JP7214490B2

JP7214490B2 - Gas engine system and its control method

Info

Publication number: JP7214490B2
Application number: JP2019018456A
Authority: JP
Inventors: 陽平辻; 祐太近藤; 尚堀江
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2019-02-05
Filing date: 2019-02-05
Publication date: 2023-01-30
Anticipated expiration: 2039-02-05
Also published as: JP2020125719A

Description

本発明は、ガスエンジンと、ガスエンジンの排気エネルギで駆動される過給機とを備えるガスエンジンシステムの制御方法に関する。 The present invention relates to a control method for a gas engine system including a gas engine and a supercharger driven by exhaust energy of the gas engine.

一般に、ガスエンジンとその排気エネルギで駆動される過給機とを備えるガスエンジンシステムでは、ガスエンジンからの排気エネルギで過給機が駆動され、その過給機によって圧縮された空気がガスエンジンへ給気される。ガスエンジンでは、空気及びガス燃料の混合気を燃焼室へ吸入して燃焼させ、動力を発生させる。 Generally, in a gas engine system comprising a gas engine and a supercharger driven by the exhaust energy of the gas engine, the supercharger is driven by the exhaust energy from the gas engine, and the air compressed by the supercharger is sent to the gas engine. be supplied with air. In a gas engine, a mixture of air and gas fuel is drawn into a combustion chamber and combusted to generate power.

従来、発電機を駆動するガスエンジンでは、回転数が一定となり、且つ、所望の発電出力（即ち、エンジン負荷）が得られるように燃料供給量が調整され、燃料供給量に対する給気圧の調整によって混合気の空燃比が制御される。混合気の空燃比は、ノッキングや失火を回避した範囲内で燃焼特性が最適、即ち、熱効率が高く、ＮＯｘ排出量が最小となるように制御される。 Conventionally, in a gas engine that drives a generator, the number of revolutions is constant, and the amount of fuel supply is adjusted so that a desired power generation output (i.e., engine load) can be obtained. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture is controlled so that the combustion characteristics are optimized within the range in which knocking and misfiring are avoided, that is, thermal efficiency is high and NOx emissions are minimized.

上記のようなガスエンジンシステムでは、過給機の駆動力がガスエンジンの排気エネルギに依存することから、ガスエンジンの起動時の過給機の過給能力は低い。ガスエンジン起動時は、十分な過給が得られないためにエンジン負荷を徐々に上昇させることしかできず、エンジン負荷が所望の負荷（例えば、定格負荷）に到達するまでに時間を要するという問題があった。 In the gas engine system as described above, since the driving force of the supercharger depends on the exhaust energy of the gas engine, the supercharging capability of the supercharger is low when the gas engine is started. At the time of starting the gas engine, the engine load can only be increased gradually because sufficient supercharging cannot be obtained, and it takes time for the engine load to reach the desired load (for example, the rated load). was there.

そこで、特許文献１では、ガスエンジンの起動時や出力変動時における過給機の応答遅れを解消するために、起動時若しくはエンジン負荷変動時に、所定の出力変化率に応じて燃料供給量を制御するとともに、現時点ｔから時間αだけ先行した時間ｔ＋αにおける燃料供給量に対して所要の空燃比となる目標空気量を算出し、算出した目標空気量と、実給気量との偏差に基づいて給気量を制御することが提案されている。 Therefore, in Patent Document 1, in order to eliminate the response delay of the turbocharger when the gas engine is started or when the output fluctuates, the fuel supply amount is controlled according to a predetermined output change rate when the gas engine is started or when the engine load fluctuates. Then, a target air amount that provides a required air-fuel ratio with respect to the fuel supply amount at time t+α, which precedes the current time t by time α, is calculated based on the deviation between the calculated target air amount and the actual air supply amount. It has been proposed to control the amount of air supplied.

特開２００９－１８５７１８公報Japanese Patent Application Laid-Open No. 2009-185718

特許文献１では、ガスエンジンの起動時や負荷変動時における過給機の応答遅れを緩和することができる。それであっても、所望の給気圧が得られるまでにガスエンジンの排気エネルギが上昇するまでには時間を要し、負荷上昇速度を向上させるために改良の余地が残されている。 In Patent Literature 1, it is possible to alleviate the response delay of the supercharger when the gas engine is started or when the load fluctuates. Even so, it takes time to increase the exhaust energy of the gas engine until the desired boost pressure is obtained, and there is room for improvement in order to improve the load increase speed.

本発明は以上の事情に鑑みてされたものであり、出力回転数が一定であるガスエンジンと、ガスエンジンの排気エネルギで駆動される過給機とを備えるガスエンジンシステムにおいて、エンジン負荷上昇速度を向上する技術を提案する。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and provides a gas engine system comprising a gas engine having a constant output speed and a supercharger driven by the exhaust energy of the gas engine, wherein the engine load increase speed is We propose a technology to improve

本発明の一態様に係るガスエンジンシステムは、
空気及びガス燃料の混合気を吸入して燃焼させる燃焼室を有し、一定の回転数で発電機を駆動するガスエンジンと、
前記燃焼室と給気路を介して接続された圧縮機及び前記燃焼室と排気路を介して接続されたタービンを有し前記燃焼室へ給気する過給機と、
前記圧縮機へ高圧空気を吹き付けて当該圧縮機の回転を助勢するジェットアシスト装置と、
前記燃焼室への前記ガス燃料の供給量を調整する燃料供給装置と、
前記燃焼室への実給気圧を検出する給気圧検出器と、
前記発電機の電力量を検出する電力計と、
前記実給気圧及び前記電力量を取得して、前記電力量を所定の目標電力量に調節するように、前記電力量に基づいて算出されるエンジン負荷に応じて前記実給気圧を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記エンジン負荷又は当該エンジン負荷に基づいて設定された目標エンジン負荷又は目標エンジン負荷に対応する給気圧を目標給気圧として、前記実給気圧が前記目標給気圧に満たないときに前記ジェットアシスト装置を作動させるものである。 A gas engine system according to one aspect of the present invention includes:
A gas engine that has a combustion chamber that draws and burns a mixture of air and gas fuel and that drives a generator at a constant rotation speed;
a supercharger having a compressor connected to the combustion chamber via an air supply path and a turbine connected to the combustion chamber via an exhaust path and supplying air to the combustion chamber;
a jet assist device that blows high-pressure air to the compressor to assist rotation of the compressor;
a fuel supply device that adjusts the amount of gas fuel supplied to the combustion chamber;
a boost pressure detector that detects the actual boost pressure to the combustion chamber;
a wattmeter for detecting the power amount of the generator;
Control for acquiring the actual boost pressure and the electric power amount and controlling the actual boost pressure according to the engine load calculated based on the electric power amount so as to adjust the electric power amount to a predetermined target electric power amount. a device;
The control device sets the engine load, a target engine load set based on the engine load, or a boost pressure corresponding to the target engine load as a target boost pressure, and when the actual boost pressure is less than the target boost pressure, It operates the jet assist device.

