JP6318010B2 - Biomass gas exclusive firing engine - Google Patents
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Description
本発明は、バイオマスガスを使用するバイオマスガス専焼エンジンに関するものである。 The present invention relates to a biomass gas combustion engine that uses biomass gas.
従来より、コージェネレーション装置やヒートポンプ装置の駆動源に使用するエンジンとして、バイオマスガスとディーゼル燃料とを併用するデュアルフューエルエンジンが知られている(例えば、特許文献1参照。)
このようなデュアルフューエルエンジンにバイオマスガスを供給するガス化炉は、木質材料やその他のバイマスガスの原料となるものを、ガス化炉で炊き出したり発酵させたりして発生させるので、発生量や燃焼カロリーが一定ではなく不安定なものとなる。また、一度発生させたバイオマスガスは、ガス化炉を停止してしまうと再度のバイオマスガスの発生に時間を要するので、運転を開始すると、その日一日の運転が終了するまで運転停止は行われない。
2. Description of the Related Art Conventionally, a dual fuel engine using biomass gas and diesel fuel in combination is known as an engine used as a drive source for a cogeneration apparatus or a heat pump apparatus (see, for example, Patent Document 1).
Gasification furnaces that supply biomass gas to such dual-fuel engines generate wood materials and other raw material for biomass gas by being cooked or fermented in the gasification furnace, so the amount of generated and burned calories Becomes unstable rather than constant. Also, once biomass gas is generated, it takes time to generate biomass gas again when the gasifier is stopped. Therefore, once the operation is started, the operation is stopped until the day's operation ends. Absent.
一方、デュアルフューエルエンジンは、コージェネレーション装置やヒートポンプ装置の制御条件に合わせて何度も運転開始や運転停止が行わる。 On the other hand, the dual fuel engine is started and stopped many times in accordance with the control conditions of the cogeneration device and the heat pump device.
したがって、デュアルフューエルエンジの運転状態に対して、バイオマスガスの発生量が多く燃焼カロリーが高すぎる場合や、デュアルフューエルエンジンを運転停止しているような場合には、フレアスタックで余剰ガスを燃焼させ、バイオマスガスの発生量が少なく燃焼カロリーが低い場合には、ディーゼル燃料を使用してバイオマスガスの不足分を補うことで、安定した運転状態を保つことができるようになされていた。 Therefore, if the amount of biomass gas generated is too high and the calorie burned is too high compared to the dual fuel engine operation state, or if the dual fuel engine is shut down, excess gas is burned in the flare stack. When the generation amount of biomass gas is small and the combustion calorie is low, it is possible to maintain a stable operation state by supplementing the shortage of biomass gas using diesel fuel.
しかし、上記従来のデュアルフューエルエンジンのように、バイオマスガスとディーゼル燃料とを併用し、バイオマスガスの不足分をディーゼル燃料で補うエンジンの場合、バイオマスガスだけを使用するものではないため、環境改善効果が充分に発揮できなくなってしまう。 However, in the case of an engine that uses both biomass gas and diesel fuel and compensates for the shortage of biomass gas with diesel fuel, as in the conventional dual fuel engine described above, it does not use only biomass gas. Will not be able to fully demonstrate.
そのため、ディーゼル燃料を使用せず、バイオマスガスだけで運転するガスエンジンを使用することが考えられる。しかし、バイオマスガスだけで運転するガスエンジンは、バイオマスガスの発生量が減少したり、燃焼カロリーが不足したりする場合、バイオマスガスの供給量を決定するA/Fバルブを全開にしてもガスエンジンの制御領域から外れてしまうこととなり、空燃比制御が不能となり、排気ガス浄化性能が低下し、NOxが発生してしまう。 Therefore, it is conceivable to use a gas engine that uses only biomass gas without using diesel fuel. However, a gas engine operated only with biomass gas is a gas engine even when the A / F valve that determines the supply amount of biomass gas is fully opened when the amount of generated biomass gas is reduced or the calorie content is insufficient. Thus, the air-fuel ratio control becomes impossible, the exhaust gas purification performance deteriorates, and NOx is generated.
本発明は、係る実情に鑑みてなされたものであって、バイオマスガスの発生量の減少や燃焼カロリーの不足に対応することができるバイオマスガス専焼エンジンを提供することを目的としている。 The present invention has been made in view of such circumstances, and an object of the present invention is to provide a biomass gas combustion engine that can cope with a decrease in the amount of biomass gas generated and a shortage of combustion calories.
