、一般的にはエンジン回転数の増加及び発電出力の増加が是正されることになる。
It is assumed that the combustion chemical equivalent of the fuel gas of the
しかしながら燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量がもっと大きくなるように変動して発熱量がもっと大きくなったとき、スロットル弁3のスロットル開度を減少させたとしても、エンジン回転数の増加及び発電出力の増加が是正されないときがある。この場合、時刻T4(スロットル弁3のスロットル開度が所定の下限値に達した時刻)において、燃料弁8の開度を減少させる(特性線Eの部分E2)。これにより混合気供給通路2に供給される燃料ガスの単位時間当たりの流量が小さくなり、混合気供給通路2における混合気の燃料ガスの濃度が減少する。よって混合気供給通路2を流れる混合気の空燃比(空気重量/燃料重量)が増加し、ガスエンジン1の吸気ポート10に送られる混合気が薄くなる。これにより特性線Cの部分C3に示すようにエンジン回転数が減少すると共に、特性線Bの部分B3に示すように発電出力が減少し、時刻T5で初期の部分C1のエンジン回転数、部分B1の発電出力となる。特性線Eの部分E2に対応する時刻(時刻T4と時刻T5との間)の特性線Dの部分D3のスロットル開度はその下限値に固定される。エンジン回転数、発電出力が初期値になった時刻T5以降も、特性線Eの部分E3に示すように燃料弁8の開度を減少させる。それと同時にエンジン回転数、発電出力が一定のままとなるようにスロットル開度を特性線Dの部分D4に示すように増加させる。スロットル開度が初期値(特性線Dの部分D1と同じ値)になったら(時刻T6)、燃料弁8の開度を制御装置5は固定する(部分E4)。
However, when the combustion chemical equivalent of the fuel gas of the
以上のようにしてエンジン回転数(エンジン出力)及び発電出力が一定領域に維持される。従って本実施形態によれば、バイオガス等の燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量が大きくなり発熱量が大きくなるように変動したとしても、ガスエンジン1のエンジン回転数が部分C4に示すように一定領域に維持され、部分B4に示すように発電機6の発電出力が一定領域に維持される。この場合、ガスエンジン1のエンジン回転数が一定領域Nに維持され、発電機6の発電出力が一定領域Wに維持される。
As described above, the engine speed (engine output) and the power generation output are maintained in a certain range. Therefore, according to the present embodiment, even if the combustion chemical equivalent of the fuel gas of the
本実施形態によれば、図1に示すように、燃料弁8は、燃料ガス通路4において混合気供給通路2に寄せて配置されているため、燃料弁8を混合気供給通路2に接近させることができる。ひいては燃料弁8をガスエンジン1の吸気ポート10に接近させることができ、燃料弁8を介しての燃料ガスの供給応答性を高めることができる。従って、上記したよう燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量及び発熱量の変動頻度が高いときにおける制御に適する。
According to the present embodiment, as shown in FIG. 1, the
更に説明を加える。発電機6の発電出力とスロットル弁3のスロットル開度との関係は、図4に示すように基準値領域Mとして規定されている。この関係は、制御装置5に搭載されているメモリ等の記憶媒体52にマップとして記憶されている。この場合、基準値領域Mは、発電機6の発電出力が増加するにつれて、スロットル弁3のスロットル開度を増加させるように設定されている。上記した基準値領域M内であれば、燃費コスト及び発電性能等が良好とされる。基準値領域Mによれば、スロットル開度a0のとき、発電出力が本来的にW0である。しかしながらスロットル開度がa0であるにもかかわらず、発電出力がWAと過剰に大きいときがある。この場合、スロットル弁3のスロットル開度を小さくなる方向に調整して、発電出力をWAからW0に戻すようにスロットル弁3を制御する。これでも戻らないときには、燃料弁8の開度を小さくなる方向に制御して混合気を薄くして発電出力をW0に戻す。そして発電出力をW0に維持しつつ、燃料弁8の開度を調整しながら、再びスロットル開度をa0に戻す。これによりスロットル開度a0のとき発電出力がW0となり、図4に示すように基準値領域M内に設定される。
Further explanation will be added. The relationship between the power generation output of the
図5は制御装置5が実行する上記した制御則の一例を示す。図5に示すように、各検出器からデータを読み込む(ステップS102)。データとしては発電出力、エンジン回転数、スロットル弁3のスロットル開度、燃料弁8の開度が挙げられる。次に、基準値領域M内となるようにスロットル弁3のスロットル開度を制御する(ステップS104)。つまり、発電機6の発電出力が減少すれば、スロットル開度を増加させる。発電機6の発電出力が増加すれば、スロットル開度を減少させる。発電機6の発電出力が目標どおりであれば、スロットル開度を維持する。このような通常制御を行う。そしてマップから基準値領域Mを読み込む(ステップS106)。実際のスロットル開度が基準値領域Mの範囲内か否か求める(ステップS108)。実際のスロットル開度が基準値領域Mの範囲から外れていれば、燃料弁8の開度を増加または減少させる(ステップS110)。実際のスロットル開度が基準値領域Mの範囲内であれば、燃料弁8の開度を維持し、ステップS102に戻る。