また、本発明の別の一態様に係るガスエンジンシステムの制御方法は、
空気及びガス燃料の混合気を燃焼室へ吸入して燃焼させることにより一定の回転数で発電機を駆動するガスエンジンと、前記燃焼室と給気路を介して接続された圧縮機及び前記燃焼室と排気路を介して接続されたタービンを有し前記燃焼室へ給気する過給機と、前記圧縮機へ高圧空気を吹き付けて当該圧縮機の回転を助勢するジェットアシスト装置とを備えるガスエンジンシステムの制御方法であって、
前記発電機の発電量の検出値から前記ガスエンジンのエンジン負荷を求めること、
前記エンジン負荷と前記燃焼室への給気圧とを関連付ける所与の情報を利用して、前記エンジン負荷又は当該エンジン負荷に基づいて設定された目標エンジン負荷に対応する前記給気圧である目標給気圧を求めること、
前記燃焼室への実給気圧を検出すること、及び、
前記実給気圧が前記目標給気圧に満たないときに前記ジェットアシスト装置を作動させること、を含むものである。 Further, a gas engine system control method according to another aspect of the present invention includes:
A gas engine that drives a generator at a constant rotational speed by sucking a mixture of air and gas fuel into a combustion chamber and burning it, a compressor connected to the combustion chamber via an air supply path, and the combustion A gas comprising a supercharger having a turbine connected to the chamber via an exhaust path and supplying air to the combustion chamber, and a jet assist device for blowing high-pressure air to the compressor to assist rotation of the compressor. A control method for an engine system, comprising:
obtaining the engine load of the gas engine from the detected value of the power generation amount of the generator;
A target boost pressure, which is the boost pressure corresponding to the engine load or a target engine load set based on the engine load, using given information relating the engine load and the boost pressure to the combustion chamber. to seek
detecting the actual charge pressure to the combustion chamber; and
activating the jet assist device when the actual air supply pressure is less than the target air supply pressure.

上記ガスエンジンシステム及びその制御方法によれば、給気圧が不足する場合に、ジェットアシスト装置によって過給機の回転が助勢され、その結果、給気圧を急速に上昇させることができる。このように十分な給気圧に対応して、燃料供給量を速やかに増加させることができるので、エンジン負荷を迅速に上昇させることが可能となる。 According to the above gas engine system and its control method, when the boost pressure is insufficient, the rotation of the supercharger is assisted by the jet assist device, and as a result, the boost pressure can be rapidly increased. Since the amount of fuel supplied can be quickly increased in response to a sufficient boost pressure in this way, it is possible to quickly increase the engine load.

上記ガスエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、負荷上昇運転中に前記ジェットアシスト装置を作動させてよい。同様に、上記ガスエンジンシステムの制御方法において、負荷上昇運転中に前記ジェットアシスト装置を作動させてよい。 In the gas engine system described above, the control device may operate the jet assist device during a load increase operation. Similarly, in the gas engine system control method described above, the jet assist device may be operated during load-increasing operation.

エンジン負荷を強制的に上昇させる負荷上昇運転中では、目標給気圧と実給気圧との偏差が大きくなる。そこで、負荷運転上昇中に積極的にジェットアシスト装置で過給機を助勢することで、速やかにエンジン負荷を上昇させることができる。 During the load increase operation in which the engine load is forcibly increased, the difference between the target air supply pressure and the actual air supply pressure increases. Therefore, the engine load can be quickly increased by positively assisting the supercharger with the jet assist device while the load is increasing.

また、上記ガスエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、前記負荷が定格負荷の２０％以上６５％以下の範囲にあるときに、前記ジェットアシスト装置を作動させてよい。同様に、上記ガスエンジンシステムの制御方法において、前記負荷が定格負荷の２０％以上６５％以下の範囲にあるときに、前記ジェットアシスト装置を作動させてよい。 In the above gas engine system, the control device may operate the jet assist device when the load is in the range of 20% or more and 65% or less of the rated load. Similarly, in the gas engine system control method described above, the jet assist device may be operated when the load is in the range of 20% or more and 65% or less of the rated load.

発明者らは、ガスエンジンの起動時などのエンジン負荷が急上昇する間、エンジン負荷が定格負荷の２０％以上の範囲で目標給気圧と実給気圧との偏差が顕著となるという知見を得ている。また、エンジン負荷が急上昇する間、エンジン負荷が定格負荷の６５％を超える範囲では、目標給気圧と実給気圧との偏差は十分に小さく、過給機を助勢する必要性が低下する。そこで、エンジン負荷が上記範囲にあるときにジェットアシスト装置を作動させることで、効率的に過給機を助勢することができる。 The inventors have obtained the knowledge that the difference between the target air supply pressure and the actual air supply pressure becomes remarkable in the engine load range of 20% or more of the rated load while the engine load suddenly increases such as when the gas engine is started. there is Also, while the engine load rises sharply, the deviation between the target boost pressure and the actual boost pressure is sufficiently small in the range where the engine load exceeds 65% of the rated load, reducing the need to boost the supercharger. Therefore, by activating the jet assist device when the engine load is within the above range, the supercharger can be efficiently assisted.

また、上記ガスエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、前記目標給気圧と前記実給気圧との偏差を監視し、前記偏差が所定の第１閾値を超えれば前記ジェットアシスト装置を作動させ、所定時間の経過後、又は、前記偏差が所定の第２閾値以下となれば前記ジェットアシスト装置を停止させてよい。同様に、上記ガスエンジンシステムの制御方法において、前記目標給気圧と前記実給気圧との偏差を監視し、前記偏差が所定の第１閾値を超えれば前記ジェットアシスト装置を作動させ、所定時間の経過後、又は、前記偏差が所定の第２閾値以下となれば前記ジェットアシスト装置を停止させてよい。 Further, in the above gas engine system, the control device monitors a deviation between the target boost pressure and the actual boost pressure, and if the deviation exceeds a predetermined first threshold value, operates the jet assist device, and waits for a predetermined time. or when the deviation becomes equal to or less than a predetermined second threshold value, the jet assist device may be stopped. Similarly, in the gas engine system control method described above, the deviation between the target boost pressure and the actual boost pressure is monitored, and if the deviation exceeds a predetermined first threshold value, the jet assist device is operated, and the jet assist device is activated for a predetermined period of time. After a lapse of time, or when the deviation becomes equal to or less than a predetermined second threshold value, the jet assist device may be stopped.