上記課題を解決するための本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンは、ガス化炉で生成されたバイオマスガスが、ゼロガバナからエンジンのA/Fバルブに供給されるようになされたガスエンジンであって、ゼロガバナのダイヤフラム上のアクチュエータに開口された空気出口には、可変バルブが設けられるとともに、このアクチュエータに空気圧を加えることができる空気供給経路が接続され、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したA/Fバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、空気供給経路からアクチュエータに空気圧を加えるとともに可変バルブによってその空気圧を調整してA/Fバルブに供給されるバイオマスガスの供給圧力を高くするように制御する制御部が設けられたものである。 The biomass gas combustion engine according to the present invention for solving the above problems is a gas engine in which biomass gas generated in a gasification furnace is supplied from a zero governor to an A / F valve of the engine, A variable valve is provided at the air outlet opened to the actuator on the diaphragm of the zero governor, and an air supply path through which air pressure can be applied to this actuator is connected, corresponding to the excess air rate linked to the set load. Supply of biomass gas supplied to the A / F valve by applying air pressure to the actuator from the air supply path and adjusting the air pressure by a variable valve when the opening is larger than the opening of the A / F valve by a predetermined opening or more A control unit for controlling the pressure to be high is provided.
上記バイオマスガス専焼エンジンにおいて、制御部は、エンジンの負荷または回転数の変更時に、バイオマスガスの供給圧力を大気圧に戻してからエンジンの負荷または回転数の変更を行うものであってもよい。 In the biomass gas combustion engine, the control unit may change the engine load or the rotation speed after returning the supply pressure of the biomass gas to the atmospheric pressure when the engine load or the rotation speed is changed.
上記バイオマスガス専焼エンジンにおいて、制御部は、A/Fバルブの開度を検出し、バイオマスガスの供給圧力が正常であるか否かを検出し、ゼロガバナの出口圧力を検出し、排気ガスの全領域センサまたは酸素センサの出力を検出し、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したA/Fバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、バイオマスガスの供給圧力が正常であり、ゼロガバナの出口圧力が負圧であり、排気ガスがリーンになるとゼロガバナの作動不良を検出するものであってもよい。 In the biomass gas combustion engine , the control unit detects the opening degree of the A / F valve, detects whether the supply pressure of the biomass gas is normal, detects the outlet pressure of the zero governor, When the output of the area sensor or oxygen sensor is detected and the opening of the A / F valve corresponding to the excess air ratio linked to the set load exceeds a predetermined opening, the biomass gas supply pressure is normal. Yes, the outlet pressure of the zero governor may be a negative pressure, and the malfunction of the zero governor may be detected when the exhaust gas becomes lean .
上記課題を解決するための本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンは、ガス化炉で生成されたバイオマスガスが、ゼロガバナからエンジンのA/Fバルブに供給されるようになされたガスエンジンであって、A/Fバルブをリーン側およびリッチ側に変動させてパータベーション制御を行うようになされた制御部を有し、当該制御部は、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したA/Fバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、パータベーション制御を行う変動幅を大きくするようになされたものである。 The biomass gas combustion engine according to the present invention for solving the above problems is a gas engine in which biomass gas generated in a gasification furnace is supplied from a zero governor to an A / F valve of the engine, A control unit configured to perform perturbation control by changing the A / F valve to the lean side and the rich side, and the control unit is an A / F valve corresponding to an excess air ratio linked with a set load. When the opening is larger than the predetermined opening by a predetermined opening or more, the fluctuation range for performing the perturbation control is increased.
上記バイオマスガス専焼エンジンにおいて、制御部は、全領域センサからの信号を元にして変動幅を変更するようになされたものであってもよい。 In the biomass gas combustion engine, the control unit may be configured to change the fluctuation range based on a signal from the entire region sensor.
以上述べたように、請求項1記載の本発明によると、ゼロガバナのダイヤフラム上のアクチュエータに開口された空気出口には、可変バルブを設けるとともに、このアクチュエータに空気圧を加えることができる空気供給経路を接続し、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したA/Fバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、空気供給経路からアクチュエータに空気圧を加えるとともに可変バルブによってその空気圧を調整してA/Fバルブに供給されるバイオマスガスの供給圧力を高くするように制御部によって制御することで、A/Fバルブが全開になることを防止することができるので、バイオマスガスが不足してリーン側に浄化ウインドウを外れ、NOxが増大するといったことを防止することができる。 As described above, according to the first aspect of the present invention, the air outlet that is opened to the actuator on the diaphragm of the zero governor is provided with the variable valve, and the air supply path through which air pressure can be applied to the actuator is provided. When the opening of the A / F valve corresponding to the excess air ratio linked to the set load is larger than the predetermined opening, the air pressure is applied to the actuator from the air supply path and the air pressure is adjusted by the variable valve. Since the A / F valve can be prevented from being fully opened by controlling the control unit so as to increase the supply pressure of the biomass gas supplied to the A / F valve after adjustment, the biomass gas is insufficient. Thus, it is possible to prevent the NOx from increasing due to the removal of the purification window on the lean side.
請求項2記載の本発明によると、上記制御時に、制御部によって、エンジンの負荷または回転数の変更時に、バイオマスガスの供給圧力を大気圧に戻してからエンジンの負荷または回転数の変更を行うように制御することで、急激な空燃比の変化を防止してエンジンストールの発生を回避することができる。 According to the second aspect of the present invention, at the time of the control, the control unit changes the engine load or the rotational speed after returning the biomass gas supply pressure to the atmospheric pressure when the engine load or the rotational speed is changed. By controlling in this way, it is possible to prevent a sudden change in the air-fuel ratio and avoid the occurrence of engine stall.