FIG. 5 shows an example of the above-described control law executed by the
このように本実施形態によれば、燃焼化学当量の変動が大きく発熱量の変動が大きいバイオガス等の燃料ガスを用いてガスエンジン1を駆動させるとき、スロットル弁3のスロットル開度の制御だけでは、ガスエンジン1の吸気ポート10に供給される混合気の空燃比の調整は必ずしも充分ではない。しかし、スロットル弁3の上流である燃料ガス通路4には燃料弁8が設けられており、燃料弁8は、空気と燃料ガスとの混合気の流量を調整するものではなく、混合気供給通路2に供給する燃料ガスの流量を調整するものであるため、燃料弁8の開度の調整により混合気の空燃比の調整を応答性よく迅速に行うことができる。よって、燃焼化学当量の変動が大きく発熱量の変動が大きいバイオガス等の燃料ガスを用いてガスエンジン1を駆動させるときに適する。
Thus, according to the present embodiment, when the
しかしながら、燃料弁8の開度調整により、ガスエンジン1の吸気ポート10に供給される燃料ガスの絶対量を調整することができるが、事情によっては、燃料弁8の開度調整だけでは、ガスエンジン1の吸気ポート10に供給される混合気の空燃比の微調整を図るには限界があることがある。そこで本実施形態のように、燃料ガスの絶対量を調整する燃料弁8の開度調整の他に、燃料ガス及び空気の混合気の絶対量を調整するスロットル弁3の開度調整を行う。これにより発電機6による発電出力の微調整を行うことができる。
However, the absolute amount of the fuel gas supplied to the
一般的なコージェネシステムでは、発電機6により発電した発電出力を検出器72によりモニタリングしている。本実施形態によれば、発電機6による発電出力をモニタリングする検出器72の信号に基づいて、燃料ガスの燃焼化学当量及び発熱量が変動していると推定する。そして、その推定に基づいてスロットル弁3のスロットル開度及び燃料弁8の開度を調整することにより、ガスエンジン1に供給される混合気の流量、混合気の空燃比を調整し、発電出力の変動を是正している。このため本実施形態によれば、特許文献2に係る技術とは異なり、燃焼後の排ガスに含まれる酸素濃度を検出する酸素センサを設けずとも良い。
In a general cogeneration system, the power generation output generated by the
(他の実施形態)
図6は他の実施形態を示す。この実施形態は前記した実施形態1と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、実施形態1と異なる部分を中心として説明する。この場合、ガスエンジン1の駆動軸1aと空調用のコンプレッサ90とが連結されている。ガスエンジン1の駆動軸1aが駆動すると、コンプレッサ90が回転駆動し、空調用冷媒の圧縮、吸込を行い、空調回路91に空調作用(冷房または暖房)を発生させる。ガスエンジン1の駆動軸1aには、トルクセンサ93が設けられている。トルクセンサ93はガスエンジン1のエンジン負荷(前記した実施形態における発電出力に相当するもの)を測定するものである。トルクセンサ93の信号S9は制御装置5に入力される。
(Other embodiments)
FIG. 6 shows another embodiment. This embodiment has basically the same configuration and effect as the first embodiment. Hereinafter, a description will be given centering on differences from the first embodiment. In this case, the
本実施形態においても、燃料ガス源40の燃料ガスの燃焼化学当量が減少して発熱量が減少するとき、エンジン出力が変動する。エンジン出力の減少は、エンジントルクの変動信号S9として制御装置5に入力される。このようなとき制御装置5は、スロットル弁3の開度を調整させ、且つ、燃料弁8の開度を調整させる。これによりガスエンジン1の吸気ポート10に供給される混合気の空燃比が調整される。よって、エンジン出力の変動量が是正されると共に空調出力の変動が是正され、エンジン出力及び空調出力が一定領域または一定値に維持される。その他、本発明は上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
Also in this embodiment, when the combustion chemical equivalent of the fuel gas of the
本発明は、燃焼化学当量の変動が大きく発熱量の変動が大きいバイオガス等の燃料ガスを用いるガスエンジン装置に利用することができる。 INDUSTRIAL APPLICABILITY The present invention can be used for a gas engine apparatus using a fuel gas such as biogas having a large variation in combustion chemical equivalent and a large variation in calorific value.