ジェットアシスト装置が作動すると給気圧が一気に高まることから、目標給気圧と実給気圧との偏差がさほど大きくない状況でジェットアシスト装置を作動させると、給気圧が目標給気圧を超えて、余剰となるおそれがある。そこで、ガスエンジンシステムごとに適切な第１閾値を設定することにより、不要なジェットアシスト装置の作動を抑制し、効率的に助勢を行うことができる。 When the jet assist device is activated, the boost pressure rises at once, so if the jet assist device is activated in a situation where the deviation between the target boost pressure and the actual boost pressure is not so large, the boost pressure will exceed the target boost pressure, and it will be surplus. may become Therefore, by setting an appropriate first threshold value for each gas engine system, unnecessary operation of the jet assist device can be suppressed, and assist can be efficiently performed.

上記において、前記第１閾値は、前記負荷の増加に伴って増加する前記負荷の関数であってよい。 In the above, the first threshold may be a function of the load that increases as the load increases.

エンジン負荷が急上昇する間、エンジン負荷が低いときには給気圧は上昇しにくいが、エンジン負荷がある程度まで大きくなると給気圧は速やかに上昇する。そこで、第１閾値を上記のような関数とすることで、エンジン負荷が低いときは比較的小さな偏差でもジェットアシスト装置が作動し、エンジン負荷が定格負荷に近づくほどジェットアシスト装置が作動する偏差が大きくなる。このようにして、助勢の必要度に応じてジェットアシスト装置を作動させることができる。 While the engine load is rapidly increasing, the boost pressure is difficult to increase when the engine load is low, but when the engine load increases to a certain extent, the boost pressure rises quickly. Therefore, by setting the first threshold value to the above function, the jet assist device operates even with a relatively small deviation when the engine load is low, and the deviation at which the jet assist device operates increases as the engine load approaches the rated load. growing. In this manner, the jet assist device can be operated according to the degree of need for assistance.

また、上記ガスエンジンシステムにおいて、前記制御装置は、定常運転中に前記目標給気圧と前記実給気圧との偏差を監視し、前記偏差が所定の第３閾値を超えれば前記ジェットアシスト装置を作動させ、所定時間の経過後、又は、前記偏差が所定の第４閾値以下となれば前記ジェットアシスト装置を停止させてよい。同様に、上記ガスエンジンシステムの制御方法において、定常運転中に前記目標給気圧と前記実給気圧との偏差を監視し、前記偏差が所定の第３閾値を超えれば前記ジェットアシスト装置を作動させ、所定時間の経過後、又は、前記偏差が所定の第４閾値以下となれば前記ジェットアシスト装置を停止させてよい。 In the above gas engine system, the control device monitors the deviation between the target boost pressure and the actual boost pressure during steady operation, and activates the jet assist device if the deviation exceeds a predetermined third threshold. The jet assist device may be stopped after a predetermined time has elapsed or when the deviation becomes equal to or less than a predetermined fourth threshold value. Similarly, in the gas engine system control method described above, the deviation between the target boost pressure and the actual boost pressure is monitored during steady operation, and if the deviation exceeds a predetermined third threshold value, the jet assist device is operated. The jet assist device may be stopped after a predetermined period of time has elapsed, or when the deviation becomes equal to or less than a predetermined fourth threshold value.

大気温度の低下や過給機の経年劣化等により、定常運転中に給気圧が低下することがある。このような場合に、ジェットアシスト装置を一時的に作動させて給気圧を高めることで、給気圧を迅速に回復させて、安定した運転を維持することができる。 The boost pressure may drop during steady operation due to a drop in atmospheric temperature, aged deterioration of the supercharger, or the like. In such a case, by temporarily operating the jet assist device to increase the boost pressure, the boost pressure can be quickly restored and stable operation can be maintained.

本発明によれば、回転数が一定であるガスエンジンと、ガスエンジンの排気エネルギで駆動される過給機とを備えるガスエンジンシステムにおいて、エンジン負荷上昇速度を向上する技術を提案することができる。 Advantageous Effects of Invention According to the present invention, it is possible to propose a technique for improving the engine load increase speed in a gas engine system including a gas engine with a constant rotation speed and a supercharger driven by the exhaust energy of the gas engine. .

図１は、本発明の一実施形態に係るガスエンジンシステムの概略構成図である。FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas engine system according to one embodiment of the present invention. 図２は、ガスエンジンの要部の断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view of the essential parts of the gas engine. 図３は、ガスエンジンシステムの制御系統の構成を示す図である。FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the control system of the gas engine system. 図４は、発電機出力（エンジン負荷）と給気圧の関係を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the relationship between generator output (engine load) and boost pressure. 図５は、負荷上昇時の計画出力と計画給気圧とを示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the planned output and planned boost pressure when the load increases. 図６は、ガスエンジンにおけるノッキング領域及び失火領域を示す、横軸に空燃比、縦軸に正味平均有効圧をとったグラフである。FIG. 6 is a graph showing the knocking region and the misfire region in a gas engine, with the air-fuel ratio on the horizontal axis and the net mean effective pressure on the vertical axis. 図７は、第１閾値とエンジン負荷との関係を示すグラフである。FIG. 7 is a graph showing the relationship between the first threshold and engine load.

次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Next, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.

〔ガスエンジンシステム１の構成〕
図１は、本発明の一実施形態に係るガスエンジンシステム１の概略構成図である。図１に示すガスエンジンシステム１は、ガスエンジン２、過給機３、及び、制御装置７（図２、参照）を備える。本実施形態では、発電機８がガスエンジン２により直接的に駆動される。 [Configuration of gas engine system 1]
FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a gas engine system 1 according to one embodiment of the present invention. A gas engine system 1 shown in FIG. 1 includes a gas engine 2, a supercharger 3, and a control device 7 (see FIG. 2). In this embodiment, the generator 8 is directly driven by the gas engine 2 .

ガスエンジン２は、ガス燃料（例えば、天然ガス）のみを燃焼させるガス専焼エンジンであってよい。但し、ガスエンジン２は、状況によってガス燃料と燃料油の一方又は双方を燃焼させる二元燃料エンジンであってもよい。また、本実施形態では、ガスエンジン２は４ストロークエンジンであるが、ガスエンジン２は２ストロークエンジンであってもよい。 The gas engine 2 may be a gas-only combustion engine that burns only gas fuel (eg, natural gas). However, the gas engine 2 may be a dual fuel engine that burns one or both of gas fuel and fuel oil depending on the situation. Moreover, although the gas engine 2 is a four-stroke engine in this embodiment, the gas engine 2 may be a two-stroke engine.

