JP2015132206A - Gas engine controller, gas engine control method, and gas engine equipped with controller - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To suppress the reduction in engine speed due to rapid load increase, with a simple configuration.SOLUTION: A controller 51 comprises: a required-gas-flow calculation unit 54 calculating a required gas flow Qg_d necessary to keep an engine speed constant from a deviation between the engine speed and a target engine speed; a throttle-valve-opening calculation unit 55 calculating a throttle opening in response to the required gas flow Qg_d; an air-gas-mixture-flow calculation unit 56 calculating an air-gas mixture Qm from the engine speed, an intake pressure, an intake temperature, an engine displacement, and the like; a gas-flow-command-value calculation unit 57 calculating a necessary gas flow command value Qt_t to be proportional to a target air excess rate λ during normal operation from the air-gas mixture flow Qm and the target air excess rate λ; and a revision calculation unit 58 revising the target air excess rate λ downward so as to satisfy required gas flow Qg_d=gas flow command value Qg_t if the required gas flow Qg_d is greater than the gas flow command value Qg_t.

Description

本発明は、負荷の増大により回転数が低下することを抑制するようにしたガスエンジンの制御装置および制御方法ならびに制御装置を備えたガスエンジンに関するものである。   The present invention relates to a control device and a control method for a gas engine, and a gas engine provided with the control device, in which a decrease in the rotational speed due to an increase in load is suppressed.

自家発電装置等、商用電力系統と連係していない単独運転の発電用エンジンでは、エンジン回転数がそのまま電源周波数となるため、電源周波数を一定に保つためにはエンジン回転数を一定に保つ制御を行う必要がある。同時に、高効率化や排ガス規制値達成のために空燃比（空気と燃料の比）を一定に保つことも必要である。   In an independently operated power generation engine that is not linked to a commercial power system, such as a private power generator, the engine speed is directly the power frequency, so control to keep the engine speed constant to keep the power frequency constant. There is a need to do. At the same time, it is necessary to keep the air-fuel ratio (ratio of air and fuel) constant in order to achieve high efficiency and achieve the exhaust gas regulation value.

燃料としてＬＰＧ等のガスを使用するガスエンジンの制御に関しては、これまでに様々な制御手法が検討されているが、代表的なものとして、負荷変動に対する応答性向上を主な目的としてスロットル弁でエンジン回転数の制御を行い、ガス流量調節弁で空燃比制御行う手法が知られている。即ち、エンジン回転数が目標回転数と一致するようにスロットル弁開度を調整した上で、空燃比が目標値と一致するようにガス流量指令値を決める方法である。   Various control methods have been studied so far for control of gas engines that use gas such as LPG as fuel. As a typical example, a throttle valve is mainly used to improve responsiveness to load fluctuations. A method of controlling the engine speed and performing air-fuel ratio control with a gas flow rate control valve is known. That is, this is a method of determining the gas flow rate command value so that the air-fuel ratio matches the target value after adjusting the throttle valve opening so that the engine speed matches the target speed.

この制御方法では、小さな負荷変動に対しては良好な応答性が得られるものの、スロットルが過渡的に全開となるような大きな負荷増加に対しては、エンジン回転数が大きく低下してしまう問題がある。これは、スロットルが大きく開きスロットル前後の差圧が小さくなると、それ以上スロットルを開いても混合気流量を増加させることが不可能となるため、シリンダに流入するガスの量を増やすことができずにエンジン出力が不足することが原因である。   With this control method, good response can be obtained for small load fluctuations, but there is a problem that the engine speed is greatly reduced for a large load increase in which the throttle is fully opened transiently. is there. This is because if the throttle is greatly opened and the differential pressure before and after the throttle is reduced, it becomes impossible to increase the flow rate of the air-fuel mixture even if the throttle is further opened, so the amount of gas flowing into the cylinder cannot be increased. This is because the engine output is insufficient.

この現象により、単独運転時にエンジン回転数が大きく低下した場合には電源周波数が低下するため、接続されている電気機器に悪影響を与える可能性がある。この問題を解決するために以下のような手法が知られている。   Due to this phenomenon, when the engine speed is greatly reduced during the single operation, the power supply frequency is lowered, which may adversely affect the connected electrical equipment. In order to solve this problem, the following methods are known.

公知の手法として、スロットル弁開度に余裕を持たせて運転する手法がある。この手法は、負荷変動に備えてスロットルを絞り加減での運転とし、スロットル弁開度の制御代を確保しておく手法である。しかし、この手法では、定常運転時にスロットルを絞っておくために絞りによる圧力損失が増加し、エンジンの発電効率（燃費）が悪化する問題がある。   As a known method, there is a method of operating with a margin in the throttle valve opening. This method is a method in which the throttle is controlled by adjusting the throttle in preparation for load fluctuations, and a control allowance for the throttle valve opening is ensured. However, this method has a problem that the pressure loss due to the throttle increases because the throttle is throttled during steady operation, and the power generation efficiency (fuel consumption) of the engine deteriorates.

また、特許文献１では、予めスロットル弁の流量特性を把握しておき、スロットル弁開度が大きい部分において流量が増加しない非線形性を補償するようにガス流量を増やす手法が提案されている。   Patent Document 1 proposes a method of increasing the gas flow rate so as to comprehend the nonlinearity in which the flow rate characteristic of the throttle valve is grasped in advance and the flow rate does not increase in a portion where the throttle valve opening is large.

一方、スロットルバルブによって出力を制御する自動車用エンジンでは、負荷増加時（加速時）に燃料を濃くする制御が一般的に行われている。この制御では、アクセル開度、エンジン回転数等を入力とするマップに燃料噴射量を記憶しておき、負荷が大きい運転領域において、燃料を濃くするように設定されているものである。   On the other hand, in an automobile engine whose output is controlled by a throttle valve, control is generally performed to thicken the fuel when the load increases (acceleration). In this control, the fuel injection amount is stored in a map having the accelerator opening, the engine speed, etc. as inputs, and the fuel is set to be concentrated in an operation region where the load is large.

特許第４１４２４７７号公報Japanese Patent No. 4142477

しかしながら、特許文献１に提案されている制御方法では、スロットル弁の流量特性が環境条件や経年条件によって変化してしまうため、補償精度が問題となる可能性がある。   However, in the control method proposed in Patent Document 1, the flow rate characteristic of the throttle valve changes depending on environmental conditions and aging conditions, so that there is a possibility that compensation accuracy becomes a problem.

一方、自動車用エンジンの制御方法では、エンジンが高負荷となるのは加速時や登坂時など一時的であるのに対して、発電用エンジンは高負荷での定常運転が基本となるため、発電用エンジンに高負荷で燃料を濃くする制御を適用した場合、定常的な燃費や排ガス性能が悪化する傾向となる。本発明が対象としている発電用エンジンでの課題は負荷の大きさ自体では無く、負荷投入量の大きさとそれに伴うエンジン回転数変動であるため、上述の自動車用エンジンの制御技術を適用することはできない。   On the other hand, in the engine engine control method, the engine is subjected to high load temporarily during acceleration or climbing, whereas the generator engine is based on steady operation at high load. When the control for thickening the fuel at a high load is applied to the engine, the steady fuel efficiency and exhaust gas performance tend to deteriorate. Since the problem with the power generation engine that is the subject of the present invention is not the magnitude of the load itself but the magnitude of the load input and the accompanying engine speed fluctuation, it is possible to apply the above-mentioned automobile engine control technology. Can not.

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、簡素な構成により、エンジン負荷の増大によるエンジン回転数の低下を抑制することができるガスエンジンの制御装置および制御方法ならびに制御装置を備えたガスエンジンを提供することを目的とする。   The present invention has been made in view of such circumstances, and has a control device, a control method, and a control device for a gas engine that can suppress a decrease in engine speed due to an increase in engine load with a simple configuration. An object is to provide a gas engine provided.

