JP2008248828A - Fuel supply mechanism for internal combustion engine - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To materialize a fuel supply mechanism for an internal combustion engine capable of suitably stabilizing a combustion condition in a combustion chamber simply and at low cost in the internal combustion engine supplying and burning fuel gas containing main fuel gas such as biogas having a variable factor of calorific value in the combustion chamber. <P>SOLUTION: This mechanism is provided with a means 4 capable of mixing high calorific value gas G<SB>H</SB>having higher calorific value than the main fuel gas G<SB>O</SB>with the main fuel gas G<SB>O</SB>and capable of adjusting mixing quantity thereof, and a control means 2 executing high calorific value gas mixing control controlling mixing quantity of the high calorific value gas G<SB>H</SB>by operating the means 4. The mechanism is provided with a means 3 detecting NOx concentration N in exhaust gas E exhausted from the combustion chamber 15. The control means 2 controls mixing quantity of high calorific value gas G<SB>H</SB>based on the NOx concentration N in the exhaust gas E in the high calorific value gas mixing control. <P>COPYRIGHT: (C)2009,JPO&INPIT

Description

本発明は、発熱量の変動要因を有する主燃料ガスを燃焼室に供給して燃焼させる内燃機関において、
前記主燃料ガスに対して当該主燃料ガスよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスを混合可能、且つ、その混合量を調整可能な高発熱量ガス調整手段と、
前記高発熱量ガス調整手段を作動させて前記高発熱量ガスの混合量を制御する高発熱量ガス混合制御を実行する制御手段とを備えた内燃機関の燃料供給機構に関する。 The present invention provides an internal combustion engine in which a main fuel gas having a calorific value variation factor is supplied to a combustion chamber and burned.
A high calorific value gas adjusting means capable of mixing the main fuel gas with a high calorific value gas having a higher calorific value than the main fuel gas, and capable of adjusting the mixing amount;
The present invention relates to a fuel supply mechanism for an internal combustion engine comprising control means for executing high calorific value gas mixing control for operating the high calorific value gas adjusting means to control the mixing amount of the high calorific value gas.

ランドフィルガスやダイジェスターガスやスウェジガス等のように有機性廃棄物のバクテリアによる分解で発生するメタンを含むバイオガスや、塗装工場や半導体・電子部品製造工場から排出される有機溶剤等を含むオフガスなどの燃料ガスは、その燃料ガスを発生する要素の状態変化により、発熱量が比較的大幅に変動する場合がある。   Biogas containing methane generated by the decomposition of organic waste by bacteria such as landfill gas, digester gas, and swage gas, and off-gas containing organic solvents emitted from paint factories and semiconductor / electronic component manufacturing factories In some cases, the amount of heat generated from the fuel gas fluctuates relatively greatly due to a change in the state of the element that generates the fuel gas.

そして、このように発熱量の変動要因を有する燃料ガスを燃焼室に供給して燃焼させる内燃機関においては、燃料ガスの発熱量の変動に伴って燃焼室に吸気される混合気の当量比も変動してしまう。
即ち、燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量が減少した場合には、発熱量の減少に伴う出力減少を抑制するべく、吸気路に設けられたスロットルバルブの開度が拡大され燃焼室への吸気量が増加されるので、結果、燃料ガスに対する空気の流量が多くなって、燃焼室に吸気される混合気の当量比が低下（リーン化）する。逆に、燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量が増加した場合には、発熱量の増加に伴う出力増加を抑制するべく、吸気路に設けられたスロットルバルブの開度が縮小され燃焼室への吸気量が減少されるので、結果、燃料ガスに対する空気の量が少なくなって、燃焼室に吸気される混合気の当量比が上昇（リッチ化）する。
そして、上記のように燃焼室に吸気される混合気の当量比が変動すると、燃焼室における燃焼状態が不安定となり、当量比のリーン化に伴う不完全燃焼や失火の発生、当量比のリッチ化に伴うＮＯｘ（窒素酸化物）排出量の増加やノッキングの発生、更には、過負荷による故障の発生などの問題発生が懸念される。 In such an internal combustion engine in which fuel gas having a calorific value variation factor is supplied to the combustion chamber and combusted, the equivalence ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber as the fuel gas calorific value varies is also obtained. It will fluctuate.
That is, when the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber decreases, the opening degree of the throttle valve provided in the intake passage is expanded to suppress the decrease in the output accompanying the decrease in the calorific value. As a result, the flow rate of air with respect to the fuel gas increases, and the equivalent ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber decreases (lean). On the contrary, when the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber increases, the opening degree of the throttle valve provided in the intake passage is reduced to suppress the increase in output accompanying the increase in the calorific value. As a result, the amount of air with respect to the fuel gas decreases, and the equivalent ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber increases (enriches).
If the equivalence ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber fluctuates as described above, the combustion state in the combustion chamber becomes unstable, the occurrence of incomplete combustion or misfire due to the lean equivalence ratio, the rich equivalence ratio, and so on. There is a concern that problems such as an increase in NOx (nitrogen oxide) emissions and knocking due to crystallization, and failure due to overload, may occur.

そこで、発熱量の変動要因を有する燃料ガスを主燃焼ガスとして燃焼室に供給して燃焼させる内燃機関において、燃焼室における燃焼状態を安定化させるための技術として、主燃料ガスに対して、当該主燃料ガスよりも高い発熱量を有する都市ガス１３Ａ等の高発熱量ガスを混合可能として、当該燃料ガスの発熱量の変動を計測する発熱量計測装置の計測結果に基づいて、主燃料ガスに対する高発熱量ガスの混合量を制御する高発熱量ガス混合制御を実行するもの（例えば特許文献１）が知られている。   Therefore, in an internal combustion engine in which fuel gas having a calorific value variation factor is supplied to the combustion chamber as the main combustion gas and burned, as a technique for stabilizing the combustion state in the combustion chamber, Based on the measurement result of the calorific value measurement device that measures the variation in the calorific value of the fuel gas, such as city gas 13A having a calorific value higher than that of the main fuel gas can be mixed, There is known one that executes high calorific gas mixing control for controlling the mixing amount of high calorific gas (for example, Patent Document 1).

特開２００１−５５９５２号公報JP 2001-55952 A

しかしながら、この種の内燃機関は、発熱量を計測するための煩雑且つ高価な発熱量計測装置を備える必要があった。
更には、この発熱量計測装置において発熱量を計測するのに必要な時間分混合量制御に遅れが生じることから、燃焼状態を十分に安定化させることができない場合があった。 However, this type of internal combustion engine has to be provided with a complicated and expensive calorific value measuring device for measuring the calorific value.
Furthermore, since the mixing amount control is delayed by the time necessary for measuring the calorific value in this calorific value measuring device, the combustion state may not be sufficiently stabilized.

本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、発熱量の変動要因を有するバイオガス等の主燃料ガスを含む燃料ガスを燃焼室に供給して燃焼させる内燃機関において、主燃料ガスの発熱量を計測する発熱量計測装置を設けることなく、主燃料ガスに対して、少なくとも当該主燃料ガスよりも高い発熱量を有する都市ガス１３Ａ等の高発熱量ガスを混合可能とし、その混合量を制御する高発熱量ガス混合制御を実行して、燃焼室における燃焼状態を良好に安定化させることができる内燃機関の燃料供給機構を、簡単且つ低コストで実現する点にある。   The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide an internal combustion engine in which a fuel gas including a main fuel gas such as biogas having a calorific value variation factor is supplied to a combustion chamber and burned. Without providing a calorific value measuring device for measuring the calorific value of the main fuel gas, the main fuel gas can be mixed with a high calorific value gas such as city gas 13A having a calorific value higher than that of the main fuel gas. In order to realize a fuel supply mechanism for an internal combustion engine that can stabilize the combustion state in the combustion chamber satisfactorily at low cost by executing high calorific value gas mixing control for controlling the mixing amount. is there.

上記目的を達成するための本発明に係る内燃機関の燃料供給機構は、発熱量の変動要因を有する主燃料ガスを燃焼室に供給して燃焼させる内燃機関において、
前記主燃料ガスに対して当該主燃料ガスよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスを混合可能、且つ、その混合量を調整可能な高発熱量ガス調整手段と、
前記高発熱量ガス調整手段を作動させて前記高発熱量ガスの混合量を制御する高発熱量ガス混合制御を実行する制御手段とを備えた内燃機関の燃料供給機構であって、その第１特徴構成は、前記燃焼室から排出された排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段を備え、
前記制御手段が、前記高発熱量ガス混合制御において、前記ＮＯｘ濃度検出手段の検出結果に基づいて前記高発熱量ガスの混合量を制御する点にある。 In order to achieve the above object, a fuel supply mechanism for an internal combustion engine according to the present invention provides an internal combustion engine for supplying a main fuel gas having a calorific value variation factor to a combustion chamber for combustion.
A high calorific value gas adjusting means capable of mixing the main fuel gas with a high calorific value gas having a higher calorific value than the main fuel gas, and capable of adjusting the mixing amount;
A fuel supply mechanism for an internal combustion engine, comprising: a control means for executing a high calorific value gas mixing control for operating the high calorific value gas adjusting means to control a mixing amount of the high calorific value gas; The characteristic configuration includes NOx concentration detection means for detecting the NOx concentration of the exhaust gas discharged from the combustion chamber,
In the high calorific value gas mixing control, the control means controls the mixing amount of the high calorific value gas based on the detection result of the NOx concentration detecting means.