図２は、ガスエンジン２の要部の断面図である。ガスエンジン２は、複数のシリンダ２１を有する（図２では１つのシリンダ２１のみを図示）。各シリンダ２１内にはピストン２２が往復動自在に配設されており、シリンダ２１及びピストン２２によって燃焼室２０が形成されている。ピストン２２は、図略の連接棒により図略のクランク軸と連結されている。 FIG. 2 is a cross-sectional view of the essential parts of the gas engine 2. As shown in FIG. The gas engine 2 has a plurality of cylinders 21 (only one cylinder 21 is shown in FIG. 2). A piston 22 is arranged in each cylinder 21 so as to be able to reciprocate, and a combustion chamber 20 is formed by the cylinder 21 and the piston 22 . The piston 22 is connected to a crankshaft (not shown) by a connecting rod (not shown).

各シリンダ２１において、ピストン２２が２往復することにより、ガスエンジン２の１サイクル（吸気、圧縮、膨張、排気）が行われる。各シリンダ２１における１サイクルの間のガスエンジン２の位相角（０～７２０度）は、位相角検出器６３（本発明の回転数検出器）により検出される。位相角としては、クランク軸の回転角（クランク角）やピストン２２の位置などが用いられてよく、位相角検出器６３は、例えば、電磁ピックアップ、近接スイッチ、又はロータリーエンコーダであってよい。また、位相角検出器６３からは、ガスエンジン２の実回転数も検出される。 In each cylinder 21, one cycle (intake, compression, expansion, exhaust) of the gas engine 2 is performed by reciprocating the piston 22 twice. The phase angle (0 to 720 degrees) of the gas engine 2 during one cycle in each cylinder 21 is detected by a phase angle detector 63 (rotation speed detector of the present invention). As the phase angle, the rotation angle (crank angle) of the crankshaft, the position of the piston 22, or the like may be used, and the phase angle detector 63 may be, for example, an electromagnetic pickup, a proximity switch, or a rotary encoder. The phase angle detector 63 also detects the actual rotation speed of the gas engine 2 .

図１に戻って、過給機３は、圧縮機３１とタービン３２とを含み、これらが軸で接続されてなる。過給機３には、ジェットアシスト装置３０が付帯している。ジェットアシスト装置３０は、高圧空気源３５と、圧縮機３１の入口側へ高圧空気源３５から供給される高圧空気を供給するノズル３６と、高圧空気源３５とノズル３６との間に設けられたジェットアシスト弁３７とを備える。ジェットアシスト装置３０の作動時には、ジェットアシスト弁３７が開放されて、ノズル３６から高圧空気が噴出し、この高圧空気によって圧縮機３１の回転がアシストされる。また、ジェットアシスト装置３０の停止時には、ジェットアシスト弁３７は閉止され、高圧空気の圧縮機３１への流入が阻止される。 Returning to FIG. 1, the supercharger 3 includes a compressor 31 and a turbine 32, which are connected by a shaft. A jet assist device 30 is attached to the supercharger 3 . The jet assist device 30 is provided between a high-pressure air source 35, a nozzle 36 for supplying high-pressure air from the high-pressure air source 35 to the inlet side of the compressor 31, and between the high-pressure air source 35 and the nozzle 36. and a jet assist valve 37 . When the jet assist device 30 is activated, the jet assist valve 37 is opened, high pressure air is jetted out from the nozzle 36, and the rotation of the compressor 31 is assisted by this high pressure air. Further, when the jet assist device 30 is stopped, the jet assist valve 37 is closed to prevent the high-pressure air from flowing into the compressor 31 .

ガスエンジン２は、給気路４１を介して圧縮機３１と接続されているとともに、排気路４２を介してタービン３２と接続されている。給気路４１は、圧縮機３１で圧縮された空気を各シリンダ２１に導く。給気路４１には、給気路４１から気体を逃がして給気路４１の圧力を開放する給気ブローオフ弁４８が設けられている。排気路４２は、各シリンダ２１から燃焼後の排ガスをタービン３２に導く。排気路４２には、排気路４２から気体の一部を分流させることによりタービン３２への流入量を調節する排気バイパス弁４９が設けられている。なお、給気路４１の下流側部分及び排気路４２の上流側部分はシリンダ２１と同数の分岐路にマニホールドから分岐しているが、図１では図面の簡略化のために給気路４１及び排気路４２が１本の流路で描かれている。 The gas engine 2 is connected to the compressor 31 via an air supply path 41 and is connected to the turbine 32 via an exhaust path 42 . The air supply path 41 guides the air compressed by the compressor 31 to each cylinder 21 . The air supply path 41 is provided with an air supply blow-off valve 48 that releases gas from the air supply path 41 to release the pressure in the air supply path 41 . The exhaust path 42 guides exhaust gas after combustion from each cylinder 21 to the turbine 32 . The exhaust path 42 is provided with an exhaust bypass valve 49 that adjusts the amount of gas flowing into the turbine 32 by diverting part of the gas from the exhaust path 42 . Although the downstream portion of the air supply passage 41 and the upstream portion of the exhaust passage 42 are branched from the manifold into the same number of branch passages as the cylinders 21, in FIG. The exhaust path 42 is depicted as a single flow path.

給気路４１には、圧縮機３１で圧縮された空気を冷却するための放熱器４３が設けられている。また、給気路４１の放熱器４３より下流側には、圧縮機３１の吐出圧である実給気圧Ｐを検出する給気圧検出器６１と、給気路４１を通じて燃焼室２０に導入される空気の温度である過給温を検出する給気温度検出器６５とが設けられている。給気圧検出器６１は、給気路４１の下流側の上述した各分岐路に設けられていてもよいし、上述したマニホールドに１つだけ設けられていてもよい。同様に、給気温度検出器６５は、給気路４１の下流側の上述した各分岐路に設けられていてもよいし、上述したマニホールドに１つだけ設けられていてもよい。 The air supply path 41 is provided with a radiator 43 for cooling the air compressed by the compressor 31 . A boost pressure detector 61 for detecting the actual boost pressure P, which is the discharge pressure of the compressor 31 , is located downstream of the radiator 43 in the air supply passage 41 . A supply air temperature detector 65 is provided for detecting the supercharging temperature, which is the temperature of the air. The supply pressure detector 61 may be provided in each of the above-described branch passages on the downstream side of the air supply passage 41, or only one may be provided in the above-described manifold. Similarly, the supply air temperature detector 65 may be provided in each of the above-described branch passages on the downstream side of the air supply passage 41, or only one may be provided in the above-described manifold.

