JP4052508B2 - デュアルフューエルエンジンの回転制御装置 - Google Patents

デュアルフューエルエンジンの回転制御装置 Download PDF

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Description

【0001】
【発明が属する技術分野】
本発明は、空気と気体燃料(例えば都市ガス)とをミキサ等を介して混合し吸気管から供給する主燃料(1次燃料)と、少量の液体燃料(例えば軽油)を燃料噴射装置(コモンレール式噴射装置)によってパイロット噴射させ、着火源とする2次燃料を有するデュアルフューエルエンジンの回転制御装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
コジェネレーションシステムにおいて、エンジンは負荷に拠らず常に一定で安定した回転速度を要求される。デュアルフューエルエンジンは電気ガバナがエンジン回転を検知し、スロットル弁を制御することにより、1次燃量である空気と気体燃料の混合気流量を増減させて、エンジン回転数を一定に保っている。
しかし、負荷が急激に変化し、それに伴ってエンジン回転が急激に落ち込んだり、上昇したときにスロットル弁による回転制御では、定格回転に復帰・安定するまでに時間がかかってしまうという問題がある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
したがって、本発明の目的は、デュアルフューエルエンジンの運転に際して、負荷が急激に変化し、エンジン回転が変動しても速やかに定格運転に復帰・安定させるデュアルフューエルエンジンの回転制御装置を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、ガス流量弁Vを介装したガス供給管30からの気体燃料と空気とを混合するミキサ6を有する吸気管40を備え、その吸気管40はスロットル7を介装してエンジンの吸気マニフォルドに接続され、サプライポンプ2からの液体燃料を各シリンダに噴射するインジェクタ4を備え、ガバナコントロールユニット9はエンジン1に設けた回転センサ11からのエンジン回転信号を受けてエンジン1が設定された回転数になるようにガバナアクチュエータ8に制御信号を発信し、ガバナアクチュエータはその制御信号に基づき前記スロットル7の開度を制御するデュアルフューエルエンジンの回転制御装置において、エンジン1に設けた回転及び角度センサ12からの信号を受けて前記サプライポンプに噴射圧制御信号を与える燃料噴射装置5を備え、エンジン1に負荷20の負荷信号を受けて前記ガバナコントロールユニット及び燃料噴射装置5にガス運転、液体燃料運転の切替信号を送り、かつ前記ガス流量弁Vの開閉を行うコントロールボックス10を設け、そのコントロールボックス10はエンジン回転数とスロットル開度と液体燃料の噴射量の関係を示す着火噴射量マップと回転低下時の噴射量マップとを備え、そしてそのコントロールボックス10は負荷信号が検出されるとその負荷信号によって負荷状態が安定であるか急激に変動しているかを判断し、安定していれば定格回転を維持するようにスロットル開度を制御し、急激に変動していれば、その変動がエンジン回転数の上昇か低下かを判断し、エンジン回転が急激に上昇したときはガバナコントロールユニット9に信号を送りスロットル7の開度を閉じ、エンジン回転が急激に低下したときはガバナコントロールユニット9に信号を送り、スロットル7の開度を全開とし、前記の安定していて定格回転に維持しているとき及び前記のスロットル7の開度を閉じたときは燃料噴射装置5に信号を送って着火噴射量をセットして定格回転を維持し、前記のスロットル開度が全開のときは燃料噴射装置5は回転復帰のために噴射量を増量し、エンジン回転を一定とする機能を有している。
【0008】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。
【0009】