上記課題を解決するために、本発明に係るガスエンジンの制御装置は、ガス燃料により作動するガスエンジンにおいて、負荷変動に対するエンジン回転数の応答性を向上させるガスエンジンの制御装置であって、前記エンジン回転数と目標エンジン回転数との偏差から、前記エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量を演算する要求ガス流量演算部と、前記要求ガス流量に応じてスロットル弁開度を演算するスロットル弁開度演算部と、前記エンジン回転数と、吸気圧力と、吸気温度と、エンジン排気量等から混合気流量を演算する混合気流量演算部と、前記混合気流量と、定常運転時における目標空気過剰率および／または目標空燃比とから、該目標空気過剰率および／または該目標空燃比に一致させるために必要なガス流量指令値を演算するガス流量指令値演算部と、前記要求ガス流量が前記ガス流量指令値よりも大きい場合には、要求ガス流量＝ガス流量指令値となるように前記目標空気過剰率および／または前記目標空燃比を下方修正する修正演算部と、を備えてなることを特徴とする。   In order to solve the above problems, a gas engine control device according to the present invention is a gas engine control device that improves the response of the engine speed to load fluctuations in a gas engine operated by gas fuel, Based on the deviation between the engine speed and the target engine speed, a required gas flow rate calculation unit for calculating a required gas flow rate required to keep the engine speed constant, and a throttle valve opening according to the required gas flow rate. Throttle valve opening calculation unit for calculating, mixture flow rate calculation unit for calculating the mixture flow rate from the engine speed, intake pressure, intake air temperature, engine exhaust amount, etc., the mixture flow rate, and steady operation Gas flow rate required to match the target air excess ratio and / or the target air-fuel ratio from the target air excess ratio and / or the target air-fuel ratio at the time A gas flow rate command value calculation unit for calculating a command value; and, when the required gas flow rate is larger than the gas flow rate command value, the target excess air ratio and / or the required gas flow rate = the gas flow rate command value. And a correction calculation unit for correcting the target air-fuel ratio downward.

また、上記課題を解決するために、本発明に係るガスエンジンの制御方法は、ガス燃料により作動するガスエンジンにおいて、負荷変動に対するエンジン回転数の応答性を向上させるガスエンジンの制御方法であって、前記エンジン回転数と、目標エンジン回転数との偏差から、前記エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量を演算する要求ガス流量演算ステップと、前記要求ガス流量に応じてスロットル弁開度を演算するスロットル弁開度演算ステップと、前記エンジン回転数と、吸気圧力と、吸気温度と、エンジン排気量等から混合気流量を演算する混合気流量演算ステップと、前記混合気流量と、定常運転時における目標空気過剰率および／または目標空燃比とから、該目標空気過剰率および／または該目標空燃比に一致させるために必要なガス流量指令値を演算するガス流量指令値演算ステップと、前記要求ガス流量と前記ガス流量指令値とを比較し、要求ガス流量＞ガス流量指令値となるか否かを判定する比較判定ステップと、前記比較判定ステップにおける判定結果が肯定判定である場合には、要求ガス流量＝ガス流量指令値となるように前記目標空気過剰率および／または前記目標空燃比を下方修正する下方修正ステップと、を備えてなることを特徴とする。   In order to solve the above-mentioned problems, a gas engine control method according to the present invention is a gas engine control method for improving the response of the engine speed to load fluctuations in a gas engine operated by gas fuel. A required gas flow rate calculating step for calculating a required gas flow rate required to keep the engine rotational speed constant from a deviation between the engine rotational speed and the target engine rotational speed, and a throttle valve according to the required gas flow rate A throttle valve opening calculating step for calculating an opening; an air-fuel flow calculating step for calculating an air-fuel flow from the engine speed, intake pressure, intake air temperature, engine displacement, etc .; The target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio in steady operation agrees with the target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio. A gas flow rate command value calculating step for calculating a gas flow rate command value necessary for adjusting the required gas flow rate and the gas flow rate command value, and determining whether or not the required gas flow rate is greater than the gas flow rate command value. When the comparison determination step and the determination result in the comparison determination step are affirmative determination, the target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio are corrected downward so that the required gas flow rate = the gas flow rate command value. A downward correction step.

上記構成のガスエンジンの制御装置およびガスエンジンの制御方法によれば、要求ガス流量演算部により、エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量が演算され、この要求ガス流量に応じてスロットル弁開度演算部によりスロットル弁開度が演算される。また、混合気流量演算部により、混合気流量が演算される。   According to the gas engine control device and the gas engine control method configured as described above, the required gas flow rate calculation unit calculates the required gas flow rate necessary to keep the engine speed constant, and according to the required gas flow rate. The throttle valve opening calculation unit calculates the throttle valve opening. Further, the mixture flow rate is calculated by the mixture flow rate calculation unit.

さらに、ガス流量指令値演算部により、混合気流量と、定常運転時における目標空気過剰率または目標空燃比とから、該目標空気過剰率または該目標空燃比に一致させるために必要なガス流量指令値が演算される。そして、修正演算部により、要求ガス流量がガス流量指令値よりも大きい場合には、要求ガス流量がガス流量指令値と等しくなるように目標空気過剰率または目標空燃比が下方修正される。   Further, the gas flow rate command value calculation unit calculates a gas flow rate command necessary for making the target air excess rate or the target air-fuel ratio equal to the target air excess rate or the target air-fuel ratio from the air-fuel mixture flow rate and the target air excess rate or target air-fuel ratio during steady operation. The value is calculated. Then, when the required gas flow rate is larger than the gas flow rate command value, the correction arithmetic unit corrects the target excess air ratio or the target air-fuel ratio downward so that the required gas flow rate becomes equal to the gas flow rate command value.

目標空気過剰率または目標空燃比が下がると、その分、ガス流量指令値が増加するため、混合気中のガス燃料の割合（空燃比）が増加し、エンジン出力が向上する。このため、エンジン負荷が増大した時にエンジン回転数が低下することを抑制することができる。   When the target excess air ratio or the target air-fuel ratio decreases, the gas flow rate command value increases accordingly, so that the ratio of gas fuel in the mixture (air-fuel ratio) increases and the engine output improves. For this reason, it can suppress that an engine speed falls, when an engine load increases.

上記の制御装置（制御方法）は、ソフトウエアの変更（プログラミング）のみで実施可能であり、ハードウエアの追加は不要であるため、構成が複雑化することがなく、簡素な構成を維持することができる。   The above control device (control method) can be implemented only by changing the software (programming), and no additional hardware is required, so the configuration is not complicated and the simple configuration is maintained. Can do.

しかも、環境条件や経年条件によって変化してしまうスロットル弁の流量特性を無視して制御することができる。このため、従来のようにスロットル弁の流量特性を把握しておき、スロットル開度が大きい部分において流量が増加しない非線形性を補償するようにガス流量を増やす手法に比べて、スロットル弁の流量特性を、制御を容易且つ確実に行うことができる。   In addition, the flow rate characteristic of the throttle valve that changes depending on environmental conditions and aging conditions can be ignored and controlled. For this reason, the flow rate characteristics of the throttle valve are compared with the conventional method in which the flow rate characteristics of the throttle valve are grasped and the gas flow rate is increased so as to compensate for the non-linearity in which the flow rate does not increase when the throttle opening is large. Can be controlled easily and reliably.

また、本発明に係るガスエンジンの制御装置は、前記目標空気過剰率および／または前記目標空燃比が下方修正された時に、前記ガスエンジンの点火時期を遅延させる点火時期遅延部をさらに備えたことを特徴とする。   The control device for a gas engine according to the present invention further includes an ignition timing delay unit that delays the ignition timing of the gas engine when the target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio is corrected downward. It is characterized by.

前記のように目標空気過剰率および／または目標空燃比が下方修正されて混合気中のガス燃料の割合（空燃比）が増加した時には、異常燃焼によるノッキングが起こりやすくなる。この時、点火時期遅延部により、エンジンの点火時期が遅延されるため、ノッキングの発生が抑制される。   As described above, when the target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio is corrected downward and the ratio of the gas fuel in the mixture (air-fuel ratio) increases, knocking due to abnormal combustion is likely to occur. At this time, since the ignition timing of the engine is delayed by the ignition timing delay unit, the occurrence of knocking is suppressed.