請求項3記載の本発明によると、制御部は、A/Fバルブの開度を検出し、バイオマスガスの供給圧力が正常であるか否かを検出し、ゼロガバナの出口圧力を検出し、排気ガスの全領域センサまたは酸素センサの出力を検出し、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したA/Fバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、バイオマスガスの供給圧力が正常であり、ゼロガバナの出口圧力が負圧であり、排気ガスがリーンになるとゼロガバナの作動不良を検出することができる。したがって、前記したような制御部によって制御する際の制御不良を防止することができる。 According to the third aspect of the present invention, the control unit detects the opening degree of the A / F valve, detects whether the supply pressure of the biomass gas is normal, detects the outlet pressure of the zero governor, Supply pressure of biomass gas when the output of the full range sensor of oxygen or oxygen sensor is detected and the opening of the A / F valve corresponding to the excess air ratio linked to the set load exceeds a predetermined opening Is normal, the outlet pressure of the zero governor is negative, and when the exhaust gas becomes lean, a malfunction of the zero governor can be detected. Therefore, it is possible to prevent a control failure when the control is performed by the control unit as described above.
請求項4記載の本発明によると、A/Fバルブをリーン側およびリッチ側に変動させてパータベーション制御を行うようになされた制御部を有し、当該制御部によって、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したA/Fバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、パータベーション制御を行う変動幅を大きくするように制御することで、A/Fバルブのオーバーシュート時間を短くすることができ、バイオマスガスが不足してリーン側に浄化ウインドウを外れ、NOxが増大する時間を短くして排気ガス濃度の低下を図ることができる。 According to the fourth aspect of the present invention, the control unit is configured to perform the perturbation control by changing the A / F valve to the lean side and the rich side, and the control unit interlocks with the set load. The overshoot time of the A / F valve is controlled by increasing the fluctuation range for performing perturbation control when the opening degree is larger than the opening degree of the A / F valve corresponding to the excess air ratio. The exhaust gas concentration can be reduced by shortening the time during which NOx increases by shortening the period of time during which NOx increases by leaving the purification window to the lean side due to the shortage of biomass gas.
請求項5記載の本発明によると、上記請求項4記載の制御において、制御部によって、全領域センサからの信号を元にして変動幅を変更するようにすることで、より的確な制御が可能となる。
According to the present invention described in
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
図1は、バイオマスガス専焼エンジン1の全体構成の概略を示し、図2は同バイオマスガス専焼エンジン1におけるエンジン4の構成を示している。
FIG. 1 shows an outline of the overall configuration of the biomass gas
本発明に係るバイオマスガス専焼エンジン1は、ガス化炉2で生成されたバイオマスガスがゼロガバナユニット3を介してエンジン4に供給されるように構成されている。
The biomass
まず、バイオマスガス専焼エンジン1の構成について説明し、その後、制御部10による各制御について説明する。
First, the configuration of the biomass
ガス化炉2は、木材チップや籾殻などのバイオマス原料を加熱分解する炉によって構成されており、低酸素下で加熱分解することによって発生する炭化水素等の分解ガスをバイオマスガスとして生成できるようになされている。 The gasification furnace 2 is composed of a furnace that thermally decomposes biomass raw materials such as wood chips and rice husks, so that cracked gases such as hydrocarbons generated by thermal decomposition under low oxygen can be generated as biomass gas. Has been made.
このガス化炉2によって生成されたバイオマスガスは、加熱分解することによって得られるため、そのままでは温度が高い。そのため、ガス化炉2の下流側には、空間内に水を分散するようになされたスクラバー21が設けられており、このスクラバー21にバイオマスガスを通過させることで、当該バイオマスガスは、冷却されるようになされている。 Since the biomass gas generated by the gasification furnace 2 is obtained by thermal decomposition, the temperature is high as it is. Therefore, a scrubber 21 configured to disperse water in the space is provided on the downstream side of the gasification furnace 2, and the biomass gas is cooled by passing the biomass gas through the scrubber 21. It is made so that.