上記第１特徴構成によれば、上記制御手段により上記高発熱量ガス混合制御を実行するように構成された内燃機関において、比較的安価なＮＯｘセンサ等により実現される上記ＮＯｘ濃度検出手段を追加するという簡単な構成により、燃焼室における燃焼状態を安定化させることができる。
即ち、上記ＮＯｘ濃度検出手段により検出されるＮＯｘ濃度は、上記燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量の変動に応じて変動するものとなる。よって、そのＮＯｘ濃度を指標として上記高発熱量ガス混合制御を実行することで、主燃料ガスに高発熱量ガスが適宜混合され燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量を安定させることができ、その燃料ガスを燃焼室に供給して燃焼室における燃焼状態を安定化させることができる。 According to the first characteristic configuration, in the internal combustion engine configured to execute the high calorific value gas mixing control by the control means, the NOx concentration detection means realized by a relatively inexpensive NOx sensor or the like is added. With this simple configuration, the combustion state in the combustion chamber can be stabilized.
That is, the NOx concentration detected by the NOx concentration detecting means varies according to the variation in the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber. Therefore, by executing the high calorific value gas mixing control using the NOx concentration as an index, it is possible to stabilize the calorific value of the fuel gas that is appropriately mixed with the main fuel gas and supplied to the combustion chamber. The fuel gas can be supplied to the combustion chamber to stabilize the combustion state in the combustion chamber.

本発明に係る内燃機関の燃料供給機構の第２特徴構成は、上記第１特徴構成に加えて、前記制御手段が、前記高発熱量ガス混合制御において、前記ＮＯｘ濃度検出手段で検出されたＮＯｘ濃度が減少するほど前記高発熱量ガスの混合量を増加させる点にある。   According to a second characteristic configuration of the fuel supply mechanism for an internal combustion engine according to the present invention, in addition to the first characteristic configuration, the control means detects the NOx detected by the NOx concentration detecting means in the high calorific value gas mixing control. The amount of mixing of the high calorific value gas increases as the concentration decreases.

上記燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量が減少した場合には、混合気の当量比が低下するのに伴って、燃焼室における燃焼温度が低下するので、ＮＯｘの生成量が減少して、当該燃焼室から排出される排ガスのＮＯｘ濃度が減少する。逆に、上記燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量が増加した場合には、混合気の当量比が上昇するのに伴って、燃焼室における燃焼温度が上昇するので、ＮＯｘの生成量が増加して、当該燃焼室から排出される排ガスのＮＯｘ濃度が増加する。即ち、燃焼室から排出される排ガスのＮＯｘ濃度が減少するほど、燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量が減少しているといえる。
そこで、上記第２特徴構成によれば、上記高発熱量ガス混合制御において、上記ＮＯｘ濃度検出手段で検出されたＮＯｘ濃度が低くなるほど、燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量が減少しているとして、主燃料ガスに対する高発熱量ガスの混合量を増加させることで、適切に、燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量を安定させることができる。 When the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber decreases, the combustion temperature in the combustion chamber decreases as the equivalence ratio of the air-fuel mixture decreases, so the amount of NOx produced decreases. The NOx concentration of the exhaust gas discharged from the combustion chamber decreases. On the contrary, when the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber increases, the combustion temperature in the combustion chamber rises as the equivalence ratio of the air-fuel mixture rises. The NOx concentration of the exhaust gas discharged from the combustion chamber increases. That is, it can be said that the amount of heat generated by the fuel gas supplied to the combustion chamber decreases as the NOx concentration of the exhaust gas discharged from the combustion chamber decreases.
Therefore, according to the second feature configuration, in the high calorific value gas mixing control, the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber decreases as the NOx concentration detected by the NOx concentration detecting means decreases. As a result, it is possible to appropriately stabilize the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber by increasing the mixing amount of the high calorific value gas with respect to the main fuel gas.

本発明に係る内燃機関の燃料供給機構の第３特徴構成は、上記第１乃至上記第２の何れかの特徴構成に加えて、前記制御手段が、前記ＮＯｘ濃度検出手段で検出されたＮＯｘ濃度が所定の下限値を下回った場合に前記内燃機関の出力を減少させる出力減少制御を実行する点にある。   According to a third feature of the fuel supply mechanism for an internal combustion engine according to the present invention, in addition to any one of the first to second features, the control means detects the NOx concentration detected by the NOx concentration detection means. Is that output reduction control is executed to reduce the output of the internal combustion engine when the value falls below a predetermined lower limit.

上記第３特徴構成によれば、上記高発熱量ガス混合制御において主燃料ガスに対する高発熱量ガスの混合量を増加したのにもかかわらず、上記ＮＯｘ濃度が予め設定した下限値を下回った場合には、燃焼室に吸気される混合気の当量比が過剰にリーン化しているとして、上記出力減少制御を実行することにより、内燃機関の出力を減少させることで、その当量比のリーン化に伴う不完全燃焼や失火の発生を抑制することができる。
即ち、上記出力減少制御により内燃機関の出力を減少させるのに伴って、吸気路に設けられたスロットルバルブの開度が縮小されるので、燃焼室への吸気量が減少し、結果、燃料ガスに対する空気の量が少なくなって、燃焼室に吸気される混合気の当量比の過剰なリーン化を緩和することができる。 According to the third characteristic configuration, when the NOx concentration falls below a preset lower limit value even though the amount of high calorific gas mixed with the main fuel gas is increased in the high calorific value gas mixing control. If the equivalence ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber is excessively lean, the output reduction control is executed to reduce the output of the internal combustion engine, thereby reducing the equivalence ratio. The occurrence of incomplete combustion and misfire can be suppressed.
That is, as the output of the internal combustion engine is reduced by the output reduction control, the opening of the throttle valve provided in the intake passage is reduced, so that the amount of intake air to the combustion chamber is reduced, and as a result, the fuel gas As a result, the lean amount of the air-fuel mixture taken into the combustion chamber can be reduced.

本発明に係る内燃機関の燃料供給機構の第４特徴構成は、上記第１乃至上記第３の何れかの特徴構成に加えて、前記主燃料ガスに対して当該主燃料ガスよりも低い発熱量を有する低発熱量ガスを混合可能、且つ、その混合量を調整可能な低発熱量ガス調整手段を備え、
前記制御手段が、前記ＮＯｘ濃度検出手段の検出結果に基づいて、前記低発熱量ガス調整手段を作動させて前記高発熱量ガスの混合量を制御する低発熱量ガス混合制御を実行する点にある。 According to a fourth characteristic configuration of the fuel supply mechanism of the internal combustion engine according to the present invention, in addition to any one of the first to third characteristic configurations, the calorific value of the main fuel gas is lower than that of the main fuel gas. A low calorific value gas adjusting means capable of mixing a low calorific value gas having an
The control means performs low calorific value gas mixing control for controlling the mixing amount of the high calorific value gas by operating the low calorific value gas adjusting means based on the detection result of the NOx concentration detecting means. is there.

上記第４特徴構成によれば、上記制御手段により上記低発熱量ガス混合制御を実行することで、燃焼室における燃焼状態を安定化させることができる。
即ち、上記燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量の変動に応じて変動するＮＯｘ濃度を指標として、上記低発熱量ガス混合制御を実行することで、主燃料ガスに低発熱量ガスが適宜混合され燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量を安定させることができ、結果、その燃料ガスを燃焼室に供給して燃焼室における燃焼状態を安定化させることができる。 According to the fourth characteristic configuration, the combustion state in the combustion chamber can be stabilized by executing the low calorific value gas mixing control by the control means.
That is, the low calorific value gas is appropriately added to the main fuel gas by executing the low calorific value gas mixing control with the NOx concentration varying according to the fluctuation of the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber as an index. The calorific value of the fuel gas mixed and supplied to the combustion chamber can be stabilized, and as a result, the fuel gas can be supplied to the combustion chamber to stabilize the combustion state in the combustion chamber.

本発明に係る内燃機関の燃料供給機構の第５特徴構成は、上記第１乃至上記第４の何れかの特徴構成に加えて、前記制御手段が、前記低発熱量ガス混合制御において、前記ＮＯｘ濃度検出手段で検出されたＮＯｘ濃度が増加するほど前記低発熱量ガスの混合量を増加させる点にある。   According to a fifth characteristic configuration of the fuel supply mechanism of the internal combustion engine according to the present invention, in addition to any of the first to fourth characteristic configurations, the control means performs the NOx in the low calorific value gas mixing control. The amount of mixing of the low calorific gas is increased as the NOx concentration detected by the concentration detecting means increases.