また、本発明に係るガスエンジンの制御装置は、前記ガス燃料の種別や成分に応じて前記目標空気過剰率および／または前記目標空燃比に燃料種別補正係数を付与する燃料種別補正部をさらに備えたことを特徴とする。   The control device for a gas engine according to the present invention further includes a fuel type correction unit that gives a fuel type correction coefficient to the target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio according to the type and composition of the gas fuel. It is characterized by that.

ガスエンジンに用いられるガス燃料は地域により種別や成分が異なるため、ガスエンジンにおける理論空燃比も変化する。これに対応するため、燃料種別補正部を設け、ガス燃料の種類に応じて目標空気過剰率や目標空燃比に補正係数をかけてやる。これにより、ガス燃料の種類に適合した目標空気過剰率や目標空燃比を演算することができ、上述のエンジン回転数低下を抑制する制御を安定的に行うことができる。   Since the gas fuel used in the gas engine has different types and components depending on the region, the theoretical air-fuel ratio in the gas engine also changes. In order to cope with this, a fuel type correction unit is provided to apply a correction coefficient to the target excess air ratio and the target air-fuel ratio in accordance with the type of gas fuel. As a result, the target excess air ratio and the target air-fuel ratio suitable for the type of gas fuel can be calculated, and the above-described control for suppressing the engine speed reduction can be stably performed.

また、本発明に係るガスエンジンは、上述した制御装置を備えたことを特徴とする。このため、簡素な構成により、エンジン負荷の増大によるエンジン回転数の低下量を抑制することができる。   A gas engine according to the present invention includes the above-described control device. For this reason, the amount of decrease in engine speed due to an increase in engine load can be suppressed with a simple configuration.

以上のように、本発明に係るガスエンジンの制御装置および制御方法ならびに制御装置を備えたガスエンジンによれば、簡素な構成により、エンジン負荷の増大によるエンジン回転数の低下を抑制することができる。
このため、特に発電用エンジンに適用する場合においては、負荷の変動によってエンジン回転数、即ち電源周波数が変動してしまうことを防止することができる。 As described above, according to the gas engine control device, the control method, and the gas engine including the control device according to the present invention, it is possible to suppress a decrease in engine speed due to an increase in engine load with a simple configuration. .
For this reason, especially when applied to a power generation engine, it is possible to prevent the engine speed, that is, the power supply frequency from fluctuating due to fluctuations in load.

本発明に係る制御装置を適用可能な１段過給方式のガスエンジンの一例を示す概略構成図である。1 is a schematic configuration diagram illustrating an example of a one-stage supercharging gas engine to which a control device according to the present invention can be applied. 本発明に係る制御装置を適用可能な２段過給方式のガスエンジンの一例を示す概略構成図である。It is a schematic block diagram which shows an example of the gas engine of the two-stage supercharging system which can apply the control apparatus which concerns on this invention. スロットル弁開度が大きく、開弁量を増加しても混合気量が増えず、ガス流量に非線形領域が発生した状態を示すグラフである。It is a graph which shows the state where the amount of air-fuel mixture does not increase even if the opening amount of the throttle valve is large and the amount of air-fuel mixture increases, and a nonlinear region occurs in the gas flow rate. 本発明の第１実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a control device concerning a 1st embodiment of the present invention. 本発明の第１実施形態に係る制御方法を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the control method which concerns on 1st Embodiment of this invention. （ａ），（ｂ）は従来のエンジン特性を示し、（ｃ）は本発明のエンジン特性を示すグラフである。(A), (b) shows the conventional engine characteristic, (c) is a graph which shows the engine characteristic of this invention. 本発明の第２実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of the control apparatus which concerns on 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第３実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a control device concerning a 3rd embodiment of the present invention. 本発明の第４実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。It is a functional block diagram of a control device concerning a 4th embodiment of the present invention.

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。   Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.

［第１実施形態］
図１は、本発明に係る制御装置を適用可能な１段過給方式のガスエンジンの一例を示す概略構成図である。このガスエンジンは、例えば図示しない発電機を駆動するためのものである。 [First Embodiment]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram showing an example of a one-stage supercharging gas engine to which a control device according to the present invention can be applied. This gas engine is for driving a generator (not shown), for example.

このガスエンジン１は、内部でピストン２が摺動するシリンダ３に、吸気バルブ４で開閉される吸気ポート５と、排気バルブ６で開閉される排気ポート７とが繋がっている。シリンダ３とピストン２との間には燃焼室８が画成され、この燃焼室８に点火プラグ９が設けられている。   In the gas engine 1, an intake port 5 that is opened and closed by an intake valve 4 and an exhaust port 7 that is opened and closed by an exhaust valve 6 are connected to a cylinder 3 in which a piston 2 slides. A combustion chamber 8 is defined between the cylinder 3 and the piston 2, and a spark plug 9 is provided in the combustion chamber 8.

吸気ポート５にはインテークマニホルド１１が接続され、その上流端に過給機１２のコンプレッサ１２ｃが接続されている。インテークマニホルド１１の中間部にはスロットル弁１４とインタークーラ１５が接続されている。また、コンプレッサ１２ｃに接続された吸気管１７の中間部に、ガス燃料を供給するガス流量調整弁１８が接続され、上流端にエアクリーナ１９が接続されている。   An intake manifold 11 is connected to the intake port 5, and a compressor 12c of the supercharger 12 is connected to the upstream end thereof. A throttle valve 14 and an intercooler 15 are connected to an intermediate portion of the intake manifold 11. A gas flow rate adjusting valve 18 for supplying gas fuel is connected to an intermediate portion of the intake pipe 17 connected to the compressor 12c, and an air cleaner 19 is connected to the upstream end.

一方、排気ポート７にはエキゾーストマニホルド２２が接続され、その下流端に過給機１２のタービン１２ｔが接続されている。過給機１２のコンプレッサ１２ｃとタービン１２ｔとは回転軸１２ｓを介して一体に回転する。タービン１２ｔには排気管２４が接続され、この排気管２４とエキゾーストマニホルド２２とを結ぶバイパス排気通路２５にバイパス排気弁２６が設けられている。   On the other hand, an exhaust manifold 22 is connected to the exhaust port 7, and a turbine 12t of the supercharger 12 is connected to the downstream end thereof. The compressor 12c and the turbine 12t of the supercharger 12 rotate together via a rotating shaft 12s. An exhaust pipe 24 is connected to the turbine 12 t, and a bypass exhaust valve 26 is provided in a bypass exhaust passage 25 connecting the exhaust pipe 24 and the exhaust manifold 22.

このように構成されたガスエンジン１において、エアクリーナ１９から吸入された空気は、ガス流量調整弁１８においてガス燃料を噴射されて燃料混合気とされ、過給機１２のコンプレッサ１２ｃにより圧縮され、インテークマニホルド１１を経てシリンダ３に過給されてガスエンジン１を作動させる。この燃料混合気はスロットル弁１４により流量を調整され、インタークーラ１５により圧縮熱を冷却される。   In the gas engine 1 configured as described above, the air sucked from the air cleaner 19 is injected with gas fuel at the gas flow rate adjusting valve 18 to become a fuel mixture, compressed by the compressor 12 c of the supercharger 12, and intake The gas engine 1 is operated by being supercharged to the cylinder 3 through the manifold 11. The flow rate of the fuel mixture is adjusted by the throttle valve 14, and the compression heat is cooled by the intercooler 15.

また、シリンダ３から排出された排ガスは、エキゾーストマニホルド２２を経て過給機１２のタービン１２ｔに供給され、タービン１２ｔを高速回転させる。この回転は回転軸１２ｓを介してコンプレッサ１２ｃを高速で駆動し、新気の圧縮および過給を継続させる。   Further, the exhaust gas discharged from the cylinder 3 is supplied to the turbine 12t of the supercharger 12 through the exhaust manifold 22, and rotates the turbine 12t at high speed. This rotation drives the compressor 12c at high speed via the rotating shaft 12s, and continues the compression and supercharging of fresh air.