更に、給気路４１には、シリンダ２１ごとに、圧縮機３１から吐出される空気中にガス燃料を噴射する主燃料噴射弁５１（本発明の燃料供給装置に相当）が設けられている。但し、本発明の燃料供給装置は、ガスエンジン２に供給される空気中にガス燃料を噴射するものであれば、必ずしも燃料噴射弁５１でなくてよい。例えば、燃料噴射装置が、圧縮機３１の吸入口に接続された空気供給路に合流するガス燃料供給路と、このガス燃料供給路に設けられた燃料流量制御弁を含み、圧縮機３１に吸入される空気中にガス燃料を噴射するように構成されていてもよい。 Further, the air supply passage 41 is provided with a main fuel injection valve 51 (corresponding to the fuel supply device of the present invention) for injecting gaseous fuel into the air discharged from the compressor 31 for each cylinder 21 . However, the fuel supply device of the present invention may not necessarily be the fuel injection valve 51 as long as it injects gas fuel into the air supplied to the gas engine 2 . For example, the fuel injection device includes a gas fuel supply path that merges with an air supply path connected to the intake port of the compressor 31, and a fuel flow control valve provided in this gas fuel supply path. It may be configured to inject gas fuel into the air to which it is exposed.

各シリンダ２１には、給気路４１の燃焼室２０に対する開口である吸気ポートを開閉する給気弁２３と、排気路４２の燃焼室２０に対する開口である排気ポートを開閉する排気弁２４とが設けられている。また、各シリンダ２１には、燃焼室２０内でガス燃料と空気の混合気に点火するための点火装置５５が設けられている。 Each cylinder 21 has an intake valve 23 that opens and closes an intake port that is an opening of the air supply passage 41 to the combustion chamber 20, and an exhaust valve 24 that opens and closes an exhaust port that is an opening of the exhaust passage 42 to the combustion chamber 20. is provided. Each cylinder 21 is also provided with an ignition device 55 for igniting the mixture of gaseous fuel and air within the combustion chamber 20 .

本実施形態では、燃焼室２０が、給気路４１及び排気路４２と連通する主燃焼室２０Ａと、連通孔が設けられた隔壁２５により主燃焼室２０Ａと隔てられた副燃焼室２０Ｂとからなる。点火装置５５は副燃焼室２０Ｂに配置されており、副燃焼室２０Ｂ内には副燃料噴射弁５２からガス燃料が噴射される。主燃焼室２０Ａには、当該主燃焼室２０Ａ内の圧力である筒内圧を検出する筒内圧検出器６２が設けられている。 In this embodiment, the combustion chamber 20 is composed of a main combustion chamber 20A communicating with the air supply passage 41 and the exhaust passage 42, and a sub-combustion chamber 20B separated from the main combustion chamber 20A by a partition wall 25 provided with a communication hole. Become. The ignition device 55 is arranged in the sub-combustion chamber 20B, and gas fuel is injected from the sub-fuel injection valve 52 into the sub-combustion chamber 20B. The main combustion chamber 20A is provided with an in-cylinder pressure detector 62 that detects the in-cylinder pressure, which is the pressure inside the main combustion chamber 20A.

上記構成のガスエンジン２では、過給機３からの給気と主燃料噴射弁５１が噴射したガス燃料とを含む混合気が吸気ポートより主燃焼室２０Ａへ供給され、当該混合気に更に副燃料噴射弁５２が噴射したガス燃料を含んだ混合気が供給される（吸気工程）。主燃焼室２０Ａのリーンな混合気及び副燃焼室２０Ｂ内のリッチな混合気が圧縮された（圧縮工程）後に、点火装置５５が適宜タイミングで作動して副燃焼室２０Ｂ内の混合気が着火される。副燃焼室２０Ｂ内で発生した火炎は隔壁２５の連通孔を通じて主燃焼室２０Ａ内に伝播し、この火炎により主燃焼室２０Ａ内の圧縮混合気が燃焼する。これによりピストン２２が下動し（膨張行程）、その後に主燃焼室２０Ａ内のガスが排気ポートを通じて排気路４２へと排出される（排気工程）。燃焼後の排ガスは、排気路４２を通じてタービン３２に導入されて、圧縮機３１を駆動する動力として使用される。 In the gas engine 2 configured as described above, the air-fuel mixture containing the air supplied from the supercharger 3 and the gas fuel injected by the main fuel injection valve 51 is supplied from the intake port to the main combustion chamber 20A, and the air-fuel mixture is further supplied to the main combustion chamber 20A. An air-fuel mixture containing gaseous fuel injected by the fuel injection valve 52 is supplied (intake stroke). After the lean air-fuel mixture in the main combustion chamber 20A and the rich air-fuel mixture in the sub-combustion chamber 20B are compressed (compression process), the ignition device 55 operates at an appropriate timing to ignite the air-fuel mixture in the sub-combustion chamber 20B. be done. The flame generated in the auxiliary combustion chamber 20B propagates into the main combustion chamber 20A through the communication holes of the partition wall 25, and the compressed air-fuel mixture in the main combustion chamber 20A is combusted by this flame. This causes the piston 22 to move downward (expansion stroke), after which the gas in the main combustion chamber 20A is discharged to the exhaust passage 42 through the exhaust port (exhaust stroke). Exhaust gas after combustion is introduced into the turbine 32 through the exhaust path 42 and used as power to drive the compressor 31 .

〔ガスエンジンシステム１の制御系統の構成〕
以下、ガスエンジンシステム１の制御系統の構成について説明する。図３は、ガスエンジンシステム１の制御系統の構成を示す図である。制御装置７は、ガスエンジンシステム１の動作を制御するエンジン制御部７１と、エンジン負荷に応じた目標給気圧Ｐｂを設定する給気圧設定部７２との機能部を有する。制御装置７は、いわゆるコンピュータであって、ＣＰＵ等の演算処理部７ａ、ＲＯＭ、ＲＡＭ等の記憶部７ｂを有している。記憶部７ｂには、演算処理部７ａが実行するプログラム、各種固定データ等が記憶されている。演算処理部７ａは、外部装置とのデータ送受信を行う。また、演算処理部７ａは、各種センサからの検出信号の入力や各制御対象への制御信号の出力を行う。制御装置７は、記憶部７ｂに記憶されたプログラム等のソフトウェアを演算処理部７ａが読み出して実行することにより、各機能部としての処理を行う。なお、制御装置７は単一のコンピュータによる集中制御により各処理を実行してもよいし、複数のコンピュータの協働による分散制御により各処理を実行してもよい。また、制御装置７は、マイクロコントローラ、プログラマブルロジックコントローラ（ＰＬＣ）等から構成されていてもよい。 [Configuration of control system of gas engine system 1]
The configuration of the control system of the gas engine system 1 will be described below. FIG. 3 is a diagram showing the configuration of the control system of the gas engine system 1. As shown in FIG. The control device 7 has functional units including an engine control unit 71 that controls the operation of the gas engine system 1 and a boost pressure setting unit 72 that sets a target boost pressure Pb according to the engine load. The control device 7 is a so-called computer, and has an arithmetic processing section 7a such as a CPU, and a storage section 7b such as a ROM and a RAM. The storage unit 7b stores programs executed by the arithmetic processing unit 7a, various fixed data, and the like. The arithmetic processing unit 7a performs data transmission/reception with an external device. Further, the arithmetic processing unit 7a inputs detection signals from various sensors and outputs control signals to each controlled object. The control device 7 performs processing as each functional unit by reading and executing software such as a program stored in the storage unit 7b by the arithmetic processing unit 7a. Note that the control device 7 may execute each process under centralized control by a single computer, or may execute each process under distributed control by cooperation of a plurality of computers. Also, the control device 7 may be composed of a microcontroller, a programmable logic controller (PLC), or the like.