上記第５特徴構成によれば、上記低熱量ガス混合制御において、上記ＮＯｘ濃度検出手段で検出されたＮＯｘ濃度が増加するほど、燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量が増加しているとして、主燃料ガスに対する低発熱量ガスの混合量を増加させることで、適切に、燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量を安定させることができる。
特に、上述した高発熱量ガス混合制御において主燃料ガスに対する高発熱量ガスの混合量をゼロにまで減少させたのにもかかわらず、上記ＮＯｘ濃度が予め設定した上限値を上回った場合には、燃焼室に吸気される混合気の当量比が未だリッチ化しているとして、上記制御手段により上記低発熱量ガス混合制御を実行して、主燃料ガスに対する低発熱量ガスの混合量を増加させることが好ましい。これにより、その当量比のリッチ化を緩和し、当該リッチ化に伴うＮＯｘ（窒素酸化物）排出量の増加やノッキングの発生、更には、過負荷による故障の発生などを抑制することができる。 According to the fifth characteristic configuration, in the low heat quantity gas mixing control, the amount of heat generated by the fuel gas supplied to the combustion chamber increases as the NOx concentration detected by the NOx concentration detection means increases. By increasing the mixing amount of the low calorific value gas with respect to the main fuel gas, it is possible to appropriately stabilize the calorific value of the fuel gas supplied to the combustion chamber.
In particular, in the case where the NOx concentration exceeds a preset upper limit value even though the mixing amount of the high heating value gas to the main fuel gas is reduced to zero in the high heating value gas mixing control described above. Assuming that the equivalence ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber is still rich, the low heating value gas mixing control is executed by the control means to increase the mixing amount of the low heating value gas with respect to the main fuel gas. It is preferable. As a result, the enrichment of the equivalent ratio can be mitigated, and an increase in NOx (nitrogen oxide) emission and knocking associated with the enrichment can be suppressed, and further, failure due to overload can be suppressed.

本発明に係る内燃機関の燃料供給機構の実施の形態について、図面に基づいて説明する。   An embodiment of a fuel supply mechanism for an internal combustion engine according to the present invention will be described with reference to the drawings.

〔エンジン〕
先ず、内燃機関の一例であるエンジン１の構成について、図１に基づいて説明する。
尚、図１は、燃料ガスＧを燃焼室１５に供給して燃焼させるエンジン１（内燃機関の一例）の概略構成図である。
吸気路１２を流通する空気Ａは、混合部１３により燃料ガスＧが混合されることで混合気Ｍとなって、燃焼室１５に吸気される。
そして、燃焼室１５に吸気された混合気Ｍは、ピストン１７の上昇により圧縮された後に、火花点火や圧縮着火などにより点火・着火されて燃焼・膨張してピストン１７を押し下げ軸動力を出力する。
また、燃焼室１５で生成された排ガスＥは、ピストン１７の上昇に伴って、排気路１６に排出される。 〔engine〕
First, the structure of the engine 1 which is an example of an internal combustion engine is demonstrated based on FIG.
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of an engine 1 (an example of an internal combustion engine) that supplies fuel gas G to the combustion chamber 15 and burns it.
The air A flowing through the intake passage 12 is mixed with the fuel gas G by the mixing unit 13 to become an air-fuel mixture M and is taken into the combustion chamber 15.
The air-fuel mixture M sucked into the combustion chamber 15 is compressed by the rise of the piston 17 and then ignited and ignited by spark ignition or compression ignition to burn and expand to push down the piston 17 and output shaft power. .
Further, the exhaust gas E generated in the combustion chamber 15 is discharged to the exhaust passage 16 as the piston 17 rises.

上記混合部１３は、ガバナ１１により一定圧力に調整された燃料ガスＧが燃料ガス路１０を通じて供給され、その燃料ガス路１０の燃料ガスＧを、吸気路１２に流通する空気Ａに混合する。
更に、混合部１３は、吸気路１２を縮径してなるベンチュリ部に燃料ガス路１０の先端部を開口させてなるベンチュリミキサとして構成されている。即ち、この種のベンチュリミキサは、吸気路１２を流通する空気Ａが上記縮径されたベンチュリ部を高速で通過することで圧力低下を発生させ、この圧力低下を利用して、燃料ガス路１０から供給された燃料ガスＧを、吸気路１２に流通する空気Ａに供給して、吸気路１２に混合気Ｍを形成するように構成されている。
また、このようにベンチュリミキサとして構成された混合部１３は、上記空気Ａの流速に応じた圧力低下が発生することから、空気Ａに対して一定の割合の燃料ガスＧが混合されることになる。 The mixing unit 13 is supplied with the fuel gas G adjusted to a constant pressure by the governor 11 through the fuel gas passage 10, and mixes the fuel gas G in the fuel gas passage 10 with the air A flowing through the intake passage 12.
Further, the mixing unit 13 is configured as a venturi mixer in which the tip of the fuel gas passage 10 is opened at a venturi portion formed by reducing the diameter of the intake passage 12. That is, in this type of venturi mixer, the air A flowing through the intake passage 12 passes through the reduced diameter venturi portion at a high speed to generate a pressure drop. The fuel gas G supplied from is supplied to the air A flowing through the intake passage 12 to form the air-fuel mixture M in the intake passage 12.
In addition, the mixing unit 13 configured as a venturi mixer in this manner generates a pressure drop corresponding to the flow rate of the air A, so that a certain ratio of the fuel gas G is mixed with the air A. Become.

更に、このようなエンジン１において、混合部１３及び吸気路１２を通じて燃焼室１５に供給される燃料ガスＧは、発熱量が約２１ＭＪ〜２５ＭＪの範囲で変動する可能性があるバイオガスのように、発熱量の変動要因を有する主燃料ガスＧOを含むものである。そして、その燃料ガスＧの発熱量が上記主燃料ガスＧOと同様に変動した場合には、燃焼室１５に吸気される混合気Ｍの当量比も変動してしまう。
即ち、燃焼室１５に供給される燃料ガスＧの発熱量が減少又は増加した場合には、その発熱量の減少又は増加に伴う出力減少又は出力増加を抑制するべく、吸気路１２に設けられたスロットルバルブ１４の開度が拡大又は縮小されて燃焼室１５への吸気量（燃焼室１５に供給される混合気Ｍの量）が増加又は減少される。結果、混合部１３における空気Ａの流量が増加又は減少、燃焼室１５に吸気される混合気の当量比が低下（リーン化）又は上昇（リッチ化）することになる。また、このように燃焼室１５に吸気される混合気Ｍの当量比が変動すると、燃焼室１５における燃焼状態が不安定となり、問題である。 Further, in such an engine 1, the fuel gas G supplied to the combustion chamber 15 through the mixing unit 13 and the intake passage 12 is like a biogas whose calorific value may vary within a range of about 21 MJ to 25 MJ. it is intended to include primary fuel gas G O with variable factors of the heat generation amount. And that when the heating value of the fuel gas G varies similarly to the main fuel gas G O is equivalent ratio of the mixture M to be sucked into the combustion chamber 15 also fluctuates.
That is, when the calorific value of the fuel gas G supplied to the combustion chamber 15 decreases or increases, it is provided in the intake passage 12 in order to suppress the output decrease or output increase accompanying the decrease or increase of the calorific value. As the opening of the throttle valve 14 is enlarged or reduced, the amount of intake air into the combustion chamber 15 (the amount of the air-fuel mixture M supplied to the combustion chamber 15) is increased or decreased. As a result, the flow rate of the air A in the mixing unit 13 increases or decreases, and the equivalence ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber 15 decreases (lean) or increases (rich). Further, when the equivalence ratio of the air-fuel mixture M sucked into the combustion chamber 15 fluctuates in this way, the combustion state in the combustion chamber 15 becomes unstable, which is a problem.

そして、そのエンジン１の燃料供給機構５０は、図２及び図５に示すように、その主燃料ガスＧOの発熱量を計測する発熱量計測装置等を設けることなく、その主燃料ガスＧOに対して、発熱量が４１ＭＪの都市ガス１３Ａのように少なくとも当該主燃料ガスＧOよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスＧHを混合可能とし、その混合量を制御する高発熱量ガス混合制御を実行して、燃焼室１５における燃焼状態を良好に安定化させることができるものとして構成されている。
以下、その燃料供給機構５０の第１実施形態及び第２実施形態について図面に基づいて説明する。 The fuel supply mechanism 50 of the engine 1, as shown in FIGS. 2 and 5, without providing a heating value measuring apparatus that measures the heating value of the main fuel gas G O, the main fuel gas G O respect, high calorific value gas heating value is miscible with high calorific value gas G H having a higher heating value than at least the main fuel gas G O as city gas 13A of 41 mJ, to control the mixing amount The mixing control is executed so that the combustion state in the combustion chamber 15 can be satisfactorily stabilized.
Hereinafter, a first embodiment and a second embodiment of the fuel supply mechanism 50 will be described with reference to the drawings.

〔第１実施形態〕
以下、第１実施形態の燃料供給機構５０の構成について、図２〜図４に基づいて説明する。
尚、詳細については後述するが、図２は、上述したようなエンジン１において燃料ガスＧを供給する第１実施形態の燃料供給機構５０の概略構成図であり、図３は、ＮＯｘセンサ３で検出されたＮＯｘ濃度Ｎ及び高発熱量ガス調整弁４の開度ＶＨの経時的な変化傾向を示すグラフ図であり、図４は、制御装置２により実行される制御のフロー図である。 [First Embodiment]
Hereinafter, the configuration of the fuel supply mechanism 50 of the first embodiment will be described with reference to FIGS.
Although details will be described later, FIG. 2 is a schematic configuration diagram of the fuel supply mechanism 50 of the first embodiment for supplying the fuel gas G in the engine 1 as described above, and FIG. FIG. 4 is a graph showing a change tendency with time of the detected NOx concentration N and the opening degree VH of the high calorific value gas regulating valve 4, and FIG. 4 is a flowchart of the control executed by the control device 2.