図1において、気体燃料(例えば都市ガス)と空気との混合物からなる主燃料(1次燃料)と、少量の液体燃料(例えば軽油)を燃料噴射装置によってパイロット噴射させ、着火源とする2次燃料を有するデュアルフューエルエンジン(以降、デュアルフューエルエンジンを単に「エンジン」とも言う)1はリーンバーンエンジンであり、主燃料供給系として、途中にガス流量制御弁Vを介装したガス供給管30と、該ガス供給管30から供給されるガスを合流させ、空気とガスとを適切な割合で混合するミキサ6と、スロットル7を介装し該ミキサ6からガスと空気の混合ガスを図示しない吸気マニフォルドに供給する吸気管40、とを有している。
【0010】
前記吸気管40には、ミキサ6とスロットル7の間の領域に、上流から順に過給機45とインタークーら47が介装されている。
【0011】
前記スロットル7は、リンク13を介してガバナアクチュエータ8で開閉駆動され、該ガバナアクチュエータ8はエンジン回転が設定された回転になるように信号ラインL1を介してガバナコントロールユニット9によって制御される。
また、ガバナアクチュエータ8は信号ラインL2を介してガバナコントロールユニットにスロットル開度信号を与える。
換言すれば、ガバナコントロールユニット9はエンジン1に設けた回転センサ11から信号ラインL3を介してエンジン回転信号を受け、エンジン1が設定された回転数になるように信号ラインL1を介してガバナアクチュエータ8に制御信号を発信し、ガバナアクチュエータ8はその制御信号に基づきスロットル7の開度を制御する。
なお、ガバナアクチュエータ8とガバナコントロールユニット9とで電気ガバナBが構成されている。
【0012】
また、ガスエンジン1は、着火用及び軽負荷時用の2次燃料供給系(燃料噴射装置)Aとして、軽油を排出するサプライポンプ2と、コモンレール3と、前記サプライポンプ2とコモンレール3とを接続する液体燃料供給管23と、前記コモンレール3と液体燃料分岐管34で接続され各シリンダに燃料を噴射するインジェクタ4、とによって構成されている。
【0013】
2次燃料供給系(燃料噴射装置)Aの制御として、コモンレールECU(燃料噴射装置ECU)5は、エンジン1に設けられた回転及び角度センサ12からの信号を信号ラインL4を介して受け、前記サプライポンプ2に信号ラインL5を介して噴射圧制御信号を与え、前記各インジェクタ4毎に例えば燃料噴射間隔(進角)および、燃料噴射時間に関する制御信号を信号ラインL6を介して与える。
【0014】
総合燃料制御手段であるコントロールボックス10は、エンジン負荷の供与先である、例えば発電機20の制御を担う発電機制御盤22を介して負荷信号を受けて、前記ガバナコントロールユニット9および前記コモンレールECU5に、夫々信号ラインL9、L10を介して、ガス運転、ディーゼル運転の切替え信号を送ると共に、信号ラインL12を介してガス流量弁Vの開閉を行う。
なお、負荷信号検出手段としては、図示では発電機20側に設けた負荷センサ24及び信号ラインL7、L8を用いているが、発電機制御盤22で得られる発電量を直接負荷信号として用いてもよい。
【0015】
次に、図2の制御マップについて説明する。
図2の制御マップは、横軸にエンジン回転数をとり、縦軸にスロットル開度(%)、及び軽油の噴射量(%)をとっている。
実線(a線)は、スロットル開度を表す。
エンジン回転が定格回転(ここでは1500rpm)で一定になるように電機ガバナBでスロットル開度が制御され、混合気流量がコントロールされる。
点線(b線)は、2次燃料である着火噴射量マップである。
負荷が一定で、エンジン回転が定格回転付近に安定しているときは、着火噴射量は微量噴射量(約Q=3mm/st)一定で支持される。
一点鎖線(c線)は、急激な負荷変動による回転の落ち込みを復帰・安定させるための噴射量マップである。
回転の落ち込み量に応じて、液体燃料噴射量を増加させている。
【0016】
本発明の本旨である、急激な負荷変動を発生した場合の制御について、前述の図2及び制御フローチャートである図3(制御フローチャート)を用いて説明する。