制御装置７は、ガスエンジンシステム１の主燃料噴射弁５１、副燃料噴射弁５２、点火装置５５、給気圧検出器６１、筒内圧検出器６２、位相角検出器６３、給気温度検出器６５、負荷検出器としての電力計６６、ジェットアシスト弁３７、給気ブローオフ弁４８、及び、排気バイパス弁４９と有線又は無線の情報通信手段を介して通信可能に接続されている。電力計６６は、発電機８で発電された電力量（発電機出力Ｗ）を検出する。電力量はガスエンジン２の負荷と相関しており、制御装置７は検出された電力量からエンジン負荷を求めることができる。 The control device 7 controls the main fuel injection valve 51, the auxiliary fuel injection valve 52, the ignition device 55, the intake air pressure detector 61, the in-cylinder pressure detector 62, the phase angle detector 63, and the intake air temperature detector 65 of the gas engine system 1. , a power meter 66 as a load detector, a jet assist valve 37, an air supply blow-off valve 48, and an exhaust bypass valve 49 are communicably connected via wired or wireless information communication means. The wattmeter 66 detects the amount of power generated by the generator 8 (generator output W). The amount of power is correlated with the load of the gas engine 2, and the controller 7 can determine the engine load from the detected amount of power.

制御装置７のエンジン制御部７１は、実給気圧Ｐ、筒内圧、位相角（出力回転数）、給気温度、及び、電力量を取得して、発電機８の発電電力量を所定の目標電力量に調節するように、シリンダ２１ごとに、位相角検出器６３で検出される位相角に基づいて燃料噴射弁５１，５２及び点火装置５５を制御する。目標回転数は、発電機８で発電される電力の周波数に対応した回転数である。発電機８は、ガスエンジン２の発生出力に応じた電力を発電する。 The engine control unit 71 of the control device 7 acquires the actual supply air pressure P, the in-cylinder pressure, the phase angle (output rotation speed), the supply air temperature, and the amount of electric power, and sets the amount of electric power generated by the generator 8 to a predetermined target. Based on the phase angle detected by the phase angle detector 63, the fuel injection valves 51 and 52 and the ignition device 55 are controlled for each cylinder 21 so as to adjust the amount of electric power. The target rotation speed is the rotation speed corresponding to the frequency of the electric power generated by the generator 8 . The generator 8 generates electric power according to the output generated by the gas engine 2 .

また、制御装置７のエンジン制御部７１は、負荷に応じてガス燃料の供給量及び混合気の空燃比を制御する。制御装置７には、エンジン負荷と給気圧との関係を表す「エンジン負荷－給気圧情報」が記憶されている。図４に示す発電機出力Ｗ（エンジン負荷）と給気圧との関係を示すグラフは、エンジン負荷－給気圧情報の一例である。このグラフでは縦軸が給気圧を表し、横軸が発電機出力Ｗ（エンジン負荷）を表す。エンジン負荷－給気圧情報において、給気圧は、エンジン負荷の増加に伴って増加する。制御装置７の給気圧設定部７２は、記憶部７ｂからエンジン負荷－給気圧情報を読み出して、エンジン負荷の値と対応する給気圧の値を求め、これを目標給気圧Ｐｂとして設定する。但し、エンジン負荷に対する目標エンジン負荷が定められ、その目標エンジン負荷と対応する給気圧の値が目標給気圧Ｐｂとして設定されてもよい。 In addition, the engine control unit 71 of the control device 7 controls the amount of gas fuel supplied and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture according to the load. The controller 7 stores "engine load-supply pressure information" representing the relationship between the engine load and the boost pressure. A graph showing the relationship between the generator output W (engine load) and the boost pressure shown in FIG. 4 is an example of engine load-boost pressure information. In this graph, the vertical axis represents the boost pressure, and the horizontal axis represents the generator output W (engine load). In the engine load-supply pressure information, the boost pressure increases as the engine load increases. The boost pressure setting unit 72 of the control device 7 reads the engine load-boost pressure information from the storage unit 7b, obtains the value of the boost pressure corresponding to the value of the engine load, and sets it as the target boost pressure Pb. However, a target engine load for the engine load may be determined, and the value of the boost pressure corresponding to the target engine load may be set as the target boost pressure Pb.

制御装置７は、起動時にエンジン負荷を定格出力まで上昇させる起動運転を行い、エンジン負荷が定格出力となれば定常運転に移行する。 The control device 7 performs start-up operation in which the engine load is increased to the rated output at start-up, and shifts to steady operation when the engine load reaches the rated output.

起動運転において、制御装置７には、計画された負荷上昇率でエンジン負荷を所望の負荷（例えば、定格負荷）まで上昇させる。制御装置７には、起動運転時の計画出力が予め記憶されている。計画出力は、目標出力を時系列に並べたものである。図５は、起動運転時の計画出力Ｌ１と計画給気圧Ｌ２とを示すグラフである。このグラフの縦軸はエンジン負荷及び給気圧を表し、横軸は起動運転を開始してからの時間を表す。計画出力Ｌ１の傾きは、負荷上昇率を表す。負荷上昇率は過給機３の能力等に応じた値に設定される。 In start-up operation, the controller 7 causes the engine load to rise to a desired load (eg, rated load) at a planned load-increase rate. The control device 7 stores in advance a planned output at the start-up operation. The planned output is the target output arranged in chronological order. FIG. 5 is a graph showing the planned output L1 and the planned supply air pressure L2 during start-up operation. The vertical axis of this graph represents the engine load and boost pressure, and the horizontal axis represents the time since the starting operation was started. The slope of the planned output L1 represents the load increase rate. The load increase rate is set to a value according to the capacity of the supercharger 3 and the like.

計画出力Ｌ１から、前述のエンジン負荷－給気圧情報を利用して求めた給気圧（目標給気圧Ｐｂ）を時系列に並べたものが計画給気圧Ｌ２である。計画給気圧Ｌ２は、予め制御装置７に記憶されていてもよい。 A planned boost pressure L2 is obtained by arranging the boost pressure (target boost pressure Pb) obtained from the planned output L1 using the aforementioned engine load-boost pressure information in chronological order. The planned supply air pressure L2 may be stored in the control device 7 in advance.