第１実施形態の燃料供給機構５０では、図２に示すように、上記エンジン１において、燃料ガス路１０を流通する主燃料ガスＧOに対して主燃料ガスＧOよりも高い発熱量を有する天然ガス系都市ガス１３Ａなどの高発熱量ガスＧHを混合可能、且つ、その混合量を調整可能な高発熱量ガス調整弁４が設けられている。更に、高発熱量ガス調整弁４を作動させて主燃料ガスＧOに対する高発熱量ガスＧHの混合量を制御する高発熱量ガス混合制御を実行する制御装置２（制御手段の一例）が設けられている。 In the fuel supply mechanism 50 of the first embodiment, as shown in FIG. 2, in the engine 1, the main fuel gas G O flowing through the fuel gas passage 10 has a higher heating value than the main fuel gas G O. A high calorific value gas regulating valve 4 capable of mixing a high calorific value gas GH such as a natural gas-based city gas 13A and capable of adjusting the mixing amount is provided. Furthermore, (an example of the control means) the control device 2 to perform the high calorific value gas mixture control for controlling the mixing amount of the high calorific value gas G H for the primary fuel gas G O actuates the high calorific gas regulating valve 4 Is provided.

エンジン１の排気路１６には、燃焼室１５から排気路１６に排出された排ガスＥのＮＯｘ濃度Ｎを検出するＮＯｘセンサ３（ＮＯｘ濃度検出手段の一例）が設けられており、このＮＯｘセンサ３で検出されたＮＯｘ濃度Ｎは制御装置２に入力される。
そして、ＮＯｘセンサ３で検出されたＮＯｘ濃度Ｎの変動状態を監視することにより、燃焼室１５に供給される燃料ガスＧの発熱量の変動を認識することができる。具体的には、ＮＯｘ濃度Ｎが減少した場合には、燃焼室１５において吸気された混合気Ｍの当量比低下に伴って燃焼温度が低下したことに起因するものであるとして、燃焼室１５に供給された燃料ガスＧの発熱量が減少したと認識することができる。逆に、ＮＯｘ濃度Ｎが増加した場合には、燃焼室１５において吸気された混合気Ｍの当量比上昇に伴って燃焼温度が上昇したことに起因するものであるとして、燃焼室１５に供給された燃料ガスＧの発熱量が増加したと認識することができる。 The exhaust path 16 of the engine 1 is provided with a NOx sensor 3 (an example of NOx concentration detection means) that detects the NOx concentration N of the exhaust gas E discharged from the combustion chamber 15 to the exhaust path 16. The NOx concentration N detected in step 1 is input to the control device 2.
Then, by monitoring the fluctuation state of the NOx concentration N detected by the NOx sensor 3, it is possible to recognize the fluctuation of the calorific value of the fuel gas G supplied to the combustion chamber 15. Specifically, when the NOx concentration N is decreased, it is assumed that the combustion temperature is decreased due to a decrease in the equivalence ratio of the air-fuel mixture M sucked in the combustion chamber 15. It can be recognized that the calorific value of the supplied fuel gas G has decreased. Conversely, when the NOx concentration N increases, the combustion temperature is supplied to the combustion chamber 15 as it is caused by the increase in the combustion temperature accompanying the increase in the equivalence ratio of the air-fuel mixture M sucked in the combustion chamber 15. It can be recognized that the calorific value of the fuel gas G has increased.

そこで、制御装置２は、上記高発熱量ガス混合制御において、上記ＮＯｘセンサ３の検出結果、即ち排ガスＥのＮＯｘ濃度Ｎに基づいて、高発熱量ガス調整弁４の開度ＶＨを調整し、主燃料ガスＧOに対する高発熱量ガスＧHの混合量を制御するように構成されており、これにより、燃焼室１５に供給される燃料ガスＧの発熱量、更には、燃焼室１５における燃焼状態の安定化が図られている。 Therefore, in the high calorific value gas mixing control, the control device 2 adjusts the opening degree VH of the high calorific value gas regulating valve 4 based on the detection result of the NOx sensor 3, that is, the NOx concentration N of the exhaust gas E, The mixing amount of the high calorific value gas GH with respect to the main fuel gas G O is controlled so that the calorific value of the fuel gas G supplied to the combustion chamber 15 and further the combustion in the combustion chamber 15 can be controlled. State stabilization is achieved.

具体的には、上記制御装置２は、上記高発熱量ガス混合制御において、ＮＯｘセンサ３で検出されたＮＯｘ濃度Ｎが減少するほど、燃焼室１５に供給される燃料ガスＧの発熱量が減少傾向にあるとして、高発熱量ガス調整弁４の開度ＶＨを拡大して、主燃料ガスＧOに対する高発熱量ガスＧHの混合量を増加させるように構成されている。
以下、制御装置２により実行される高発熱量ガス混合制御の具体的な処理フローについて、図３及び図４に基づいて説明を加える。 Specifically, in the high calorific value gas mixing control, the control device 2 reduces the calorific value of the fuel gas G supplied to the combustion chamber 15 as the NOx concentration N detected by the NOx sensor 3 decreases. as a tendency, an enlarged opening VH of high calorific value gas regulating valve 4, and is configured to increase the mixing amount of the high calorific value gas G H for the primary fuel gas G O.
Hereinafter, a specific processing flow of the high calorific value gas mixing control executed by the control device 2 will be described based on FIG. 3 and FIG. 4.

図４に示すように、先ず、例えばエンジン１の回転数及びトルク等又はエンジン１により駆動される発電機の発電出力等により、エンジン１の出力Ｐが確認され（ステップ＃１０）、そのエンジン１の出力Ｐから所定の関数を用いて、下限値ＮＬが設定される（ステップ＃１１）。
尚、これら下限値ＮＬは、ある出力Ｐでエンジン１を運転した場合に、燃焼室１５において安定した燃焼状態が維持されている場合のＮＯｘ濃度Ｎの許容範囲における下限値として設定される値である。そして、このＮＯｘ濃度Ｎの許容範囲の下限値ＮＬとエンジン１の出力Ｐとの相関関数は、予め実験等により求めておくことができる。 As shown in FIG. 4, first, the output P of the engine 1 is confirmed by, for example, the rotational speed and torque of the engine 1 or the power generation output of a generator driven by the engine 1 (step # 10). The lower limit value NL is set using a predetermined function from the output P (step # 11).
These lower limit values NL are values set as lower limit values in the allowable range of the NOx concentration N when a stable combustion state is maintained in the combustion chamber 15 when the engine 1 is operated at a certain output P. is there. A correlation function between the lower limit NL of the allowable range of the NOx concentration N and the output P of the engine 1 can be obtained in advance by experiments or the like.

次に、ＮＯｘセンサ３によりＮＯｘ濃度Ｎが検出され（ステップ＃１２）、そのＮＯｘ濃度Ｎを用いて、高発熱量ガス調整弁４の開度ＶＨが拡大又は縮小されて、主燃料ガスＧOに対する高発熱量ガスＧHの混合量が制御される（ステップ＃１３〜ステップ＃１６） Next, the NOx concentration N is detected by the NOx sensor 3 (step # 12), and the opening degree VH of the high calorific value gas regulating valve 4 is expanded or reduced using the NOx concentration N, so that the main fuel gas G O The mixing amount of the high calorific value gas GH with respect to the gas is controlled (step # 13 to step # 16)

具体的には、ＮＯｘ濃度Ｎが下限値ＮＬを下回ったか否かが判定され（ステップ＃１３）、ＮＯｘ濃度Ｎが下限値ＮＬを下回っていると判定されたときには、燃料ガスＧの発熱量が小さすぎるために燃焼室１５に吸気される混合気Ｍの当量比が過剰にリーン化しているとして、図３にも示すように、高発熱量ガス調整弁４の開度ＶＨが所定幅ΔＶＨずつ拡大されて、主燃料ガスＧOに対する高発熱量ガスＧHの混合量が徐々に増加される（ステップ＃１４）。
上記ステップ＃１４において主燃料ガスＧOに対する高発熱量ガスＧHの混合量が徐々に増加されることで、燃焼室１５に供給される燃料ガスＧの発熱量が徐々に増加され、燃焼室１５に吸気される混合気Ｍの過剰なリーン化が抑制されて、不完全燃焼や失火の発生が抑制される。 Specifically, it is determined whether or not the NOx concentration N is lower than the lower limit value NL (step # 13). When it is determined that the NOx concentration N is lower than the lower limit value NL, the amount of heat generated by the fuel gas G is increased. Since the equivalence ratio of the air-fuel mixture M sucked into the combustion chamber 15 is excessively lean because it is too small, the opening degree VH of the high calorific value gas regulating valve 4 is increased by a predetermined width ΔVH as shown in FIG. is enlarged, the mixing amount of high heating value gas G H is gradually increased to the main fuel gas G O (step # 14).
By mixing the amount of high heating value gas G H for the primary fuel gas G O in step # 14 is gradually increased, the calorific value of the fuel gas G supplied to the combustion chamber 15 is gradually increased, the combustion chamber Accordingly, excessive leaning of the air-fuel mixture M sucked into the engine 15 is suppressed, and incomplete combustion and misfire are suppressed.