【0017】
先ず、図2の制御マップを参照して、エンジン1をスタートさせ、スロットル7を全開させ軽油の噴射量も100%とする。するとエンジンは着火し、回転数を次第に上げる(以上、a線のa1点→a2点、及びb線のb1点→b2’点)。
定格回転1500rpmに近づくと共にスロットル開度を急激に減少させ、軽油噴射量は一気に、例えば前述の安定しているときの着火噴射量Q=3mm/stまで下げる(a2点→a3点、及びb2’点、→b2点→b3点→b4点)。
なお、定格回転1500rpmを維持するために、スロットルは開閉を繰り返し行う。
【0018】
次にフローチャート(図3)のステップS1において、前記負荷センサ24によって発電機20における負荷を発電機制御盤22を経由して検出する。
【0019】
次のステップS2において、コントロールボックス10は前記負荷センサ24からの信号によって負荷状態は安定か、それとも急激に変動しているかを判断する。
安定していれば(ステップS2の安定している)、ステップS3に進み、急激に変動している場合(ステップS2の急激に変動)は、ステップS4に進む。
【0020】
安定のステップS3ではコントロールボックス10は、スロットル開度を定格回転を維持するように制御する(図2のマップのa線のa2〜a3の間)。そしてステップS7に進む。
【0021】
一方、急激に変動のステップS4では、コントロールボックス10は、エンジン回転が急激に上昇か、急激に低下かを判断して、エンジン回転数が急激に上昇していればステップS5に進み、急激に低下していればステップS6に進む。
【0022】
エンジン回転が急激に上昇のステップS5では、コントロールボックス10はガバナコントロールユニット9に制御信号を発信し、ガバナコントロールユニット9はガバナアクチュエータ8を介してスロットル7の開度を閉じ、エンジン回転は抑制される。そしてステップS7に進む。
【0023】
一方、エンジン回転が急激に低下のステップS6では、コントロールボックス10はガバナコントロールユニット9に制御信号を発信し、ガバナコントロールユニット9はガバナアクチュエータ8を介してスロットル7の開度を全開とする(図2のマップにおいて、a線のa点以前に復帰)。そしてステップS8に進む。
【0024】
ステップS7では、コントロールボックス10は、燃料噴射装置の制御手段である、例えばコモンレールECU5に制御信号を発信して着火噴射量をQ=3mm/stにセットする(図2のマップのb線のb3点〜b4点の間)。するとエンジン回転数は一定(定格回転;1500rpm)を維持して運転が続行される(ステップS9)。
【0025】
ステップS8では、コントロールボックス10は、コモンレールECU5に制御信号を発信して、コモンレールECU5は回転復帰のために回転低下時のマップ(c線)に切換わり液体燃料(軽油)の噴射量をc線のc2点からc1点に向かって増量する。するとエンジンは速やかに回転を復帰し、回転数は再び定格回転数である1500rpmを維持して運転が続行される(ステップS9)。
【0026】
上述のような構成及び制御方法のデュアルフューエルエンジンによれば、急激な負荷変動及びそれに伴う急激なエンジン回転の変動を監視しており、2次燃料である液体燃料の噴射量マップとして、着火噴射量マップと、回転低下時の噴射量マップの二つが用意され、特に急激なエンジン回転数の低下の場合には、着火噴射量マップ(a線)から、回転低下時の噴射量マップ(c線)に自動的に切換わり、回転低下を復帰させる液体噴射量が得られ、速やかにエンジン回転数が定格回転数まで復帰し、安定化する。
【0027】
装置全体として、デュアルフューエルエンジン1を駆動源とする発電装置20が、本来有している燃料噴射装置Aのマップ制御機能、電気ガバナBの回転制御機能、発電機20の負荷信号機能と、簡単安価で且つ信頼性の高い電気回路を有するコントロールボックス10、とを組み合わせることにより、上記のような制御を可能とすることが出来る。
【0028】