スクラバー21を通過したバイオマスガスは、送風機23によって下流側に送られるが、バイオマスガスの発生量に応じて接続するエンジン4の数が異なるので、接続するエンジン4の数に応じて一つまたは複数個所(本実施の形態では2カ所)へと分岐して送られる。この際、バイオマスガスは、スクラバー21で冷却することによって水分が多く含まれた状態となっている。したがって、送風機23の下流側には、ドレンポット24が設けられている。このドレンポット24は、バイオマスガス中に含まれる凝縮水を回収するようになされている。当該凝縮水を取り除いたバイオマスガスは、ゼロガバナユニット3を介してエンジン4に供給するようになされている。ガス化炉2、スクラバー21、送風機23等は、制御部10によって制御される。
The biomass gas that has passed through the scrubber 21 is sent to the downstream side by the
ドレンポット24を通過したバイオマスガスは、ゼロガバナユニット3へと供給される。
The biomass gas that has passed through the
ゼロガバナユニット3は、ガス供給経路31に設けられたゼロガバナ30を介して、ガス化炉2からのバイオマスガスをエンジン4へと供給するように構成されている。
The zero
ガス供給経路31の上流端側には、ガス遮断弁33が設けられており、ガス供給経路31へのバイオマスガスの供給を遮断することができるようになされている。また、ガス供給経路31の下流端側には、ドレンポット34が設けられており、エンジン4へ供給されるバイオマスガス中に含まれる凝縮水を再度回収するようになされている。
A
ゼロガバナ30は、上記ガス遮断弁33とドレンポット34との間のガス供給経路31に設けられている。このゼロガバナ30は、ダイヤフラム30a上のアクチュエータ30bからの大気圧解放経路30cに圧力調整弁30dが設けられている。この圧力調整弁30dを開けて大気圧解放経路30cを大気圧に解放することで、ゼロガバナ30は、当該ゼロガバナ30よりも上流側のガス供給経路31から供給されるバイオマスガスを、当該上流側のガス供給経路31の供給圧力に関係なく、ゼロガバナ30の下流側のガス供給経路31に、大気圧状態で供給するように構成されている。
The zero
空気供給経路32は、ガス遮断弁33とゼロガバナ30との間のガス供給経路31に接続されている。この空気供給経路32とガス供給経路31との間は、空気供給経路32側に設けられた空気パージ弁35によって普段は遮断されており、空気パージが必要となった際にこの空気パージ弁35が開かれて空気供給経路32からガス供給経路31を介してゼロガバナ30へと空気パージが行われるようになされている。そのため、この空気供給経路32の上流端側には空気パージ用ブロワ36が設けられている。
The
ゼロガバナ30とドレンポット34との間のガス供給経路31には、余剰のバイオマスガスをフレアスタック5へと排出する排出経路37が設けられている。余剰のバイオマスガスは、このフレアスタック5で燃焼処理される。また、この排出経路37には空気パージ逃がし弁38が設けられている。この空気パージ逃がし弁38は、ゼロガバナ30の空気パージを行う際に開けておくことで、空気パージ後の空気を、ガス供給経路31から排出経路37を介して外部へと逃がすことができるようになされている。
A
なお、ゼロガバナ30内を空気パージする際は、ガス供給経路31のガス遮断弁33を閉じ、空気供給経路32の空気パージ弁35および排出経路37の空気パージ逃がし弁38を開け、空気パージ用ブロワ36を作動させることによって行われるが、ガス供給経路31に導入した空気は、ゼロガバナ30が作動して大気圧解放経路30cから排出されてしまうこととなる。そのため、ゼロガバナ30の大気圧解放経路30cと空気供給経路32との間には、バイパス経路39が設けられ、空気パージ用ブロワ36からの空気は、ゼロガバナ30の大気圧解放経路30cにも作用するようになっている。これにより、空気パージ用ブロワ36からの空気は、空気供給経路32からゼロガバナ30を介して空気パージ逃がし弁38から排出経路37を経由して外部に排出され、ゼロガバナ30が空気パージされることとなる。
When the inside of the zero
ゼロガバナユニット3のガス供給経路31の下流端部に相当する出口3aは、エンジン4のA/Fバルブ41に接続されている。これにより、ゼロガバナユニット3のドレンポット34を通過したバイオマスガスは、エンジン4のA/Fバルブ41に供給できるようになされている。
An
エンジン4は、シリンダヘッド42に接続された吸気経路43に、空気とバイオマスガスとを混合するA/Fバルブ41が設けられており、このA/Fバルブ41とシリンダヘッド42との間にスロットルバルブ44が設けられている。シリンダヘッド42に接続された排気経路45には、サイレンサ46が設けられており、このサイレンサ46とシリンダヘッド42との間に三元触媒47が設けられている。
The
エンジン4には、クランクシャフト48の回転角を検出する進角センサ11、セル49への通電を制御する通電センサ12が設けられている。また、三元触媒47の排気ガス入口側には前酸素センサ13が設けられ、出口側にも別の後酸素センサ14が設けられている。また、三元触媒47の排気ガス入口側には全領域センサ15が設けられている。
The
制御部10は、バイオマスガス専焼エンジン1を始動させる際、通電センサ13を通じてエンジン4のセル49への通電を行い、それによってエンジン4が始動したか否かをクランクシャフト48の回転角を検出する進角センサ11によって検出することができるようになされている。
When starting the biomass gas-burning
また、制御部10は、ガス化炉2で生成されるバイオマスガスの生成量を制御するとともに、当該バイオマスガスを用いてエンジン4をストイキ運転でパータベーション制御する場合の、A/Fバルブ41の開度と、前酸素センサ13、後酸素センサ14、全領域センサ15からの検出結果との関係が入力された制御マップを有しており、この制御マップの情報に従ってエンジン4のストイキ運転をパータベーション制御するようになされている。
Further, the
さらに、制御部10は、バイオマスガス専焼エンジン1を停止させる際、ガス化炉2およびエンジン4の運転停止を行うとともに、ゼロガバナ30の空気パージを行うようになされている。
Further, when the biomass gas
次に、このようにして構成されるバイオマスガス専焼エンジン1の制御部10による制御について説明する。
−実施例1−