上記ステップ＃１３でＮＯｘ濃度Ｎが下限値ＮＬを下回っていないと判定されたときには、高発熱量ガス調整弁４の開度ＶＨが０よりも大きいと判定した場合（ステップ＃１５）、即ち高発熱量ガス調整弁４が開状態である場合に、主燃料ガスＧOの発熱量が適切であると判断して、図３にも示すように、高発熱量ガス調整弁４の開度ＶＨが所定幅ΔＶＨずつ縮小されて、主燃料ガスＧOに対する高発熱量ガスＧHの混合量が徐々に減少される（ステップ＃１６）。
上記ステップ＃１６において主燃料ガスＧOに対する高発熱量ガスＧHの混合量が徐々に減少されることで、燃焼室１５に供給される燃料ガスＧの発熱量が徐々に減少され、燃焼室１５に吸気される混合気Ｍの当量比が適切な状態となって運転が継続されることになる。 When it is determined in step # 13 that the NOx concentration N is not lower than the lower limit NL, when it is determined that the opening degree VH of the high calorific value gas regulating valve 4 is greater than 0 (step # 15), that is, high If the calorific value gas regulating valve 4 is open, it is determined that the heat value of the main fuel gas G O properly, as shown in FIG. 3, the high calorific gas regulating valve 4 opening VH There is reduced by a predetermined width .DELTA.VH, the mixing amount of high heating value gas G H is decreased gradually to the main fuel gas G O (step # 16).
By mixing the amount of high heating value gas G H for the primary fuel gas G O in step # 16 is gradually reduced, the calorific value of the fuel gas G supplied to the combustion chamber 15 is gradually reduced, the combustion chamber Accordingly, the equivalence ratio of the air-fuel mixture M sucked into the engine 15 becomes an appropriate state, and the operation is continued.

更に、図示は省略するが、上記ステップ＃１３でＮＯｘ濃度Ｎが下限値ＮＬを下回っていると判定されたときにおいて、例えば上記ステップ＃１４で高発熱量ガス調整弁４の開度ＶＨが全開状態でそれ以上拡大できない場合などには、上記エンジン１の出力Ｐを運転に支障がない程度に減少させる出力減少制御が実行される。すると、エンジン１の出力Ｐを減少させるのに伴って、吸気路１２に設けられたスロットルバルブ１４の開度が縮小されるので、燃焼室１５への吸気量が減少して、混合部１３における燃料ガスＧに対する空気Ａの量が少なくなって、燃焼室１５に吸気される混合気Ｍの当量比の過剰なリーン化が緩和される。   Furthermore, although illustration is omitted, when it is determined in step # 13 that the NOx concentration N is below the lower limit NL, for example, in step # 14, the opening VH of the high calorific value gas regulating valve 4 is fully opened. When the engine cannot be further increased in the state, output reduction control for reducing the output P of the engine 1 to such an extent that the operation is not hindered is executed. Then, as the output P of the engine 1 is reduced, the opening degree of the throttle valve 14 provided in the intake passage 12 is reduced, so that the amount of intake air to the combustion chamber 15 is reduced and the mixing section 13 The amount of air A with respect to the fuel gas G is reduced, and excessive leaning of the equivalent ratio of the air-fuel mixture M sucked into the combustion chamber 15 is alleviated.

〔第２実施形態〕
以下、第２実施形態の燃料供給機構５０の構成について、図５〜図７に基づいて説明する。上記第１実施形態と同様の構成については説明を割愛する。
尚、図５は、上述したようなエンジン１において燃料ガスＧを供給する第２実施形態の燃料供給機構５０の概略構成図であり、図６は、ＮＯｘセンサ３で検出されたＮＯｘ濃度Ｎ及び高発熱量ガス調整弁４の開度ＶＨ及び低発熱量ガス調整弁５の開度ＶＬの経時的な変化傾向を示すグラフ図であり、図７は、制御装置２により実行される制御フロー図である。 [Second Embodiment]
Hereinafter, the structure of the fuel supply mechanism 50 of 2nd Embodiment is demonstrated based on FIGS. The description of the same configuration as in the first embodiment is omitted.
FIG. 5 is a schematic configuration diagram of the fuel supply mechanism 50 of the second embodiment for supplying the fuel gas G in the engine 1 as described above. FIG. 6 shows the NOx concentration N detected by the NOx sensor 3 and FIG. 7 is a graph showing a change tendency with time of the opening degree VH of the high calorific value gas regulating valve 4 and the opening degree VL of the low calorific value gas regulating valve 5, and FIG. 7 is a control flow diagram executed by the control device 2. It is.

第２実施形態の燃料供給機構５０では、図５に示すように、上述した第１実施形態で説明した全ての構成を有する上に、上記エンジン１において、燃料ガス路１０を流通する主燃料ガスＧOに対して主燃料ガスＧOよりも低い発熱量を有する空気などの低発熱量ガスＧLを混合可能、且つ、その混合量を調整可能な低発熱量ガス調整弁５が設けられている。制御装置２は、上述した第１実施形態で説明した高発熱量ガス混合制御に加え、低発熱量ガス調整弁５を作動させて主燃料ガスＧOに対する低発熱量ガスＧLの混合量を制御する低発熱量ガス混合制御を実行するように構成されている。 As shown in FIG. 5, the fuel supply mechanism 50 of the second embodiment has all the configurations described in the first embodiment described above, and in addition, the main fuel gas flowing through the fuel gas passage 10 in the engine 1. G O with respect mixable low calorific value gas G L, such as air, having a lower heating value than the main fuel gas G O, and its mixing amount is low calorific gas regulating valve 5 capable of adjusting provided the Yes. Control device 2, in addition to the high calorific value gas mixture control described in the first embodiment described above, the mixing amount of the low calorific value gas G L for the primary fuel gas G O actuates the 5 low calorific gas regulating valve It is configured to execute low calorific value gas mixing control to be controlled.

即ち、制御装置２は、上記低発熱量ガス混合制御において、上記ＮＯｘセンサ３の検出結果、即ち排ガスＥのＮＯｘ濃度Ｎに基づいて、低発熱量ガス調整弁５の開度ＶＬを調整し、主燃料ガスＧOに対する低発熱量ガスＧLの混合量を制御するように構成されており、上述した高発熱量ガス混合制御に加えてこの低発熱量ガス混合制御を実行することにより、燃焼室１５に供給される燃料ガスＧの発熱量、更には、燃焼室１５における燃焼状態の一層の安定化が図られている。 That is, in the low calorific value gas mixing control, the control device 2 adjusts the opening VL of the low calorific value gas regulating valve 5 based on the detection result of the NOx sensor 3, that is, the NOx concentration N of the exhaust gas E, The mixing amount of the low calorific value gas GL with respect to the main fuel gas G O is controlled. In addition to the high calorific value gas mixing control described above, the low calorific value gas mixing control is performed to perform combustion. The amount of heat generated by the fuel gas G supplied to the chamber 15 and the combustion state in the combustion chamber 15 are further stabilized.

具体的には、上記制御装置２は、上記低発熱量ガス混合制御において、ＮＯｘセンサ３で検出されたＮＯｘ濃度Ｎが増加するほど、燃焼室１５に供給される燃料ガスＧの発熱量が増加傾向にあるとして、低発熱量ガス調整弁５の開度ＶＬを拡大して、主燃料ガスＧOに対する低発熱量ガスＧLの混合量を増加させるように構成されている。
以下、制御装置２により実行される高発熱量ガス混合制御と低発熱量ガス混合制御との具体的な処理フローについて、図６及び図７に基づいて説明を加える。 Specifically, in the low calorific value gas mixing control, the control device 2 increases the calorific value of the fuel gas G supplied to the combustion chamber 15 as the NOx concentration N detected by the NOx sensor 3 increases. as a tendency, an enlarged opening VL of low calorific value gas regulating valve 5, and is configured to increase the mixing amount of the low calorific value gas G L for the primary fuel gas G O.
Hereinafter, a specific processing flow of the high calorific value gas mixing control and the low calorific value gas mixing control executed by the control device 2 will be described based on FIGS. 6 and 7.