なお、図２に示すように、低圧用の過給機１２Ａと高圧用の過給機１２Ｂとが備えられた２段過給方式のガスエンジン１０１としてもよい。この例では、過給機１２Ａ，１２Ｂを経由せずに吸気管１７とインテークマニホルド１１との間を直接結ぶバイパス吸気通路２８にサブスロットル弁２９が設けられている。一方、排気側には過給機１２Ａ，１２Ｂ間とエキゾーストマニホルド２２とを結ぶバイパス排気通路２５ａとバイパス排気弁２６ａとが追加されている。   In addition, as shown in FIG. 2, it is good also as the gas engine 101 of the two-stage supercharging system provided with 12 A of superchargers for low pressures, and the supercharger 12B for high pressures. In this example, a sub-throttle valve 29 is provided in a bypass intake passage 28 that directly connects the intake pipe 17 and the intake manifold 11 without passing through the superchargers 12A and 12B. On the other hand, a bypass exhaust passage 25a and a bypass exhaust valve 26a connecting between the superchargers 12A and 12B and the exhaust manifold 22 are added on the exhaust side.

このようなガスエンジン１，１０１においては、負荷変動に対する応答性を向上させるために、スロットル弁１４でエンジン回転数の制御を行うとともに、ガス流量調節弁１８で空燃比制御行うようになっている。即ち、エンジン回転数が目標回転数と一致するようにスロットル弁１４の開度を調整した上で、空燃比が目標値と一致するようにガス流量調節弁１８へのガス流量指令値を決める制御方法となっている。   In such gas engines 1 and 101, the engine speed is controlled by the throttle valve 14 and the air-fuel ratio control is performed by the gas flow rate control valve 18 in order to improve the response to the load fluctuation. . That is, the control for determining the gas flow rate command value to the gas flow rate adjusting valve 18 so that the air-fuel ratio matches the target value after adjusting the opening degree of the throttle valve 14 so that the engine speed matches the target speed. It has become a method.

しかし、この制御方法では、小さな負荷変動に対しては良好な応答性が得られるものの、スロットル弁１４が過渡的に全開となるような大きな負荷増加に対してはエンジン回転数が大きく低下してしまう問題がある。これは、スロットル弁１４が大きく開いてスロットル弁１４の前後の差圧が小さくなると、それ以上スロットル弁１４を開いても混合気流量を増加させることが不可能になるため、シリンダ３に流入するガスの量を増やすことができずにエンジン出力が不足することが原因である。   However, with this control method, good responsiveness can be obtained for small load fluctuations, but the engine speed greatly decreases for a large load increase in which the throttle valve 14 is transiently fully opened. There is a problem. This is because if the throttle valve 14 is greatly opened and the differential pressure before and after the throttle valve 14 is reduced, it becomes impossible to increase the flow rate of the air-fuel mixture even if the throttle valve 14 is opened further. This is because the amount of gas cannot be increased and the engine output is insufficient.

このため、図３に示すように、スロットル弁１４の開度を大きくしても混合気の流量が増えず、混合気の流量が増えないために混合気中のガス流量も増加せず、ガス流量に非線形の領域ＮＬが発生してしまい、エンジン出力が増加しなくなる。これにより、エンジン回転数が落ち込んでストールする傾向となる。図４に示す制御装置５１は、このような不具合を解消するものである。   For this reason, as shown in FIG. 3, even if the opening degree of the throttle valve 14 is increased, the flow rate of the air-fuel mixture does not increase, and the flow rate of the air-fuel mixture does not increase. A non-linear region NL occurs in the flow rate, and the engine output does not increase. As a result, the engine speed tends to drop and stall. The control device 51 shown in FIG. 4 solves such a problem.

この制御装置５１は、要求ガス流量演算部５４(PL controller)と、スロットル弁開度演算部５５(P gain)と、混合気流量演算部５６と、ガス流量指令値演算部５７と、修正演算部５８とを備えて構成されている。   The control device 51 includes a required gas flow rate calculation unit 54 (PL controller), a throttle valve opening calculation unit 55 (P gain), an air-fuel mixture flow rate calculation unit 56, a gas flow rate command value calculation unit 57, and a correction calculation. Part 58.

要求ガス流量演算部５４は、エンジン回転数と目標エンジン回転数との偏差から、エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量Qg_dを演算する機能部である。   The required gas flow rate calculation unit 54 is a functional unit that calculates a required gas flow rate Qg_d necessary for keeping the engine speed constant from the deviation between the engine speed and the target engine speed.

スロットル弁開度演算部５５は、要求ガス流量Qg_dに応じてスロットル弁１４の開度を演算する機能部である。   The throttle valve opening calculation unit 55 is a functional unit that calculates the opening of the throttle valve 14 in accordance with the required gas flow rate Qg_d.

混合気流量演算部５６は、エンジン回転数と、吸気圧力、即ち、スロットル弁１４とシリンダ３との間におけるインテークマニホルド１１内の内圧（負圧）と、吸気温度と、エンジン排気量等から混合気流量Qmを演算する機能部である。この混合気流量Qm［m3/sec］は次の式（１）により導かれる。

Figure 2015132206
ここで、pinは吸気圧力［Pa］、即ちインテークマニホルド１１の内圧、Tinはインテークマニホルド１１の温度［K］、ηvは体積効率、Neはエンジン回転数［rpm］、Veはエンジン排気量［m3］、Rは気体定数［Pa・m3/kg/K］である。 The air-fuel mixture flow rate calculation unit 56 mixes the engine speed, the intake pressure, that is, the internal pressure (negative pressure) in the intake manifold 11 between the throttle valve 14 and the cylinder 3, the intake air temperature, the engine displacement, and the like. This is a functional unit that calculates the air flow Qm. This air-fuel mixture flow rate Qm [m3 / sec] is derived by the following equation (1).
Figure 2015132206
 Here, pin is the intake pressure [Pa], that is, the internal pressure of the intake manifold 11, Tin is the temperature [K] of the intake manifold 11, ηv is volumetric efficiency, Ne is the engine speed [rpm], Ve is the engine displacement [m3 ] And R are gas constants [Pa · m3 / kg / K].

ガス流量指令値演算部５７は、混合気流量Qmと、定常運転時における目標空気過剰率λとから、目標空気過剰率λに一致させるために必要なガス流量指令値Qg_tを演算する機能部である。このガス流量指令値Qg_tは次の式（２）により導かれる。

Figure 2015132206
The gas flow rate command value calculation unit 57 is a functional unit that calculates a gas flow rate command value Qg_t required to match the target air excess rate λ from the mixture flow rate Qm and the target air excess rate λ during steady operation. is there. This gas flow rate command value Qg_t is derived by the following equation (2).
Figure 2015132206

修正演算部５８は、要求ガス流量Qg_dがガス流量指令値Qg_tよりも大きい場合には、要求ガス流量Qg_d＝ガス流量指令値Qg_tとなるように目標空気過剰率λを下方修正する機能部である。この下方修正の補正値Δλは次の式（３）により導かれる。

Figure 2015132206
ここで、λdは要求空気過剰率、λtは空気過剰率指令値、AFRthは理論空燃比である。 The correction calculation unit 58 is a functional unit that downwardly corrects the target excess air ratio λ so that the required gas flow rate Qg_d = the gas flow rate command value Qg_t when the required gas flow rate Qg_d is larger than the gas flow rate command value Qg_t. . The correction value Δλ for this downward correction is derived from the following equation (3).
Figure 2015132206
 Here, λd is the required excess air ratio, λt is the excess air ratio command value, and AFRth is the stoichiometric air-fuel ratio.