計画給気圧Ｌ２から、エンジン負荷に応じた最適な空燃比となるような計画燃料供給量が定まる。一般に、ガスエンジンにおいては、図６に示すように、空燃比と正味平均有効圧（ＢＭＥＰ）との関係でノッキング領域及び失火領域が存在することが知られている。上記の最適な空燃比は、最適なリーンバーンにおいて高出力が得られ、且つ、空気量不足によるノッキング或いは燃焼希薄による失火が発生しない範囲（図中に示された範囲Ｘ）とされてよい。なお、空気量は給気圧及び給気温度から求まるが、給気温度は略一定であることから、空気量は主に給気圧によって調整される。 A planned fuel supply amount that achieves an optimum air-fuel ratio corresponding to the engine load is determined from the planned supply pressure L2. In general, gas engines are known to have a knocking region and a misfire region in relation to air-fuel ratio and net mean effective pressure (BMEP), as shown in FIG. The optimum air-fuel ratio may be a range (range X shown in the figure) in which high output is obtained in the optimum lean burn and knocking due to insufficient air amount or misfire due to lean combustion does not occur. Although the amount of air can be determined from the supply pressure and the temperature of the supply air, since the temperature of the supply air is substantially constant, the amount of air is mainly adjusted by the supply pressure.

制御装置７は、計画燃料供給量及び計画給気圧Ｌ２を利用して、エンジン負荷に応じて燃料供給量と、ガス燃料と空気の混合気の空燃比とを制御する。制御装置７は、主燃料噴射弁５１を制御し、取得したエンジン負荷に対応した計画燃料供給量が得られるように、燃料供給量を調整する。また、制御装置７は、エンジン負荷に対応した目標給気圧Ｐｂと、給気圧検出器６１で検出される実給気圧Ｐとの偏差ΔＰを監視し、この偏差ΔＰと所定の第１閾値α１とを比較する。図７に示すように、第１閾値α１は、エンジン負荷が大きくなるに連れて大きくなる、エンジン負荷の関数である。 The controller 7 uses the planned fuel supply amount and the planned intake air pressure L2 to control the fuel supply amount and the air-fuel ratio of the air-fuel mixture according to the engine load. The control device 7 controls the main fuel injection valve 51 and adjusts the fuel supply amount so that the planned fuel supply amount corresponding to the obtained engine load is obtained. Further, the control device 7 monitors the deviation ΔP between the target boost pressure Pb corresponding to the engine load and the actual boost pressure P detected by the boost pressure detector 61, and compares this deviation ΔP with a predetermined first threshold value α1. compare. As shown in FIG. 7, the first threshold value α1 is a function of engine load that increases as the engine load increases.

制御装置７は、偏差ΔＰが第１閾値α１を超えると、過給機３の回転を助勢するようにジェットアシスト装置３０を作動させる。制御装置７は、ジェットアシスト装置３０を作動させてから所定時間経過後、又は、偏差ΔＰが第２閾値α２以下となれば、ジェットアシスト装置３０を停止させる。第２閾値α２は、０より大きく第１閾値α１以下の数であってよい。 The control device 7 operates the jet assist device 30 to assist the rotation of the supercharger 3 when the deviation ΔP exceeds the first threshold value α1. The control device 7 stops the jet assist device 30 after a predetermined time has passed since the jet assist device 30 was operated, or when the deviation ΔP becomes equal to or smaller than the second threshold value α2. The second threshold α2 may be a number greater than 0 and equal to or less than the first threshold α1.

このように、起動運転時にジェットアシスト装置３０が作動して過給機３の回転を助勢することにより、図５に鎖線で示すように、実給気圧Ｐを一気に上昇させることができる。その結果、実給気圧Ｐが計画給気圧Ｌ２に近づき、給気量不足によるノッキングや燃料希薄による失火等の不具合が生じない最適な空燃比を維持しながら、エンジン負荷を速やかに上昇させることができる。 In this manner, the jet assist device 30 operates during the start-up operation to assist the rotation of the supercharger 3, so that the actual boost pressure P can be increased at once, as indicated by the dashed line in FIG. As a result, the actual supply pressure P approaches the planned supply pressure L2, and the engine load can be quickly increased while maintaining an optimum air-fuel ratio that does not cause problems such as knocking due to insufficient air supply or misfiring due to lean fuel. can.

定常運転時においては、制御装置７は、実回転数が目標回転数に維持され、且つ、エンジン負荷が所定負荷（定格負荷）を維持するように、燃料供給量を制御するとともに、給気圧を制御する。制御装置７は、給気圧検出器６１で検出された実給気圧Ｐと目標給気圧Ｐｂとを比較する。制御装置７は、実給気圧Ｐと目標給気圧Ｐｂとの偏差ΔＰが小さくなるように排気バイパス弁４９の開度を調整する。このような排気バイパス弁４９の開度調整による実給気圧Ｐの微細な調整によって、過給機３の経年劣化や排気温や大気温の違いによる過給機３の性能の微細な変動を吸収することができる。 During steady-state operation, the control device 7 controls the fuel supply amount and boost pressure so that the actual engine speed is maintained at the target engine speed and the engine load is maintained at a predetermined load (rated load). Control. The controller 7 compares the actual boost pressure P detected by the boost pressure detector 61 with the target boost pressure Pb. The control device 7 adjusts the opening degree of the exhaust bypass valve 49 so that the deviation ΔP between the actual supply pressure P and the target supply pressure Pb becomes small. By finely adjusting the actual charging pressure P by adjusting the opening degree of the exhaust bypass valve 49, fine fluctuations in the performance of the turbocharger 3 due to aging deterioration of the turbocharger 3 and differences in the exhaust temperature and atmospheric temperature are absorbed. can do.

定常運転中に大気温の上昇により給気圧が上がらず、給気圧が大幅に不足することがある。制御装置７は、定常運転中に目標給気圧Ｐｂと実給気圧Ｐとの偏差ΔＰが所定の第３閾値α３を超えると過給機３の回転を助勢するようにジェットアシスト装置３０を作動させる。これにより、過給機３の回転が助勢されて、実給気圧Ｐが目標給気圧Ｐｂに近づき、安定した運転を維持することができる。ジェットアシスト装置３０を作動させてから所定時間経過後、又は、偏差ΔＰが第４閾値α４以下となれば、ジェットアシスト装置３０を停止させる。第３閾値α３及び第４閾値α４は任意の値であって、予め制御装置７に記憶されている。第４閾値α４は、０より大きく第３閾値α３以下の数であってよい。 During normal operation, the boost pressure may not rise due to the rise in atmospheric temperature, resulting in a large shortage of boost pressure. The control device 7 operates the jet assist device 30 to assist the rotation of the supercharger 3 when the deviation ΔP between the target boost pressure Pb and the actual boost pressure P exceeds a predetermined third threshold value α3 during steady operation. . As a result, the rotation of the turbocharger 3 is encouraged, the actual boost pressure P approaches the target boost pressure Pb, and stable operation can be maintained. After a predetermined time has passed since the jet assist device 30 was operated, or when the deviation ΔP becomes equal to or less than the fourth threshold value α4, the jet assist device 30 is stopped. The third threshold value α3 and the fourth threshold value α4 are arbitrary values and are stored in the control device 7 in advance. The fourth threshold α4 may be a number greater than 0 and equal to or less than the third threshold α3.