図７に示すように、先ず、上記第１実施形態と同様にエンジン１の出力Ｐが確認され（ステップ＃２０）、そのエンジン１の出力Ｐから所定の関数を用いて、下限値ＮＬに加えが、上限値ＮＨが設定される（ステップ＃２１）。
尚、これら下限値ＮＬ及び上限値ＮＨは、ある出力Ｐでエンジン１を運転した場合に、燃焼室１５において安定した燃焼状態が維持されている場合のＮＯｘ濃度Ｎの許容範囲における下限値及び上限値として設定される値である。そして、このＮＯｘ濃度Ｎの許容範囲の下限値ＮＬ及び上限値ＮＨとエンジン１の出力Ｐとの相関関数は、予め実験等により求めておくことができる。 As shown in FIG. 7, first, the output P of the engine 1 is confirmed in the same manner as in the first embodiment (step # 20), and is added to the lower limit value NL from the output P of the engine 1 using a predetermined function. However, the upper limit value NH is set (step # 21).
The lower limit value NL and the upper limit value NH are the lower limit value and the upper limit value in the allowable range of the NOx concentration N when a stable combustion state is maintained in the combustion chamber 15 when the engine 1 is operated at a certain output P. It is a value set as a value. A correlation function between the lower limit value NL and the upper limit value NH of the allowable range of the NOx concentration N and the output P of the engine 1 can be obtained in advance by experiments or the like.

次に、ＮＯｘセンサ３によりＮＯｘ濃度Ｎが検出され（ステップ＃２２）、そのＮＯｘ濃度Ｎを用いて、高発熱量ガス調整弁４の開度ＶＨが拡大又は縮小され、更には、低発熱量ガス調整弁５の開度ＶＬが拡大又は縮小されて、主燃料ガスＧOに対する高発熱量ガスＧHの混合量が制御される（ステップ＃２３〜ステップ＃３０） Next, the NOx concentration N is detected by the NOx sensor 3 (step # 22), and the opening degree VH of the high calorific value gas regulating valve 4 is expanded or reduced using the NOx concentration N, and further, the low calorific value. The opening degree VL of the gas regulating valve 5 is enlarged or reduced to control the amount of mixture of the high calorific value gas GH with respect to the main fuel gas G O (step # 23 to step # 30).

具体的には、ＮＯｘ濃度Ｎが下限値ＮＬを下回っているか否かが判定され（ステップ＃２３）、ＮＯｘ濃度Ｎが下限値ＮＬを下回っていると判定されたときには、更に、低発熱量ガス調整弁５の開度ＶＬがゼロ（全閉状態）であるか否か、即ち低発熱量ガス調整弁５が全閉状態であるか否かが判定される（ステップ＃２４）。
そして、上記ステップ＃２３でＮＯｘ濃度Ｎが下限値ＮＬを下回っていると判定されたときには、燃料ガスＧの発熱量が小さすぎるために燃焼室１５に吸気される混合気Ｍの当量比が過剰にリーン化しているとして、図６にも示すように、上記ステップ＃２４で低発熱量ガス調整弁５が全閉状態であると判定した場合には、高発熱量ガス調整弁４の開度ＶＨが所定幅ΔＶＨずつ拡大されて、主燃料ガスＧOに対する高発熱量ガスＧHの混合量が徐々に増加される（ステップ＃２５）。尚、上記ステップ＃２４で低発熱量ガス調整弁５が全閉状態ではないと判定した場合には、低発熱量ガス調整弁５の開度ＶＬが所定幅ΔＶＬずつ縮小されて、主燃料ガスＧOに対する低発熱量ガスＧLの混合量が徐々に減少される（ステップ＃３０）。 Specifically, it is determined whether or not the NOx concentration N is below the lower limit value NL (step # 23), and when it is determined that the NOx concentration N is below the lower limit value NL, the low calorific value gas is further generated. It is determined whether or not the opening VL of the regulating valve 5 is zero (fully closed state), that is, whether or not the low calorific value gas regulating valve 5 is fully closed (step # 24).
When it is determined in step # 23 that the NOx concentration N is below the lower limit NL, the amount of heat generated by the fuel gas G is too small, and the equivalent ratio of the air-fuel mixture M sucked into the combustion chamber 15 is excessive. As shown in FIG. 6, when it is determined in step # 24 that the low calorific value gas regulating valve 5 is fully closed, the opening degree of the high calorific value gas regulating valve 4 is assumed. VH is enlarged by a predetermined width .DELTA.VH, the mixing amount of high heating value gas G H is gradually increased to the main fuel gas G O (step # 25). If it is determined in step # 24 that the low calorific value gas regulating valve 5 is not fully closed, the opening VL of the low calorific value gas regulating valve 5 is reduced by a predetermined width ΔVL, and the main fuel gas mixing amount of the low calorific value gas G L is gradually reduced for G O (step # 30).

上記ステップ＃２３でＮＯｘ濃度Ｎが下限値ＮＬを下回っていないと判定されたときには、高発熱量ガス調整弁４の開度ＶＨが０よりも大きい場合（ステップ＃２６）、即ち高発熱量ガス調整弁４が開状態である場合に、主燃料ガスＧOの発熱量が適切であると判断して、図６にも示すように、高発熱量ガス調整弁４の開度ＶＨが所定幅ΔＶＨずつ縮小されて、主燃料ガスＧOに対する高発熱量ガスＧHの混合量が徐々に減少される（ステップ＃２７）。 When it is determined in step # 23 that the NOx concentration N is not lower than the lower limit NL, the opening degree VH of the high calorific value gas regulating valve 4 is larger than 0 (step # 26), that is, the high calorific value gas. when the adjustment valve 4 is open, the heating value of the main fuel gas G O is determined to be appropriate, as shown in FIG. 6, the high calorific gas regulating valve 4 opening VH predetermined width ΔVH by being reduced, the mixing amount of high heating value gas G H is decreased gradually to the main fuel gas G O (step # 27).

更に、上記ステップ＃２６で高発熱量ガス調整弁４が開状態ではないと判定した場合、即ち高発熱量ガス調整弁４が全閉状態であると判定した場合には、ＮＯｘ濃度Ｎが上限値ＮＨを上回っているか否かが判定され（ステップ＃２８）、ＮＯｘ濃度Ｎが上限値ＮＨを上回っていると判定されたときには、燃料ガスＧの発熱量が大きすぎるために燃焼室１５に吸気される混合気Ｍの当量比が過剰にリッチ化しているとして、図６にも示すように、低発熱量ガス調整弁５の開度ＶＬが所定幅ΔＶＬずつ拡大されて、主燃料ガスＧOに対する低発熱量ガスＧLの混合量が徐々に増加される（ステップ＃２９）。 Further, when it is determined in step # 26 that the high calorific value gas regulating valve 4 is not open, that is, when it is determined that the high calorific value gas regulating valve 4 is fully closed, the NOx concentration N is set to the upper limit. When it is determined whether or not the value NH exceeds the value NH (step # 28), and it is determined that the NOx concentration N exceeds the upper limit value NH, the amount of heat generated by the fuel gas G is too large, and the intake air is sucked into the combustion chamber 15. as being equivalent ratio is excessively rich air-fuel mixture M is, as shown in FIG. 6, the opening degree VL of low calorific value gas regulating valve 5 is expanded by a predetermined width .DELTA.VL, the main fuel gas G O The mixing amount of the low calorific value gas GL is gradually increased (step # 29).

上記ステップ＃２８でＮＯｘ濃度Ｎが上限値ＮＨを上回っていないと判定されたときには、主燃料ガスＧOの発熱量が適切であると判断して、図６にも示すように、低発熱量ガス調整弁５の開度ＶＬが所定幅ΔＶＬずつ縮小されて、主燃料ガスＧOに対する低発熱量ガスＧLの混合量が徐々に減少される（ステップ＃３０）。 When NOx concentration N is determined not to exceed the upper limit value NH in the above step # 28, it is determined that the heat value of the main fuel gas G O is appropriate, as shown in FIG. 6, low calorific value opening VL of the gas regulating valve 5 is reduced by a predetermined width .DELTA.VL, the mixing amount of the low calorific value gas G L is decreased gradually to the main fuel gas G O (step # 30).

上記ステップ＃２５において主燃料ガスＧOに対する高発熱量ガスＧHの混合量が徐々に増加されることで、燃焼室１５に供給される燃料ガスＧの発熱量が徐々に増加され、燃焼室１５に吸気される混合気Ｍの過剰なリーン化が抑制されて、不完全燃焼や失火の発生が抑制される。 By mixing the amount of high heating value gas G H for the primary fuel gas G O in step # 25 is gradually increased, the calorific value of the fuel gas G supplied to the combustion chamber 15 is gradually increased, the combustion chamber Accordingly, excessive leaning of the air-fuel mixture M sucked into the engine 15 is suppressed, and incomplete combustion and misfire are suppressed.

一方、上記ステップ＃２９において主燃料ガスＧOに対する低発熱量ガスＧLの混合量が徐々に増加されることで、燃焼室１５に供給される燃料ガスＧの発熱量が徐々に減少され、燃焼室１５に吸気される混合気Ｍの過剰なリッチ化が抑制されて、ＮＯｘ排出量の増加やノッキングの発生、更には、過負荷による故障の発生が抑制される。 On the other hand, that the mixing amount of the low calorific value gas G L for the primary fuel gas G O in step # 29 is gradually increased, the calorific value of the fuel gas G supplied to the combustion chamber 15 is gradually reduced, Excessive enrichment of the air-fuel mixture M sucked into the combustion chamber 15 is suppressed, and an increase in NOx emission amount, knocking, and failure due to overload are suppressed.