バイオマスガス専焼エンジン1を始動すると、制御部10は、ガス化炉2を運転開始するとともに、それに連動してエンジン4を始動する。ただし、ガス化炉2の運転を開始しても、すぐにエンジン4を運転できるだけのバイオマスガスが発生しないので、制御部10は、バイオマスガスが供給可能な発生量に達する時間の経過を待ってエンジン4を始動する。
Next, the control by the
Example 1
When the biomass gas
その後、エンジン4は、図3に示すように、ガス化炉2からのバイオマスガスによってCO,NOx,炭化水素の発生が最も少ない浄化ウインドウWの範囲で運転が継続される。
Thereafter, as shown in FIG. 3, the operation of the
しかし、ガス化炉2から供給されるバイオマスガスの燃焼カロリーが大幅に低下した場合、A/Fバルブ41を全開にしても、浄化ウインドウWがリーン側に外れ、NOxが増大することとなる。
However, when the combustion calorie of the biomass gas supplied from the gasification furnace 2 is significantly reduced, even if the A /
したがって、制御部10は、A/Fバルブ41が全開になった場合、空気パージ用ブロワ36を作動させる。これにより、空気パージ用ブロワ36からの空気は、空気供給経路32からバイパス経路39を介して大気圧解放経路30cからゼロガバナ30へと作用し、ゼロガバナ30を通過するバイオマスガスは、ゼロガバナ30に作用する空気圧と同様に、供給圧力を高くすることができることとなる。これにより、図4に示すように、スロットルバルブ44を通過する混合気流量に対する空気過剰率は、リッチ側へと移行させることができ、A/Fバルブ41の全開を解除して、当該A/Fバルブ41での制御が可能となる。
Therefore, the
この際、ゼロガバナ30に作用する空気圧によって、バイオマスガスの供給圧力は決定されるが、このゼロガバナ30に作用する空気圧は、大気圧解放経路30cに設けられた圧力調整弁30dの開度を調整することによって調整することができる。
At this time, the supply pressure of the biomass gas is determined by the air pressure acting on the zero
なお、エンジン4の負荷を変更する場合や、エンジン4の始動時は、制御部10に設定されているA/Fバルブ41の開度のままだとバイオマスガスの供給圧力を高くしている分、空気過剰率が急激に変化してしまいエンジンストールが発生することとなる。したがって、エンジン4の負荷を変更する場合や、エンジン4の始動時は、空気パージ用ブロワ36を止めてバイオマスガスの供給圧力を一旦大気圧に戻し、その後、A/Fバルブ41を全開にしても浄化ウインドウWがリーン側に外れる場合は、再度空気パージ用ブロワ36を作動させる。
Note that when the load of the
このようにしてバイオマスガス専焼エンジン1の運転を制御部10によって制御することで、バイオマスガスの燃焼カロリーが不足してリーン側に浄化ウインドウを外れ、NOxが増大するといったことを防止することができる。
In this way, by controlling the operation of the biomass gas
また、エンジン4の負荷または回転数の変更時に、バイオマスガスの供給圧力を大気圧に戻してからエンジン4の負荷または回転数の変更を行うように制御することで、急激な空燃比の変化を防止してエンジンストールの発生を回避することができる。
−実施例2−
図5は、エンジン4の他の構成を示している。このエンジン4は、A/Fバルブ41の上流側とスロットルバルブ44の下流側との間にバイオマスガスのバイパス供給経路6が設けられ、開閉バルブ61によって当該バイパス供給経路6の開閉を行うように構成されている。その他の構成は前記したエンジン4と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。
In addition, when the load or the rotational speed of the
-Example 2-
FIG. 5 shows another configuration of the
このバイオマスガス専焼エンジン1は、前記した実施例1のバイオマスガス専焼エンジン1と同様に、通常時は、図3に示すように、ガス化炉2からのバイオマスガスによってCO,NOx,炭化水素の発生が最も少ない浄化ウインドウWの範囲でエンジン4の運転が継続される。
This biomass gas
しかし、ガス化炉2から供給されるバイオマスガスの燃焼カロリーが大幅に低下した場合に、A/Fバルブ41を全開にしても、浄化ウインドウWがリーン側に外れ、NOxが増大することとなる。
However, when the combustion calorie of biomass gas supplied from the gasification furnace 2 is greatly reduced, the purification window W is moved to the lean side and NOx increases even if the A /
したがって、制御部10は、A/Fバルブ41が全開になった場合、通常時は閉じられていた開閉バルブ61を開いてバイパス供給経路6を開通させる。これにより、A/Fバルブ41を通過してミキサ40に作用する吸気のベンチュリ効果で供給されていたバイオマスガスの一部は、バイパス供給経路6から直接スロットルバルブ44よりも下流側であるシリンダヘッド42への吸気直前の吸気経路43に供給される。これにより、吸気経路43へと供給される混合気中のバイオマスガスは濃くなり、A/Fバルブ41の全開を解除して、当該A/Fバルブ41での制御が可能となる。
Therefore, when the A /
この際、混合気中のバイオマスガスの濃さは、開閉バルブ61の開度を調整することによって調整することができる。
At this time, the concentration of biomass gas in the air-fuel mixture can be adjusted by adjusting the opening degree of the open /
なお、エンジン4の負荷を変更する場合や、エンジン4の始動時は、制御部10に設定されているA/Fバルブ41の開度のままだとバイパス供給経路6を開通させている分、空気過剰率が急激に変化してしまいエンジンストールが発生することとなる。したがって、エンジン4の負荷を変更する場合や、エンジン4の始動時は、開閉バルブ61を閉じてA/Fバルブ41によるバイオマスガスの供給に戻し、その後、A/Fバルブ41を全開にしても浄化ウインドウWがリーン側に外れる場合は、再度開閉バルブ61を開いてバイパス供給経路6を開通させる。