【発明の効果】
本発明の作用効果を以下に列記する。
(1) 急激な負荷変動及びそれに伴う急激なエンジン回転の変動を監視しており、2次燃料である液体燃料の噴射量マップとして、着火噴射量マップと、回転低下時の噴射量マップの二つが用意され、特にエンジン回転数の急激な低下の場合には、着火噴射量マップから、回転低下時の噴射量マップに自動的に切換わり、回転低下を復帰させる液体噴射量が得られ、速やかにエンジン回転数が定格回転数まで復帰し、安定化する。
(2) 装置全体として、負荷側が発電装置である場合、発電装置が、本来有している燃料噴射装置のマップ制御機能、電気ガバナの回転制御機能、発電機の負荷信号機能と、簡単安価で且つ信頼性の高い電気回路を有する制御手段、とを組み合わせることにより、(1)のような制御を可能とすることが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の装置全体を示す全体構成図。
【図2】本発明の実施形態における2次燃料である液体燃料の二つの噴射パターンを同時に示した噴射量マップ
【図3】本発明の実施形態におけるエンジン回転制御方法を示すフローチャート。
【符号の説明】
1・・・デュアルフューエルエンジン
2・・・サプライポンプ
3・・・コモンレール
4・・・インジェクタ
5・・・燃料噴射装置ECU/コモンレールECU
6・・・ミキサ
7・・・スロットル
8・・・ガバナアクチュエータ
9・・・ガバナコントロールユニット
10・・・コントロールボックス
11・・・回転センサ
20・・・発電機
22・・・発電機制御版
24・・・負荷センサ
V・・・ガス流量弁

Claims (1)

  1. ガス流量弁(V)を介装したガス供給管(30)からの気体燃料と空気とを混合するミキサ(6)を有する吸気管(40)を備え、その吸気管(40)はスロットル(7)を介装してエンジンの吸気マニフォルドに接続され、サプライポンプ(2)からの液体燃料を各シリンダに噴射するインジェクタ(4)を備え、ガバナコントロールユニット(9)はエンジン(1)に設けた回転センサ(11)からのエンジン回転信号を受けてエンジン(1)が設定された回転数になるようにガバナアクチュエータ(8)に制御信号を発信し、ガバナアクチュエータはその制御信号に基づき前記スロットル(7)の開度を制御するデュアルフューエルエンジンの回転制御装置において、エンジン(1)に設けた回転及び角度センサ(12)からの信号を受けて前記サプライポンプに噴射圧制御信号を与える燃料噴射装置(5)を備え、エンジン(1)に負荷(20)の負荷信号を受けて前記ガバナコントロールユニット及び燃料噴射装置(5)にガス運転、液体燃料運転の切替信号を送り、かつ前記ガス流量弁(V)の開閉を行うコントロールボックス(10)を設け、そのコントロールボックス(10)はエンジン回転数とスロットル開度と液体燃料の噴射量の関係を示す着火噴射量マップと回転低下時の噴射量マップとを備え、そしてそのコントロールボックス(10)は負荷信号が検出されるとその負荷信号によって負荷状態が安定であるか急激に変動しているかを判断し、安定していれば定格回転を維持するようにスロットル開度を制御し、急激に変動していれば、その変動がエンジン回転数の上昇か低下かを判断し、エンジン回転が急激に上昇したときはガバナコントロールユニット(9)に信号を送りスロットル(7)の開度を閉じ、エンジン回転が急激に低下したときはガバナコントロールユニット(9)に信号を送り、スロットル(7)の開度を全開とし、前記の安定していて定格回転に維持しているとき及び前記のスロットル(7)の開度を閉じたときは燃料噴射装置(5)に信号を送って着火噴射量をセットして定格回転を維持し、前記のスロットル開度が全開のときは燃料噴射装置(5)は回転復帰のために噴射量を増量し、エンジン回転を一定とする機能を有することを特徴とするデュアルフューエルエンジンの回転制御装置。
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