更に、上記ステップ＃２７において主燃料ガスＧOに対する高発熱量ガスＧHの混合量が徐々に減少されたり、上記ステップ＃３０において主燃料ガスＧOに対する低発熱量ガスＧLの混合量が徐々に減少されることで、適切な燃焼状態を維持しながら、高発熱量ガスＧH若しくは低発熱量ガスＧLの混合量を削減することができる。 Further, in step # 27, the amount of mixing of the high calorific value gas GH with the main fuel gas G O is gradually reduced, or in step # 30, the amount of mixing of the low calorific value gas GL with respect to the main fuel gas G O By gradually decreasing, the mixing amount of the high calorific value gas GH or the low calorific value gas GL can be reduced while maintaining an appropriate combustion state.

更に、図示は省略するが、上記ステップ＃２３でＮＯｘ濃度Ｎが第１下限値Ｎ１を下回っていると判定されたときにおいて、例えば上記ステップ＃２５で高発熱量ガス調整弁４の開度ＶＨが全開状態でそれ以上拡大できない場合などには、上記エンジン１の出力Ｐを運転に支障がない程度に減少させる出力減少制御が実行される。すると、エンジン１の出力Ｐを減少させるのに伴って、吸気路１２に設けられたスロットルバルブ１４の開度が縮小されるので、燃焼室１５への吸気量が減少して、混合部１３における燃料ガスＧに対する空気Ａの量が少なくなって、燃焼室１５に吸気される混合気Ｍの当量比の過剰なリーン化が緩和される。   Furthermore, although illustration is omitted, when it is determined in step # 23 that the NOx concentration N is lower than the first lower limit value N1, for example, in step # 25, the opening degree VH of the high calorific value gas regulating valve 4 is determined. When the engine is fully open and cannot be further increased, output reduction control is performed to reduce the output P of the engine 1 to the extent that there is no problem in operation. Then, as the output P of the engine 1 is reduced, the opening degree of the throttle valve 14 provided in the intake passage 12 is reduced, so that the amount of intake air to the combustion chamber 15 is reduced and the mixing section 13 The amount of the air A with respect to the fuel gas G is reduced, and excessive leaning of the equivalent ratio of the air-fuel mixture M sucked into the combustion chamber 15 is alleviated.

尚、上記実施の形態では、発熱量の変動要因を有する主燃料ガスＧOとしてバイオガスを用いたが、別に、塗装工場や半導体・電子部品製造工場から排出される有機溶剤等を含むオフガスのようにバイオガス以外の燃料ガスを、発熱量の変動要因を有する主燃料ガスＧOとして用いても構わない。
また、上記主燃料ガスＧOよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスＧHとしては、都市ガス１３Ａ以外に、プロパン（発熱量：９３ＭＪ）やメタン（発熱量：３６ＭＪ）等のように、発熱量が比較的高い燃料ガスを用いることができる。
一方、上記主燃料ガスＧOよりも低い発熱量を有する低発熱量ガスＧLとしては、空気以外に、水素（発熱量：１１ＭＪ）や一酸化炭素（発熱量：１３ＭＪ）等のように、発熱量が比較的低い燃料ガスを用いることができる。 In the above embodiment, was used biogas as a primary fuel gas G O with variable factors calorific separately, the off-gas containing an organic solvent or the like discharged from the paint shop or semiconductor and electronic parts manufacturing plant the fuel gas other than biogas as, may be used as the main fuel gas G O with variable factors of the heat generation amount.
Further, as the high heating value gas G H having a higher heating value than the main fuel gas G O, in addition to city gas 13A, propane (calorific value: 93MJ) and methane (calorific value: 36 mJ) as such, A fuel gas having a relatively high calorific value can be used.
On the other hand, as the low calorific value gas GL having a calorific value lower than that of the main fuel gas G O , in addition to air, hydrogen (calorific value: 11 MJ), carbon monoxide (calorific value: 13 MJ), etc. A fuel gas having a relatively low calorific value can be used.

上記実施の形態では、エンジン１を、図１に示すように、混合部１３をベンチュリミキサとして構成したものを想定したが、別に、図８に示すようなエンジン１’等の別の構成のエンジンにも、本発明に係る燃料供給機構を適用することができる。
即ち、図８に示すエンジン１’は、吸気路１２に過給機１９が設けられており、その過給機１９により、混合部１３で形成された混合気Ｍを加圧して燃焼室１５に供給する過給式のエンジンとして構成されている。
混合部１３は、吸気路１２に対して燃料ガス路１３を接続する接続部として過給機１９の上流側に設けられており、更に、燃料ガス路１０には、燃料ガスＧの混合部１３への供給量を調整可能な燃料制御弁１８が設けられている。
一方、吸気路１２における過給機１９の下流側には、吸気路１２における圧力（以下、吸気圧力と呼ぶ。）を検出する圧力センサ２０が設けられており、この圧力センサ２０で検出された吸気圧力は制御装置２に入力される。
そして、制御装置２は、圧力センサ２０で検出された吸気圧力とエンジン１’の発電出力とに基づいて燃料制御弁１８の開度を制御することで、混合部１３において空気Ａに対して一定の割合の燃料ガスＧが混合されるようになる。
そして、このようなエンジン１’においても、燃料ガスＧの発熱量が上記主燃料ガスＧOと同様に変動した場合には、燃焼室１５に吸気される混合気Ｍの当量比も変動してしまう。
即ち、燃焼室１５に供給される燃料ガスＧの発熱量が減少又は増加した場合には、吸気路１２に設けられたスロットルバルブ１４の開度が拡大又は縮小されて、圧力センサ２０で検出される吸気圧力が増加又は減少する。結果、制御装置２は、吸気圧力の増加又は減少に応じて、混合部１３への燃料供給量を増加又は減少させるので、結果、燃焼室１５に吸気される混合気の当量比が低下（リーン化）又は上昇（リッチ化）することになる。 In the above embodiment, the engine 1 is assumed to be configured with the mixing unit 13 as a venturi mixer as shown in FIG. 1. However, an engine having another configuration such as the engine 1 ′ as shown in FIG. Also, the fuel supply mechanism according to the present invention can be applied.
That is, in the engine 1 ′ shown in FIG. 8, a supercharger 19 is provided in the intake passage 12, and the supercharger 19 pressurizes the air-fuel mixture M formed in the mixing unit 13 into the combustion chamber 15. It is configured as a supercharged engine to be supplied.
The mixing portion 13 is provided on the upstream side of the supercharger 19 as a connecting portion for connecting the fuel gas passage 13 to the intake passage 12. Further, the fuel gas passage 10 has a mixing portion 13 for the fuel gas G. There is provided a fuel control valve 18 capable of adjusting the supply amount to the fuel.
On the other hand, a pressure sensor 20 for detecting the pressure in the intake passage 12 (hereinafter referred to as intake pressure) is provided on the downstream side of the supercharger 19 in the intake passage 12. The intake pressure is input to the control device 2.
Then, the control device 2 controls the opening of the fuel control valve 18 based on the intake pressure detected by the pressure sensor 20 and the power generation output of the engine 1 ′, so that the mixing unit 13 is constant with respect to the air A. The fuel gas G in the ratio is mixed.
Even in such an engine 1 ', when the calorific value of the fuel gas G varies similarly to the main fuel gas G O is varied also equivalent ratio of air-fuel mixture M which is sucked into the combustion chamber 15 End up.
That is, when the calorific value of the fuel gas G supplied to the combustion chamber 15 decreases or increases, the opening of the throttle valve 14 provided in the intake passage 12 is expanded or reduced and detected by the pressure sensor 20. The intake pressure increases or decreases. As a result, the control device 2 increases or decreases the fuel supply amount to the mixing unit 13 in accordance with the increase or decrease of the intake pressure. As a result, the equivalence ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber 15 decreases (lean). ) Or rise (rich).

上記第１実施形態及び上記第２実施形態では、図４及び図７に示すように、ＮＯｘ濃度Ｎが下限値ＮＬを下回っていないと判定されたときに（図４のステップ＃１３、図７のステップ＃２３）、高発熱量ガス調整弁４の開度ＶＨの縮小を行う（図４のステップ＃１６、図７のステップ＃２７）ように構成したが、例えば、上記下限値に対して若干大きめのオフセット値を設定しておき、ＮＯｘ濃度が上記下限値を下回った後にそのオフセット値を上回ったときに、高発熱量ガス調整弁の開度の縮小を行うように構成することもできる。また、この場合、ＮＯｘ濃度が上記下限値とオフセット値との間にある場合には、燃焼室に吸気される混合気の当量比が適切であるとして、高発熱量ガス調整弁の開度が増加又は減少されることなくその時点の開度に維持されることになる。   In the first embodiment and the second embodiment, as shown in FIGS. 4 and 7, when it is determined that the NOx concentration N is not lower than the lower limit NL (step # 13 in FIG. 4, FIG. 7). In step # 23), the opening degree VH of the high calorific value gas regulating valve 4 is reduced (step # 16 in FIG. 4 and step # 27 in FIG. 7). A slightly larger offset value is set, and when the NOx concentration exceeds the lower limit value and then exceeds the offset value, the opening degree of the high calorific value gas regulating valve can be reduced. . Further, in this case, when the NOx concentration is between the lower limit value and the offset value, it is assumed that the equivalence ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber is appropriate, and the opening degree of the high calorific value gas regulating valve is The opening at that time is maintained without being increased or decreased.