この制御装置５１では、前述のように、エンジン負荷が増大してスロットル弁１４の開度が大きくなり、混合気量を増加させることができなくなった場合に、空気過剰率λの目標値を下げてガス濃度（空燃比）を濃くし、必要なガス流量を確保するように制御している。例えば、本実施形態では、実空気量と理論空気量の比である目標空気過剰率λを制御量としているが、実空気量と燃料の比である空燃比（Air Flow Ratio：AFR）を制御量としても良い。この手法により、スロットル弁１４における圧力損失を増加させることなく、負荷増加に対するエンジン回転数の低下を減少させることができる。   In this control device 51, as described above, when the engine load increases and the opening of the throttle valve 14 increases and the air-fuel mixture cannot be increased, the target value of the excess air ratio λ is decreased. The gas concentration (air / fuel ratio) is increased to control the required gas flow rate. For example, in this embodiment, the target excess air ratio λ, which is the ratio between the actual air amount and the theoretical air amount, is used as the control amount, but the air flow ratio (AFR) that is the ratio between the actual air amount and the fuel is controlled. It is good as quantity. With this method, it is possible to reduce the decrease in the engine speed with respect to the load increase without increasing the pressure loss in the throttle valve 14.

次に、この制御装置５１の作動について、図５のフローチャートを参照しながら説明する。   Next, the operation of the control device 51 will be described with reference to the flowchart of FIG.

本制御がスタートすると、まずステップＳ１において、要求ガス流量演算部５４により要求ガス流量Qg_dが演算される（要求ガス流量演算ステップ）。
次に、ステップＳ２において、スロットル弁開度演算部５５によりスロットル弁１４の開度が演算される（スロットル弁開度演算ステップ）。
次に、ステップＳ３において、混合気流量演算部５６により混合気流量Qmが演算される（混合気流量演算ステップ）。 When this control starts, first, in step S1, the required gas flow rate calculation unit 54 calculates the required gas flow rate Qg_d (required gas flow rate calculation step).
Next, in step S2, the throttle valve opening calculation unit 55 calculates the opening of the throttle valve 14 (throttle valve opening calculation step).
Next, in step S3, the mixture flow rate Qm is calculated by the mixture flow rate calculation unit 56 (mixture flow rate calculation step).

さらに、ステップＳ４において、ガス流量指令値演算部５７により、混合気流量Qmと、定常運転時における目標空気過剰率λとから、該目標空気過剰率λに一致させるために必要なガス流量指令値Qg_tが演算される（ガス流量指令値演算ステップ）。   Further, in step S4, the gas flow rate command value calculation unit 57 causes the gas flow rate command value necessary to match the target air excess rate λ from the mixture flow rate Qm and the target air excess rate λ during steady operation. Qg_t is calculated (gas flow rate command value calculation step).

そして、ステップＳ５において、修正演算部５８により、要求ガス流量Qg_dとガス流量指令値Qg_tとが比較され、要求ガス流量Qg_d＞ガス流量指令値Qg_tとなるか否かが判定される。つまり、図３のグラフにも示したガス流量に非線形の領域ＮＬが発生しているか否かが判定される（比較判定ステップ）。   In step S5, the correction calculation unit 58 compares the required gas flow rate Qg_d with the gas flow rate command value Qg_t, and determines whether or not the required gas flow rate Qg_d> the gas flow rate command value Qg_t. That is, it is determined whether or not a non-linear region NL is generated in the gas flow rate also shown in the graph of FIG. 3 (comparison determination step).

ステップＳ５における判定結果が肯定判定（Yes）である場合、即ちガスエンジン１（１０１）の回転数偏差が大きく要求ガス量が多い、つまりスロットル弁１４の開度が大きいため混合気流量が増加しない場合にはステップＳ６に移行し、要求ガス流量Qg_d＝ガス流量指令値Qg_tとなるように、目標空気過剰率λが下方修正される（下方修正ステップ）。この時の目標空気過剰率λの補正値Δλは、前述の式（３）により導かれる。   If the determination result in step S5 is affirmative (Yes), that is, the rotational speed deviation of the gas engine 1 (101) is large and the required gas amount is large, that is, the opening of the throttle valve 14 is large, so the mixture flow rate does not increase. In this case, the process proceeds to step S6, and the target excess air ratio λ is corrected downward so that the required gas flow rate Qg_d = gas flow rate command value Qg_t (downward correction step). The correction value Δλ of the target excess air ratio λ at this time is derived from the above-described equation (3).

その後、ステップＳ７に移行し、スロットル弁１４によってガスエンジン１（１０１）の回転数制御が行われるとともに、ガス流量調整弁１８によって空燃比の制御が行われる。そして、ステップＳ１〜Ｓ７のルーティンが繰り返される。
また、ステップＳ５における判定結果が否定判定（No）である場合、即ちガスエンジン１（１０１）の回転数偏差が小さく要求ガス量が少ない場合には、そのままステップＳ７に移行して運転が続行される。 Thereafter, the process proceeds to step S7, where the throttle valve 14 controls the rotation speed of the gas engine 1 (101) and the gas flow rate adjustment valve 18 controls the air-fuel ratio. Then, the routine of steps S1 to S7 is repeated.
If the determination result in step S5 is negative (No), that is, if the rotational speed deviation of the gas engine 1 (101) is small and the required gas amount is small, the process proceeds to step S7 and the operation is continued. The

この制御装置５１および制御方法によれば、要求ガス流量演算部５４により、エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量Qg_dが演算され、この要求ガス流量Qg_dに応じてスロットル弁開度演算部５５によりスロットル弁１４の開度が演算される。また、混合気流量演算部５６により、混合気流量Qmが演算される。   According to the control device 51 and the control method, the required gas flow rate calculation unit 54 calculates the required gas flow rate Qg_d required to keep the engine speed constant, and the throttle valve opening degree is determined according to the required gas flow rate Qg_d. The opening of the throttle valve 14 is calculated by the calculation unit 55. Further, the air-fuel mixture flow rate calculation unit 56 calculates the air-fuel mixture flow rate Qm.

さらに、ガス流量指令値演算部５７により、混合気流量Qmと、定常運転時における目標空気過剰率λとから、該目標空気過剰率λに一致させるために必要なガス流量指令値Qg_tが演算される。そして、修正演算部５８により、要求ガス流量Qg_dがガス流量指令値Qg_tよりも大きい場合には、要求ガス流量Qg_dがガス流量指令値Qg_tと等しくなるように補正値Δλが演算されて目標空気過剰率λが下方修正される。   Further, the gas flow rate command value calculation unit 57 calculates the gas flow rate command value Qg_t necessary to match the target air excess rate λ from the mixture flow rate Qm and the target air excess rate λ during steady operation. The Then, when the required gas flow rate Qg_d is larger than the gas flow rate command value Qg_t, the correction calculation unit 58 calculates the correction value Δλ so that the required gas flow rate Qg_d becomes equal to the gas flow rate command value Qg_t, and the target air excess The rate λ is corrected downward.

目標空気過剰率λが下がると、その分、ガス流量指令値Qg_tが増加するため、混合気中のガス燃料の割合（空燃比）が増加し、エンジン出力が向上する。このため、エンジン負荷が増大した時にエンジン回転数が低下することを抑制することができる。   When the target excess air ratio λ decreases, the gas flow rate command value Qg_t increases accordingly, so the ratio of gas fuel (air-fuel ratio) in the mixture increases and the engine output improves. For this reason, it can suppress that an engine speed falls, when an engine load increases.

図６（ａ），（ｂ）は従来のガスエンジンの特性を示し、（ｃ）は本実施形態のガスエンジンの特性を示すグラフである。
図６（ａ）に示すように、従来のガスエンジンでも、負荷の増大幅が小さい場合には、スロットル弁開度を大きくすることによって混合気／ガス流量を増大させることができ、エンジン回転数の落ち込みは僅かで済んだ。 FIGS. 6A and 6B show the characteristics of a conventional gas engine, and FIG. 6C is a graph showing the characteristics of the gas engine of the present embodiment.
As shown in FIG. 6 (a), even in a conventional gas engine, when the load increase is small, the air-fuel mixture / gas flow rate can be increased by increasing the throttle valve opening, and the engine speed The decline of was small.