Note that when the load of the
このようにしてバイオマスガス専焼エンジン1の運転を制御部10によって制御することで、バイオマスガスの燃焼カロリーが不足してリーン側に浄化ウインドウを外れ、NOxが増大するといったことを防止することができる。
In this way, by controlling the operation of the biomass gas
また、エンジン4の負荷または回転数の変更時に、開閉バルブ61を閉じてA/Fバルブ41によるバイオマスガスの供給に戻してからエンジン4の負荷または回転数の変更を行うように制御することで、急激な空燃比の変化を防止してエンジンストールの発生を回避することができる。
−実施例3−
図6は、制御部10によるゼロガバナ30の作動不良検出項目を示している。
Further, when the load or the rotational speed of the
Example 3
FIG. 6 shows items of malfunction detection of the zero
すなわち、制御部10の制御によって、バイオマスガスの燃焼カロリーが不足してリーン側に浄化ウインドウWを外れ、NOxが増大するといったことを防止することができるのは、ゼロガバナ30が正常に作動していることが前提であり、ゼロガバナ30が作動不良を起こしている場合は、バイオマスガスの燃焼カロリーが不足しているのではなく、ゼロガバナ30が作動不良を起こしていることが原因と考えられる。
That is, the control of the
したがって、制御部10は、A/Fバルブ41が全開になり、浄化ウインドウWがリーン側に外れたことを前酸素センサ13、後酸素センサ14または全領域センサ15が検出した場合、上記した実施例1および実施例2の制御の前に、ゼロガバナ30の上流側から供給されるバイオマスガスの供給圧力が所定の圧力であり、ゼロガバナ30を通過後の下流側の圧力が負圧になっていないかを検出するようになされている。この検出は、ガス供給経路31におけるゼロガバナ30の前後に、圧力スイッチ(図示省略)を設けて検出することができる。
Therefore, when the
A/Fバルブ41が全開で、浄化ウインドウWがリーン側に外れたことを前酸素センサ13、後酸素センサ14または全領域センサ15が検出し、ゼロガバナ30の上流側から供給されるバイオマスガスの供給圧力が所定の圧力であり、ゼロガバナ30を通過後の下流側の圧力が負圧であることを検出すると、制御部10は、ゼロガバナ30の作動不良と判断し、警報を発する。この警報は、音を発するものであってもよいし、ランプなどが点滅するようになされたものであってもよいし、警報信号を何処かへ通信するものであってもよい。また、警報に連動して制御部10は、エンジン4の停止プログラムへ移行するようになされたものであってもよい。
The
これにより、前記した実施例1および実施例2のような制御を行う際のゼロガバナ30の制御不良を事前に検出することができる。
Thereby, the control failure of the zero
なお、本実施の形態において、制御部10は、A/Fバルブ41が全開になった場合を検出するようになされているが、A/Fバルブ41が全開になる以前に浄化ウインドウWがリーン側に外れたことを前酸素センサ13、後酸素センサ14または全領域センサ15が検出することも考えられる。したがって、制御部10は、A/Fバルブ41が所定の開度以上大きくなった時点で、浄化ウインドウWがリーン側に外れたことを前酸素センサ13、後酸素センサ14または全領域センサ15が検出した場合に、ゼロガバナ30の上流側から供給されるバイオマスガスの供給圧力が所定の圧力であり、ゼロガバナ30を通過後の下流側の圧力が負圧になっていないかを検出するものであってもよい。
−実施例4−
図7は、バイオマスガス専焼エンジン1において、A/Fバルブ41を全開にしても浄化ウインドウWがリーン側に外れた際のNOxの量とエンジン4の点火時期との関係を示している。すなわち、A/Fバルブ41を全開にしても浄化ウインドウWがリーン側に外れた場合は、エンジン4の点火時期をリタードさせることで、発生するNOxの低減を図ることができることを示している。この情報は、制御部10に入力されている。
In the present embodiment, the
Example 4
FIG. 7 shows the relationship between the amount of NOx and the ignition timing of the
通常、A/Fバルブ41は、最も燃費の良い位置で使用するようにセットされており、発生するNOxが最も少ない位置にセットされていない。したがって、制御部10は、ガス化炉2から供給されるバイオマスガスの燃焼カロリーが大幅に低下し、A/Fバルブ41を全開にしても、浄化ウインドウWがリーン側に外れ、NOxが増大することとなった場合に、前記図7に基づいてエンジン4の点火時期を、NOxの低減を図ることができる位置にリタードさせることで、エンジン4の運転状態を浄化ウインドウW内に収めるように制御することができ、バイオマスガスが不足してリーン側に浄化ウインドウを外れ、NOxが増大するといったことを防止することができる。
Usually, the A /
なお、エンジン4の運転状態が浄化ウインドウWからリーン側に外れた状態が改善され、A/Fバルブ41を全開する必要がなくなり、エンジン4の運転状態を浄化ウインドウW内に収めることができるようになった場合には、制御部10によって、リタードさせていた点火時期を元に戻すように制御する。
In addition, the state in which the operating state of the
また、制御部10は、この制御を行う前に、前記した実施例3の制御によってゼロガバナ30の作動不良を検出する制御を行ってもよい。
−実施例5−
図8は、バイオマスガス専焼エンジン1におけるエンジン4の運転時に、A/Fバルブ41のパータベーション制御時のバルブ開度の経時的変化と、A/Fバルブ41の開度の変動幅との関係を示している。
Further, the
-Example 5
FIG. 8 shows the relationship between the change over time of the valve opening during the perturbation control of the A /