上記第２実施形態では、図７に示すように、ＮＯｘ濃度Ｎが上限値ＮＨを上回っていないと判定されたときに（図７のステップ＃２８）、低発熱量ガス調整弁５の開度ＶＬの縮小を行う（図７のステップ＃３０）ように構成したが、例えば、上記上限値に対して若干小さめのオフセット値を設定しておき、ＮＯｘ濃度が上記上限値を上回った後にそのオフセット値を下回ったときに、低発熱量ガス調整弁５の開度ＶＬの縮小を行うように構成することもできる。また、この場合、ＮＯｘ濃度が上記上限値とオフセット値との間にある場合には、燃焼室に吸気される混合気の当量比が適切であるとして、低発熱量ガス調整弁の開度が増加又は減少されることなくその時点の開度に維持されることになる。   In the second embodiment, as shown in FIG. 7, when it is determined that the NOx concentration N does not exceed the upper limit value NH (step # 28 in FIG. 7), the opening of the low calorific value gas regulating valve 5 The VL is reduced (step # 30 in FIG. 7). For example, a slightly smaller offset value is set with respect to the upper limit value, and the offset after the NOx concentration exceeds the upper limit value is set. It can also be configured to reduce the opening VL of the low calorific value gas regulating valve 5 when the value falls below the value. In this case, when the NOx concentration is between the upper limit value and the offset value, it is assumed that the equivalence ratio of the air-fuel mixture sucked into the combustion chamber is appropriate, and the opening of the low calorific value gas regulating valve is The opening at that time is maintained without being increased or decreased.

本発明に係る内燃機関の燃料供給機構は、発熱量の変動要因を有するバイオガス等の主燃料ガスを含む燃料ガスを燃焼室に供給して燃焼させる内燃機関において、主燃料ガスの発熱量を計測する発熱量計測装置を設けなくても、主燃料ガスに対して、当該主燃料ガスよりも高い発熱量を有する都市ガス１３Ａ等の高発熱量ガスを混合可能とし、その混合量を制御する高発熱量ガス混合制御を実行して、燃焼室における燃焼状態を良好に安定化させることができる内燃機関の燃料供給機構として、有効に利用可能である。   A fuel supply mechanism for an internal combustion engine according to the present invention provides an internal combustion engine for supplying a combustion gas containing a main fuel gas such as biogas having a calorific value variation factor to a combustion chamber and combusting the fuel gas. Without providing a calorific value measuring device to measure, the main fuel gas can be mixed with a high calorific value gas such as city gas 13A having a calorific value higher than that of the main fuel gas, and the mixing amount is controlled. The present invention can be effectively used as a fuel supply mechanism of an internal combustion engine that can perform high calorific value gas mixing control and can satisfactorily stabilize the combustion state in the combustion chamber.

エンジンの概略構成図Schematic configuration diagram of the engine 第１実施形態におけるエンジンの燃料供給機構の概略構成図1 is a schematic configuration diagram of an engine fuel supply mechanism according to a first embodiment. 第１実施形態におけるＮＯｘ濃度及び高発熱量ガス調整弁の開度の経時的な変化傾向を示すグラフ図The graph which shows the time-dependent change tendency of the NOx density | concentration in 1st Embodiment, and the opening degree of the high calorific value gas regulating valve. 第１実施形態における制御装置により実行される制御のフロー図Flow chart of control executed by control device in first embodiment 第２実施形態におけるエンジンの燃料供給機構の概略構成図Schematic configuration diagram of an engine fuel supply mechanism in a second embodiment 第２実施形態におけるＮＯｘ濃度及び高発熱量ガス調整弁の開度の経時的な変化傾向を示すグラフ図The graph which shows the time-dependent change tendency of the NOx density | concentration in 2nd Embodiment, and the opening degree of the high calorific value gas regulating valve. 第２実施形態における制御装置により実行される制御のフロー図Flow chart of control executed by control device in second embodiment 別実施形態におけるエンジンの概略構成図Schematic configuration diagram of an engine in another embodiment

符号の説明Explanation of symbols

１：エンジン（内燃機関）
２：制御装置（制御手段）
３：ＮＯｘセンサ（ＮＯｘ濃度検出手段）
４：高発熱量ガス調整弁（高発熱量ガス調整手段）
５：低発熱量ガス調整弁（低発熱量ガス調整手段）
１５：燃焼室
１６：排気路
５０：燃料供給機構
Ｅ：排ガス
Ｇ：燃料ガス
ＧH：高発熱量ガス
ＧL：低発熱量ガス
ＧO：主燃料ガス
Ｎ：ＮＯｘ濃度
ＮＨ１，ＮＨ２：上限値
ＮＬ１，ＮＬ２：下限値 1: Engine (internal combustion engine)
2: Control device (control means)
3: NOx sensor (NOx concentration detection means)
4: High calorific value gas regulating valve (high calorific value gas regulating means)
5: Low calorific value gas adjusting valve (low calorific value gas adjusting means)
15: Combustion chamber 16: Exhaust passage 50: Fuel supply mechanism E: Exhaust gas G: Fuel gas G H : High calorific value gas G L : Low calorific value gas G O : Main fuel gas N: NOx concentration NH1, NH2: Upper limit NL1, NL2: Lower limit

Claims (5)

発熱量の変動要因を有する主燃料ガスを燃焼室に供給して燃焼させる内燃機関において、
前記主燃料ガスに対して当該主燃料ガスよりも高い発熱量を有する高発熱量ガスを混合可能、且つ、その混合量を調整可能な高発熱量ガス調整手段と、
前記高発熱量ガス調整手段を作動させて前記高発熱量ガスの混合量を制御する高発熱量ガス混合制御を実行する制御手段とを備えた内燃機関の燃料供給機構であって、
前記燃焼室から排出された排ガスのＮＯｘ濃度を検出するＮＯｘ濃度検出手段を備え、
前記制御手段が、前記高発熱量ガス混合制御において、前記ＮＯｘ濃度検出手段の検出結果に基づいて前記高発熱量ガスの混合量を制御する内燃機関の燃料供給機構。 In an internal combustion engine in which main fuel gas having a calorific value variation factor is supplied to a combustion chamber and burned,
A high calorific value gas adjusting means capable of mixing the main fuel gas with a high calorific value gas having a higher calorific value than the main fuel gas, and capable of adjusting the mixing amount;
A fuel supply mechanism for an internal combustion engine, comprising: control means for executing high calorific value gas mixing control for operating the high calorific value gas adjusting means to control the mixing amount of the high calorific value gas;
Comprising NOx concentration detection means for detecting the NOx concentration of the exhaust gas discharged from the combustion chamber;
A fuel supply mechanism for an internal combustion engine, wherein the control means controls a mixing amount of the high calorific value gas based on a detection result of the NOx concentration detecting means in the high calorific value gas mixing control. 前記制御手段が、前記高発熱量ガス混合制御において、前記ＮＯｘ濃度検出手段で検出されたＮＯｘ濃度が減少するほど前記高発熱量ガスの混合量を増加させる請求項１に記載の内燃機関の燃料供給機構。   2. The fuel for an internal combustion engine according to claim 1, wherein in the high calorific value gas mixing control, the control unit increases the mixed amount of the high calorific value gas as the NOx concentration detected by the NOx concentration detecting unit decreases. Supply mechanism. 前記制御手段が、前記ＮＯｘ濃度検出手段で検出されたＮＯｘ濃度が所定の下限値を下回った場合に前記内燃機関の出力を減少させる出力減少制御を実行する請求項１又は２に記載の内燃機関の制御装置。   The internal combustion engine according to claim 1 or 2, wherein the control means executes output reduction control for reducing the output of the internal combustion engine when the NOx concentration detected by the NOx concentration detection means falls below a predetermined lower limit value. Control device. 前記主燃料ガスに対して当該主燃料ガスよりも低い発熱量を有する低発熱量ガスを混合可能、且つ、その混合量を調整可能な低発熱量ガス調整手段を備え、
前記制御手段が、前記ＮＯｘ濃度検出手段の検出結果に基づいて、前記低発熱量ガス調整手段を作動させて前記高発熱量ガスの混合量を制御する低発熱量ガス混合制御を実行する請求項１〜３の何れか一項に記載の内燃機関の燃料供給機構。 Low calorific value gas adjusting means capable of mixing the main fuel gas with a low calorific value gas having a calorific value lower than that of the main fuel gas, and capable of adjusting the mixing amount,
The said control means performs the low calorific value gas mixing control which controls the mixing amount of the said high calorific value gas by operating the said low calorific value gas adjustment means based on the detection result of the said NOx density | concentration detection means. The fuel supply mechanism for an internal combustion engine according to any one of claims 1 to 3. 前記制御手段が、前記低発熱量ガス混合制御において、前記ＮＯｘ濃度検出手段で検出されたＮＯｘ濃度が増加するほど前記低発熱量ガスの混合量を増加させる請求項４に記載の内燃機関の燃料供給機構。   5. The fuel for an internal combustion engine according to claim 4, wherein in the low calorific value gas mixing control, the control unit increases the mixing amount of the low calorific value gas as the NOx concentration detected by the NOx concentration detecting unit increases. Supply mechanism.
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