しかし、負荷の増大幅が大きい場合には、図６（ｂ）に示すように、スロットル弁開度が全開になってしまう（Ａ点）、もしくはスロットル開度が大きいために、さらに開度を大きくしても、混合気流量の増大が望めない（Ｂ点）。また、従来では目標空気過剰率λが一定のままであった（Ｃ点）。このため、ガス流量が大きく増大されることはなく（Ｄ点）、結果的にエンジン出力が不足してエンジン回転数が大きく低下し（Ｅ点）、エンジンストールを来す懸念があった。   However, when the increase in load is large, as shown in FIG. 6B, the throttle valve opening is fully opened (point A), or the throttle opening is large, so the opening is further reduced. Even if it is increased, an increase in the air-fuel mixture flow rate cannot be expected (point B). Conventionally, the target excess air ratio λ remains constant (point C). For this reason, the gas flow rate is not greatly increased (D point). As a result, the engine output is insufficient, the engine speed is greatly reduced (point E), and there is a concern that the engine stalls.

これに対して、図６（ｃ）に示す本実施形態のガスエンジンでは、大きな負荷増大があった時に、スロットル弁開度が全開になること（Ａ点）や、スロットル開度の増大に混合気流量の増大がついてこない点（Ｂ点）については従来と同様である。しかし、目標空気過剰率λが下方修正（Ｆ点）されることにより、相対的に混合気中のガス燃料の割合（空燃比）が増加する（Ｇ点）。このため、エンジン出力が向上し、結果的にエンジン回転数の低下量が小さくなる（Ｈ点）。したがって、ガスエンジンで発電機を駆動して発電を行う場合には、電源周波数が変動することを防止して安定した発電を行うことができる。   On the other hand, in the gas engine of the present embodiment shown in FIG. 6 (c), when the load increases greatly, the throttle valve opening degree is fully opened (point A) or mixed with the increase of the throttle opening degree. The point where the air flow rate does not increase (point B) is the same as in the prior art. However, when the target excess air ratio λ is corrected downward (point F), the ratio (air-fuel ratio) of the gas fuel in the air-fuel mixture relatively increases (point G). For this reason, the engine output is improved, and as a result, the amount of decrease in the engine speed is reduced (H point). Therefore, when generating power by driving a generator with a gas engine, it is possible to prevent power supply frequency from fluctuating and perform stable power generation.

上記の制御装置５１および制御方法は、ソフトウエアの変更（プログラミング）のみで実施可能であり、ハードウエアの追加は不要であるため、構成が複雑化することがなく、簡素な構成を維持することができる。なお、図２に示す２段過給方式のガスエンジン１０１であっても、ハードウエアの追加等は一切不要である。   The control device 51 and the control method described above can be implemented only by software change (programming), and no additional hardware is required, so that the configuration is not complicated and the simple configuration is maintained. Can do. Note that no additional hardware or the like is required even for the two-stage supercharging gas engine 101 shown in FIG.

しかも、環境条件や経年条件によって変化してしまうスロットル弁１４の流量特性を無視して制御することができる。このため、従来のようにスロットル弁１４の流量特性を把握しておき、スロットル開度が大きい部分において流量が増加しない非線形性を補償するようにガス流量を増やすという手法に比べて、制御を容易且つ確実に行うことができる。   In addition, the flow rate characteristic of the throttle valve 14 that changes depending on environmental conditions and aging conditions can be ignored and controlled. For this reason, control is easier than the conventional method of grasping the flow rate characteristics of the throttle valve 14 and increasing the gas flow rate so as to compensate for the non-linearity in which the flow rate does not increase in a portion where the throttle opening is large. And it can be performed reliably.

ところで、エンジン負荷が増大して目標空気過剰率λの下方修正が行われると、しばらくして以下のプロセスにより目標空気過剰率λの補正量（Δλ）が０となるため、定常の目標空気過剰率λに復帰する。   By the way, when the engine load increases and the downward correction of the target excess air ratio λ is performed, the correction amount (Δλ) of the target excess air ratio λ becomes 0 by the following process after a while. Return to rate λ.

即ち、負荷投入増加後は、エンジン回転数が落ち込みから復帰することに伴い、混合気流量が増加する。その結果，排気エネルギーが増大し、タービン１２ｔに流入するエネルギーが増加し、コンプレッサ仕事が増加して過給圧が増加し、さらに混合気流量が増加というサイクルにより混合気流量、過給圧が増加していく。そして、このサイクルによる混合気流量増加に伴いガス流量指令値が増加してゆき、その結果ガス流量指令値Qg_t＝要求ガス流量Qg_dとなるため，定常状態に復帰して目標空気過剰率λの補正値Δλが０となる。   That is, after the load is increased, the air-fuel mixture flow rate increases as the engine speed returns from the drop. As a result, the exhaust energy increases, the energy flowing into the turbine 12t increases, the compressor work increases, the boost pressure increases, and the mixture flow rate increases, and the mixture flow rate and boost pressure increase. I will do it. Then, the gas flow rate command value increases as the mixture flow rate increases due to this cycle, and as a result, the gas flow rate command value Qg_t = required gas flow rate Qg_d, so that the steady state is restored and the target excess air ratio λ is corrected. The value Δλ becomes zero.

このため、混合気が濃くなる期間は、負荷が増大した時点から数秒〜数十秒間というごく短い時間のみである。したがって、ガスエンジンの燃料消費量が多くなってランニングコストが増加するような懸念はない。   For this reason, the period during which the air-fuel mixture becomes rich is only a very short time of several seconds to several tens of seconds from the time when the load increases. Therefore, there is no concern that the fuel consumption of the gas engine increases and the running cost increases.

［第２実施形態］
図７は、本発明の第２実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。この制御装置６１において、図４に示す第１実施形態の制御装置５１と異なる点は、制御装置５１では実空気量と理論空気量の比である空気過剰率λを制御量としていたが、この制御装置６１では、実空気量と燃料の比である空燃比（Air Flow Ratio：AFR）を制御量としている点である。 [Second Embodiment]
FIG. 7 is a functional block diagram of a control device according to the second embodiment of the present invention. The control device 61 differs from the control device 51 of the first embodiment shown in FIG. 4 in that the control device 51 uses the excess air ratio λ, which is the ratio of the actual air amount and the theoretical air amount, as the control amount. In the control device 61, the air-fuel ratio (Air Flow Ratio: AFR), which is the ratio between the actual air amount and the fuel, is used as the control amount.

このため、ガス流量指令値演算部５７では、定常時の目標空燃比ＡＦＲと混合気流量Qmに基づいてガス流量指令値Qg_tが演算される。このガス流量指令値Qg_tは次の式（４）により導かれる。

Figure 2015132206
For this reason, the gas flow rate command value calculation unit 57 calculates the gas flow rate command value Qg_t based on the target air-fuel ratio AFR and the air-fuel mixture flow rate Qm in the steady state. This gas flow rate command value Qg_t is derived by the following equation (4).
Figure 2015132206

また、修正演算部５８は、要求ガス流量Qg_dがガス流量指令値Qg_tよりも大きい場合には、要求ガス流量Qg_d＝ガス流量指令値Qg_tとなるように目標空燃比AFRを下方修正する。この下方修正の補正値ΔAFRは次の式（５）により導かれる。

Figure 2015132206
Further, when the required gas flow rate Qg_d is larger than the gas flow rate command value Qg_t, the correction calculation unit 58 corrects the target air-fuel ratio AFR downward so that the required gas flow rate Qg_d = the gas flow rate command value Qg_t. The correction value ΔAFR for this downward correction is derived from the following equation (5).
Figure 2015132206

ここで、AFRdは要求空燃比、AFRtは空燃比指令値である。
その他の部分については第１実施形態の制御装置５１と同様であるため、各部に同一符号を付して説明を省略する。 Here, AFRd is a required air-fuel ratio, and AFRt is an air-fuel ratio command value.
Since other parts are the same as those of the control device 51 of the first embodiment, the same reference numerals are given to the respective parts and the description thereof is omitted.