すなわち、制御部10は、バイオマスガスの燃焼カロリーが大幅に低下し、A/Fバルブ41が全開あるいは全開近くになった場合に、パータベーション制御を行っていたA/Fバルブ41の開度の変動幅R1を、通常よりも所定量だけ増大させた開度の変動幅R2に変更する。これにより、空燃比の制御速度を向上させ、A/Fバルブ41のオーバーシュート時間を短くすることができる。したがって、バイオマスガスが不足してリーン側に浄化ウインドウWが外れ、NOxが増大する時間を短くして排気ガス濃度の低下を図ることができる。
That is, the
なお、図8では、Z特性を有する前酸素センサ13および後酸素センサ14によってA/Fバルブ41が全開あるいは全開近くになった場合を検出するようになされているため、A/Fバルブ41が全開になってから以降は、どの程度オーバーシュートしているのか、その程度を把握することができない。したがって、A/Fバルブ41の開度の変動幅R2は、通常の開度の変動幅R1より所定量だけ増大させた固定値に設定されている。しかし、制御部10は、前酸素センサ13および後酸素センサ14ではなく、全領域センサ15によって、A/Fバルブ41が全開あるいは全開近くになった場合を検出するようにしてもよい。この場合、図9に示すように、どの程度オーバーシュートしたかを把握することができるので、この全領域センサ15の検出結果に基づいてA/Fバルブ41の開度の変動幅R3を決定することができることとなり、より的確な制御が可能となる。
In FIG. 8, since the A /
オーバーシュートが解消され、前回していたA/Fバルブ41を閉じることができるようになってから以降は、所定開度、例えば80%程度の開度に閉じることができるようになってから通常の開度の変動幅R1に戻すように、制御部10によって制御する。
After the overshoot has been resolved and the previous A /
なお、オーバーシュート時のA/Fバルブ41の開度の変動幅R2、R3は、A/Fバルブ41の開度を急激に変化させるジャンプ、徐々に変化させて微調整を行うランプ、の双方を変動させるものであってもよいし、何れか一方を変動させるものであってもよい。変動幅R3を決定する際は、例えば、R3=[R1×(全領域センサ15の検出結果−全領域センサ15の目標値)/パータベーション制御の目標値]によって算出することができる。
Note that the fluctuation ranges R2 and R3 of the opening degree of the A /
また、制御部10は、この制御を行う前に、前記した実施例3の制御によってゼロガバナ30の作動不良を検出する制御を行ってもよい。
Further, the
前記した実施例1ないし実施例5の各制御は、一つまたは複数を組み合わせて実行するものであってもよい。また、運転状況に応じて好適な制御を選択するものであってもよい。例えば、図10に示すように、実施例1の制御の場合、スロットルバルブ44の開度の全領域において、バイオマスガスの増加を図ることができるが、実施例2の制御の場合、スロットルバルブ44の開度が小さい領域ではバイオマスガスの増加効果を充分に得ることができるが、スロットルバルブ44の開度が増して行くとバイオマスガスの増加効果は徐々に小さくなってしまう。したがって、その時の運転状況に応じて、制御部10が、実施例1の制御を行うか、実施例2の制御を行うか、好適な制御を選択するようになされたものであってもよい。
Each control in the first to fifth embodiments described above may be executed in combination of one or more. Further, a suitable control may be selected according to the driving situation. For example, as shown in FIG. 10, in the case of the control of the first embodiment, the biomass gas can be increased in the entire range of the opening of the
このようにして構成されるバイオマスガス専焼エンジン1は、コージェネレーション装置(図示省略)の駆動源として好適に使用することができる。また、ガスヒートポンプ装置(図示省略)の駆動源としても好適に使用することができる。
The biomass
なお、ガス化炉2は、木材チップや籾殻などのバイオマス原料を加熱分解する炉によって構成されているが、このガス化炉2としては、木質原料のものに限定されるものではなく、ゴミやプラスチック廃棄物などの他のバイオマス原料を加熱分解するものであってもよい。また、加熱分解によってバイオマスガスを発生させるものに限定されるものではなく、生ごみ、下水、糞尿などを発酵させてバイオマスガスを発生させる発酵系のガス化炉2を使用するものであってもよい。発酵系のガス化炉2の場合も、バイオマスガスの発生量を厳密に制御することが難しく、燃焼カロリーが不足することが考えられるので、本発明は有効となる。 In addition, although the gasification furnace 2 is comprised by the furnace which heat-decomposes biomass raw materials, such as a wood chip and a rice husk, as this gasification furnace 2, it is not limited to the thing of a wood raw material, Other biomass raw materials such as plastic waste may be thermally decomposed. Moreover, it is not limited to what generates biomass gas by thermal decomposition, Even if it uses the fermentation type gasification furnace 2 which ferments raw garbage, sewage, manure, etc. and generates biomass gas Good. Also in the case of the fermentation gasification furnace 2, it is difficult to strictly control the amount of biomass gas generated, and it is conceivable that the combustion calories are insufficient, so the present invention is effective.
1 バイオマスガス専焼エンジン
10 制御部
13 前酸素センサ