図中、1はガスエンジン、2は混合気供給通路、3はスロットル弁(流量弁)、4は燃料ガス通路、5は制御装置、6は発電機、8は燃料弁を示す。 In the figure, 1 is a gas engine, 2 is an air-fuel mixture supply passage, 3 is a throttle valve (flow valve), 4 is a fuel gas passage, 5 is a control device, 6 is a generator, and 8 is a fuel valve.
Claims (3)
前記燃料ガス通路に設けられ前記燃料ガス通路を流れる燃料ガスの単位時間あたりの流量を制御する燃料弁と、
エンジン出力が減少するとき前記燃料弁の開度を増加させると共に、エンジン出力が増加するとき前記燃料弁の開度を減少させる制御手段とを具備することを特徴とするガスエンジン装置。 A gas engine having a port driven by a fuel gas having a tendency to change a combustion chemical equivalent, and an air-fuel mixture supply passage for supplying the air-fuel mixture of the fuel gas and air to the port of the gas engine to drive the gas engine; A flow rate valve provided in the gas mixture supply passage and capable of adjusting a flow rate of the gas mixture supplied to the port of the gas engine, and a fuel gas for supplying fuel gas having a tendency to change the combustion chemical equivalent to the gas mixture supply passage In a gas engine device comprising a passage,
A fuel valve that is provided in the fuel gas passage and controls a flow rate per unit time of the fuel gas flowing through the fuel gas passage;
A gas engine apparatus comprising: control means for increasing the opening of the fuel valve when the engine output decreases and decreasing the opening of the fuel valve when the engine output increases.
前記燃料ガス通路に設けられ前記燃料ガス通路を流れる燃料ガスの単位時間あたりの流量を制御する燃料弁と、
エンジン出力が減少するとき前記流量弁の開度を増加させ且つ前記燃料弁の開度を増加させると共に、エンジン出力が増加するとき前記流量弁の開度を減少させ且つ前記燃料弁の開度を減少させる制御手段とを具備することを特徴とするガスエンジン装置。 A gas engine driven by a fuel gas having a tendency to vary the combustion chemical equivalent and having an intake port; a mixture supply passage for supplying a mixture of fuel gas and air to the port of the gas engine; and the mixture supply passage A gas engine provided with a flow rate valve that can adjust a flow rate of an air-fuel mixture supplied to a port of a gas engine, and a fuel gas passage that supplies a fuel gas having a tendency to change a combustion chemical equivalent to the air-fuel mixture supply passage In the device
A fuel valve that is provided in the fuel gas passage and controls a flow rate per unit time of the fuel gas flowing through the fuel gas passage;
When the engine output decreases, the opening of the flow valve is increased and the opening of the fuel valve is increased, and when the engine output is increased, the opening of the flow valve is decreased and the opening of the fuel valve is decreased. And a control means for reducing the gas engine device.
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