この制御装置６１によれば、要求ガス流量演算部５４により、エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量Qg_dが演算され、この要求ガス流量Qg_dに応じてスロットル弁開度演算部５５によりスロットル弁１４の開度が演算される。また、混合気流量演算部５６により、混合気流量Qmが演算される。   According to this control device 61, the required gas flow rate calculation unit 54 calculates the required gas flow rate Qg_d necessary for keeping the engine speed constant, and the throttle valve opening calculation unit 55 according to the required gas flow rate Qg_d. Thus, the opening degree of the throttle valve 14 is calculated. Further, the air-fuel mixture flow rate calculation unit 56 calculates the air-fuel mixture flow rate Qm.

さらに、ガス流量指令値演算部５７により、混合気流量Qmと、定常運転時における目標空燃比AFRとから、該目標空燃比AFRに一致させるために必要なガス流量指令値Qg_tが演算される。そして、修正演算部５８により、要求ガス流量Qg_dがガス流量指令値Qg_tよりも大きい場合には、要求ガス流量Qg_dがガス流量指令値Qg_tと等しくなるように補正値ΔAFRが演算されて目標空燃比AFRが下方修正される。   Further, the gas flow rate command value calculation unit 57 calculates a gas flow rate command value Qg_t necessary to match the target air-fuel ratio AFR from the air-fuel mixture flow rate Qm and the target air-fuel ratio AFR during steady operation. Then, when the required gas flow rate Qg_d is larger than the gas flow rate command value Qg_t, the correction value ΔAFR is calculated by the correction calculation unit 58 so that the required gas flow rate Qg_d becomes equal to the gas flow rate command value Qg_t, and the target air-fuel ratio AFR is revised downward.

目標空燃比AFRが下がると、その分、ガス流量指令値Qg_tが増加するため、混合気中のガス燃料の割合（空燃比）が増加し、エンジン出力が向上する。このため、エンジン負荷が増大した時にエンジン回転数が低下することを抑制することができる。したがって、ガスエンジンで発電機を駆動して発電を行う場合には、電源周波数が変動することを防止して安定した発電を行うことができる。   When the target air-fuel ratio AFR decreases, the gas flow rate command value Qg_t increases accordingly, so that the ratio of gas fuel in the mixture (air-fuel ratio) increases and the engine output improves. For this reason, it can suppress that an engine speed falls, when an engine load increases. Therefore, when generating power by driving a generator with a gas engine, it is possible to prevent power supply frequency from fluctuating and perform stable power generation.

［第３実施形態］
図８は、本発明の第３実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。この制御装置７１において、図４に示す第１実施形態の制御装置５１と異なる点は、点火時期遅延部７２が設けられている点である。なお、点火時期遅延部７２とともにノックセンサ７３も設けられているが、ノックセンサ７３は一般のエンジンにも装備されており、別段新規なものではない。 [Third Embodiment]
FIG. 8 is a functional block diagram of a control device according to the third embodiment of the present invention. The control device 71 is different from the control device 51 of the first embodiment shown in FIG. 4 in that an ignition timing delay unit 72 is provided. In addition, although the knock sensor 73 is provided with the ignition timing delay part 72, the knock sensor 73 is also equipped with a general engine, and it is not something new.

点火時期遅延部７２は、エンジン負荷が急激に増大して、前述のように目標空気過剰率λ（または目標空燃比AFR）が下方修正された時に、ガスエンジン１（１０１）の点火時期を遅らせるように働く機能部である。例えば、前述のロジックにより決定された目標空気過剰率λの補正量（または図７に示す目標空燃比AFR補正量）とインテークマニホルド１１の圧力を入力とするリタードマップから、点火時期の遅れ量（リタード量）を決定し、他のリタード量と加算して点火装置に送信する。リタードマップでは、目標空気過剰率λの補正量が大きいほどリタード量が大きくなるようにされており、筒内の目標空気過剰率λの低下によるノッキングを抑制する。このように混合気が濃くされた時には点火時期が遅延されるため、ノッキングを抑制してスムーズな運転を行うことができる。   The ignition timing delay unit 72 delays the ignition timing of the gas engine 1 (101) when the engine load increases rapidly and the target excess air ratio λ (or the target air-fuel ratio AFR) is corrected downward as described above. Is a functional part that works like For example, the ignition timing delay amount (from the retard map having the target air excess ratio λ correction amount (or the target air-fuel ratio AFR correction amount shown in FIG. 7) determined by the above-described logic and the intake manifold 11 pressure as inputs is input. (Retard amount) is determined, added to the other retard amounts, and transmitted to the ignition device. In the retard map, the larger the correction amount of the target excess air ratio λ, the greater the retard amount, so that knocking due to a decrease in the in-cylinder target excess air ratio λ is suppressed. Since the ignition timing is delayed when the air-fuel mixture becomes rich in this way, knocking can be suppressed and smooth operation can be performed.

［第４実施形態］
図９は、本発明の第４実施形態に係る制御装置の機能ブロック図である。この制御装置８１において、図４に示す第１実施形態の制御装置５１と異なる点は、燃料種別補正部８２が設けられている点である。この燃料種別補正部８２は、ガス燃料の種別や成分に応じて目標空気過剰率λや目標空燃比AFRに燃料種別補正係数を付与する機能部である。 [Fourth Embodiment]
FIG. 9 is a functional block diagram of a control device according to the fourth embodiment of the present invention. The control device 81 is different from the control device 51 of the first embodiment shown in FIG. 4 in that a fuel type correction unit 82 is provided. The fuel type correction unit 82 is a functional unit that gives a fuel type correction coefficient to the target excess air ratio λ and the target air-fuel ratio AFR according to the type and components of the gas fuel.

ガスエンジンに用いられるガス燃料は、地域により種別や成分が異なるため、ガスエンジンにおける理論空燃比（AFRth）も変化する。これに対応するため、燃料種別補正部８２から、ガス燃料の種類に応じて目標空気過剰率や目標空燃比に補正係数をかけてやる。これにより、ガス燃料の種類に適合した目標空気過剰率や目標空燃比を演算することができ、上述のエンジン回転数低下を抑制する制御を安定的に行うことができる。   Since gas fuel used in a gas engine has different types and components depending on regions, the theoretical air-fuel ratio (AFRth) in the gas engine also changes. In order to cope with this, the fuel type correction unit 82 applies a correction coefficient to the target excess air ratio and the target air-fuel ratio according to the type of gas fuel. As a result, the target excess air ratio and the target air-fuel ratio suitable for the type of gas fuel can be calculated, and the above-described control for suppressing the engine speed reduction can be stably performed.

ガス燃料の成分から理論空燃比を補正し、補正した理論空燃比を用いてガス流量指令値演算、目標空気過剰率λの補正演算を行う。あるいは、各ガス燃料の種類に対応した補正係数を予め燃料種別補正部８２に記憶させておき、ガスエンジンのオペレータが切り替えるようにしてもよい。なお、図７に示す制御装置６１のように、定常時の目標空燃比AFRを制御量としている場合は、定常時の目標空燃比AFRを変更することでも同様にガス燃料の種別に対応することができる。   The theoretical air-fuel ratio is corrected from the component of the gas fuel, and the gas flow rate command value calculation and the target excess air ratio λ correction calculation are performed using the corrected theoretical air-fuel ratio. Alternatively, a correction coefficient corresponding to each type of gas fuel may be stored in the fuel type correction unit 82 in advance, and the operator of the gas engine may be switched. When the target air-fuel ratio AFR in the steady state is used as the control amount, as in the control device 61 shown in FIG. 7, the target air-fuel ratio AFR in the steady state can be changed to correspond to the type of gas fuel. Can do.

以上説明したように、上記実施形態に係るガスエンジンの制御装置５１，６１，７１，８１、およびガスエンジンの制御方法、ならびにこの制御装置５１，６１，７１，８１を備えたガスエンジン１，１０１によれば、非常に簡素な構成により、エンジン負荷の増大によるエンジン回転数の低下を抑制することができる。このため、特に発電用エンジンに適用する場合においては、負荷の変動によってエンジン回転数、即ち電源周波数が変動してしまうことを防止し、安定した発電を行うことができる。   As described above, the gas engine control devices 51, 61, 71, 81 according to the above-described embodiment, the gas engine control method, and the gas engine 1, 101 including the control devices 51, 61, 71, 81 are provided. Accordingly, it is possible to suppress a decrease in engine speed due to an increase in engine load with a very simple configuration. For this reason, especially when applied to a power generation engine, it is possible to prevent the engine speed, that is, the power supply frequency, from fluctuating due to fluctuations in the load, and to perform stable power generation.