14 後酸素センサ
15 全領域センサ
2 ガス化炉
30 ゼロガバナ
30a ダイヤフラム
30b アクチュエータ
30c 大気圧解放経路(空気出口)
30d 圧力調整弁(可変バルブ)
32 空気供給経路
4 エンジン
41 A/Fバルブ
44 スロットルバルブ
6 バイパス供給経路
61 開閉バルブ
W 浄化ウインドウ
R1 変動幅
R2 変動幅
R3 変動幅
DESCRIPTION OF
30d Pressure regulating valve (variable valve)
32
Claims (5)
ゼロガバナのダイヤフラム上のアクチュエータに開口された空気出口には、可変バルブが設けられるとともに、このアクチュエータに空気圧を加えることができる空気供給経路が接続され、
設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したA/Fバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、空気供給経路からアクチュエータに空気圧を加えるとともに可変バルブによってその空気圧を調整してA/Fバルブに供給されるバイオマスガスの供給圧力を高くするように制御する制御部が設けられたことを特徴とするバイオマスガス専焼エンジン。 A gas engine in which biomass gas generated in a gasifier is supplied from an zero governor to an A / F valve of an engine,
A variable valve is provided at the air outlet opened to the actuator on the diaphragm of the zero governor, and an air supply path through which air pressure can be applied to the actuator is connected.
When the opening of the A / F valve corresponding to the excess air ratio linked to the set load exceeds a predetermined opening, the air pressure is applied to the actuator from the air supply path and the air pressure is adjusted by the variable valve. A biomass gas combustion engine characterized by comprising a control unit that controls to increase the supply pressure of biomass gas supplied to the A / F valve.
設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したA/Fバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、バイオマスガスの供給圧力が正常であり、ゼロガバナの出口圧力が負圧であり、排気ガスがリーンになるとゼロガバナの作動不良を検出する請求項1または2記載のバイオマスガス専焼エンジン。 The control unit detects the opening degree of the A / F valve, detects whether or not the supply pressure of the biomass gas is normal, detects the outlet pressure of the zero governor, and outputs the exhaust gas full range sensor or the oxygen sensor Detect
The biomass gas supply pressure is normal and the zero governor outlet pressure is negative when the A / F valve opening corresponding to the excess air ratio associated with the set load is greater than the predetermined opening. The biomass gas combustion engine according to claim 1 or 2, wherein when the exhaust gas becomes lean, a malfunction of the zero governor is detected .
A/Fバルブをリーン側およびリッチ側に変動させてパータベーション制御を行うようになされた制御部を有し、
当該制御部は、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したA/Fバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、パータベーション制御を行う変動幅を大きくするようになされたことを特徴とするバイオマスガス専焼エンジン。 A gas engine in which biomass gas generated in a gasifier is supplied from an zero governor to an A / F valve of an engine,
A control unit configured to perform perturbation control by changing the A / F valve to the lean side and the rich side;
The control unit is configured to increase the fluctuation range for performing perturbation control when the opening degree is larger than a predetermined opening degree than the opening degree of the A / F valve corresponding to the excess air ratio interlocked with the set load. This is a biomass gas-fired engine.
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