なお、本発明は、上記実施形態の構成のみに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更や改良を加えることができ、このように変更や改良を加えた実施形態も本発明の権利範囲に含まれるものとする。   It should be noted that the present invention is not limited to the configuration of the embodiment described above, and can be appropriately modified or improved within the scope not departing from the gist of the present invention. The form is also included in the scope of the right of the present invention.

例えば、上記の複数の実施形態を組み合わせた構成としてもよい。また、上記実施形態では発電用のガスエンジンとして説明したが、車両や船舶等の動力用エンジンにもこの技術を適用することができる。特に、ガスエンジンで発電してモータで走行または航行する車両や船舶にも適している。   For example, it is good also as a structure which combined said some embodiment. Moreover, although the said embodiment demonstrated as a gas engine for electric power generation, this technique is applicable also to motive power engines, such as a vehicle and a ship. In particular, it is also suitable for vehicles and ships that generate electricity with a gas engine and run or sail with a motor.

１，１０１ ガスエンジン
１１ インテークマニホルド
１２ 過給機
１４ スロットル弁
５１，６１，７１，８１ 制御装置
５４ 要求ガス流量演算部
５５ スロットル弁開度演算部
５６ 混合気流量演算部
５７ ガス流量指令値演算部
５８ 修正演算部
７２ 点火時期遅延部
８２ 燃料種別補正部
Ｓ１ 要求ガス流量演算ステップ
Ｓ２ スロットル弁開度演算ステップ
Ｓ３ 混合気流量演算ステップ
Ｓ４ ガス流量指令値演算ステップ
Ｓ５ 比較判定ステップ
Ｓ６ 下方修正ステップ
AFR 目標空燃比
AFRth 理論空燃比
Qg_d 要求ガス流量
Qg_t ガス流量指令値
Qm 混合気流量
λ 目標空気過剰率 1,101 Gas engine 11 Intake manifold 12 Supercharger 14 Throttle valve 51, 61, 71, 81 Control device 54 Required gas flow rate calculation unit 55 Throttle valve opening calculation unit 56 Mixture flow rate calculation unit 57 Gas flow rate command value calculation unit 58 Correction calculation unit 72 Ignition timing delay unit 82 Fuel type correction unit S1 Required gas flow rate calculation step S2 Throttle valve opening calculation step S3 Mixture flow rate calculation step S4 Gas flow rate command value calculation step S5 Comparison determination step S6 Downward correction step
AFR target air-fuel ratio
AFRth Theoretical air / fuel ratio
Qg_d Required gas flow rate
Qg_t Gas flow command value
Qm Mixture flow rate λ Target air excess rate

Claims (5)

ガス燃料により作動するガスエンジンにおいて、負荷変動に対するエンジン回転数の応答性を向上させるガスエンジンの制御装置であって、
前記エンジン回転数と目標エンジン回転数との偏差から、前記エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量を演算する要求ガス流量演算部と、
前記要求ガス流量に応じてスロットル弁開度を演算するスロットル弁開度演算部と、
前記エンジン回転数と、吸気圧力と、吸気温度と、エンジン排気量等から混合気流量を演算する混合気流量演算部と、
前記混合気流量と、定常運転時における目標空気過剰率および／または目標空燃比とから、該目標空気過剰率および／または該目標空燃比に一致させるために必要なガス流量指令値を演算するガス流量指令値演算部と、
前記要求ガス流量が前記ガス流量指令値よりも大きい場合には、要求ガス流量＝ガス流量指令値となるように前記目標空気過剰率および／または前記目標空燃比を下方修正する修正演算部と、
を備えてなることを特徴とするガスエンジンの制御装置。 In a gas engine operated by gas fuel, a control device for a gas engine that improves the responsiveness of engine speed to load fluctuations,
A required gas flow rate calculation unit for calculating a required gas flow rate required to keep the engine speed constant from a deviation between the engine speed and the target engine speed;
A throttle valve opening calculator that calculates the throttle valve opening in accordance with the required gas flow rate;
A mixture flow rate calculation unit for calculating a mixture flow rate from the engine speed, intake pressure, intake temperature, engine displacement, etc .;
A gas for calculating a gas flow rate command value required to match the target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio from the mixed gas flow rate and the target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio in steady operation A flow rate command value calculator,
When the required gas flow rate is greater than the gas flow rate command value, a correction calculation unit that downwardly corrects the target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio so that the required gas flow rate = the gas flow rate command value;
A control device for a gas engine, comprising: 前記目標空気過剰率および／または前記目標空燃比が下方修正された時に、前記ガスエンジンの点火時期を遅延させる点火時期遅延部をさらに備えた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。   2. The gas engine according to claim 1, further comprising an ignition timing delay unit that delays an ignition timing of the gas engine when the target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio is corrected downward. Control device. 前記ガス燃料の種別や成分に応じて前記目標空気過剰率および／または前記目標空燃比に燃料種別補正係数を付与する燃料種別補正部をさらに備えたことを特徴とする請求項１または２に記載のガスエンジンの制御装置。   3. The fuel type correction unit according to claim 1, further comprising a fuel type correction unit that applies a fuel type correction coefficient to the target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio in accordance with a type and a component of the gas fuel. Gas engine control device. 請求項１〜３のいずれかに記載のガスエンジンの制御装置を備えたことを特徴とするガスエンジン。   A gas engine comprising the control device for a gas engine according to claim 1. ガス燃料により作動するガスエンジンにおいて、負荷変動に対するエンジン回転数の応答性を向上させるガスエンジンの制御方法であって、
前記エンジン回転数と、目標エンジン回転数との偏差から、前記エンジン回転数を一定に保つために必要な要求ガス流量を演算する要求ガス流量演算ステップと、
前記要求ガス流量に応じてスロットル弁開度を演算するスロットル弁開度演算ステップと、
前記エンジン回転数と、吸気圧力と、吸気温度と、エンジン排気量等から混合気流量を演算する混合気流量演算ステップと、
前記混合気流量と、定常運転時における目標空気過剰率および／または目標空燃比とから、該目標空気過剰率および／または該目標空燃比に一致させるために必要なガス流量指令値を演算するガス流量指令値演算ステップと、
前記要求ガス流量と前記ガス流量指令値とを比較し、要求ガス流量＞ガス流量指令値となるか否かを判定する比較判定ステップと、
前記比較判定ステップにおける判定結果が肯定判定である場合には、要求ガス流量＝ガス流量指令値となるように前記目標空気過剰率および／または前記目標空燃比を下方修正する下方修正ステップと、
を備えてなることを特徴とするガスエンジンの制御方法。 In a gas engine operated by gas fuel, a gas engine control method for improving responsiveness of engine speed to load fluctuations,
A required gas flow rate calculating step for calculating a required gas flow rate required to keep the engine speed constant from a deviation between the engine speed and a target engine speed;
A throttle valve opening calculation step for calculating a throttle valve opening according to the required gas flow rate;
A mixture flow rate calculating step for calculating a mixture flow rate from the engine speed, intake pressure, intake air temperature, engine displacement, etc .;
A gas for calculating a gas flow rate command value required to match the target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio from the mixed gas flow rate and the target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio in steady operation Flow rate command value calculation step;
A comparison determination step of comparing the required gas flow rate with the gas flow rate command value and determining whether the required gas flow rate> the gas flow rate command value;
When the determination result in the comparison determination step is affirmative determination, a downward correction step of correcting the target excess air ratio and / or the target air-fuel ratio downward so that the required gas flow rate = the gas flow rate command value;
A control method for a gas engine, comprising:
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