以上に説明したように、本実施形態に係るガスエンジンシステム１は、空気及びガス燃料の混合気を吸入して燃焼させる燃焼室２０を有し、一定の回転数で発電機８を駆動するガスエンジン２と、燃焼室２０と給気路４１を介して接続された圧縮機３１及び燃焼室２０と排気路４２を介して接続されたタービン３２を有し燃焼室２０へ給気する過給機３と、圧縮機３１へ高圧空気を吹き付けて当該圧縮機３１の回転を助勢するジェットアシスト装置３０と、燃焼室２０へのガス燃料の供給量を調整する燃料供給装置５１と、燃焼室２０への実給気圧Ｐを検出する給気圧検出器６１と、前記発電機８の電力量を検出する電力計６６と、実給気圧Ｐ及び電力量を取得して、電力量を所定の目標電力量に調節するように、検出された電力量に基づいて算出されるエンジン負荷に応じて実給気圧Ｐを制御する制御装置７とを備える。制御装置７は、エンジン負荷（又は、エンジン負荷に基づいて設定された目標エンジン負荷）に対応する給気圧を目標給気圧Ｐｂとして、実給気圧Ｐが目標給気圧Ｐｂに満たないときにジェットアシスト装置３０を作動させる。 As described above, the gas engine system 1 according to the present embodiment has a combustion chamber 20 for sucking and burning a mixture of air and gas fuel, and a gas engine for driving the generator 8 at a constant rotation speed. A turbocharger that has an engine 2, a compressor 31 connected to the combustion chamber 20 via an air supply passage 41, and a turbine 32 connected to the combustion chamber 20 via an exhaust passage 42, and supplies air to the combustion chamber 20. 3, a jet assist device 30 that blows high pressure air to the compressor 31 to assist the rotation of the compressor 31, a fuel supply device 51 that adjusts the amount of gas fuel supplied to the combustion chamber 20, and to the combustion chamber 20 A supply pressure detector 61 that detects the actual supply pressure P, a power meter 66 that detects the power amount of the generator 8, the actual supply pressure P and the power amount are acquired, and the power amount is set to a predetermined target power amount and a control device 7 for controlling the actual boost pressure P in accordance with the engine load calculated based on the detected electric energy so as to adjust the actual supply pressure P to . The control device 7 sets the boost pressure corresponding to the engine load (or the target engine load set based on the engine load) as the target boost pressure Pb, and when the actual boost pressure P is less than the target boost pressure Pb, jet assist Activate device 30 .

また、本実施形態に係るガスエンジンシステム１の制御方法は、発電機８の電力量を検出すること、電力量に基づいて算出されるエンジン負荷と燃焼室２０への給気圧とを関連付ける所与の情報を利用して、エンジン負荷（又は、エンジン負荷に基づいて設定された目標エンジン負荷）に対応する給気圧である目標給気圧Ｐｂを求めること、燃焼室２０への実給気圧Ｐを検出すること、及び、実給気圧Ｐが目標給気圧Ｐｂに満たないときにジェットアシスト装置３０を作動させること、を含む。 Further, the control method of the gas engine system 1 according to the present embodiment includes detecting the power amount of the generator 8, and associating the engine load calculated based on the power amount with the boost pressure to the combustion chamber 20. using the information to find the target boost pressure Pb, which is the boost pressure corresponding to the engine load (or the target engine load set based on the engine load), and detect the actual boost pressure P to the combustion chamber 20 and operating the jet assist device 30 when the actual boost pressure P is less than the target boost pressure Pb.

上記ガスエンジンシステム１及びその制御方法によれば、給気圧が不足する場合に、ジェットアシスト装置３０によって過給機３の回転が助勢され、その結果、給気圧を急速に上昇させることができる。このように十分な給気圧に対応して、燃料供給量を速やかに増加させることができるので、エンジン負荷を迅速に上昇させることが可能となる。 According to the gas engine system 1 and its control method, when the boost pressure is insufficient, the rotation of the supercharger 3 is assisted by the jet assist device 30, and as a result, the boost pressure can be rapidly increased. Since the amount of fuel supplied can be quickly increased in response to a sufficient boost pressure in this way, it is possible to quickly increase the engine load.

また、本実施形態に係るガスエンジンシステム１において、制御装置７は、起動運転などの負荷上昇運転中に、目標給気圧Ｐｂと実給気圧Ｐとの偏差ΔＰを監視し、偏差ΔＰが所定の第１閾値α１を超えればジェットアシスト装置３０を作動させ、所定時間の経過後、又は、偏差ΔＰが所定の第２閾値α２以下となればジェットアシスト装置３０を停止させる。同様に、本実施形態に係るガスエンジンシステム１の制御方法において、起動運転などの負荷上昇運転中に、目標給気圧Ｐｂと実給気圧Ｐとの偏差ΔＰを監視し、偏差ΔＰが所定の第１閾値α１を超えればジェットアシスト装置３０を作動させ、所定時間の経過後、又は、偏差ΔＰが所定の第２閾値α２以下となればジェットアシスト装置３０を停止させる。 In addition, in the gas engine system 1 according to the present embodiment, the control device 7 monitors the deviation ΔP between the target boost pressure Pb and the actual boost pressure P during load-increasing operation such as start-up operation, and the deviation ΔP reaches a predetermined value. The jet assist device 30 is activated when the first threshold α1 is exceeded, and the jet assist device 30 is stopped after a predetermined time elapses or when the deviation ΔP becomes equal to or less than a predetermined second threshold α2. Similarly, in the control method of the gas engine system 1 according to the present embodiment, during load increasing operation such as start-up operation, the deviation ΔP between the target boost pressure Pb and the actual boost pressure P is monitored, and the deviation ΔP reaches a predetermined number. The jet assist device 30 is activated when the one threshold value α1 is exceeded, and the jet assist device 30 is stopped after a predetermined period of time or when the deviation ΔP becomes equal to or less than a predetermined second threshold value α2.

ジェットアシスト装置３０が作動すると給気圧が一気に高まることから、目標給気圧Ｐｂと実給気圧Ｐとの偏差ΔＰがさほど大きくない状況でジェットアシスト装置３０を作動させると、実給気圧Ｐが目標給気圧Ｐｂを超えて、余剰となるおそれがある。そこで、ガスエンジンシステム１ごとに適切な第１閾値α１を設定することにより、不要なジェットアシスト装置３０の作動を抑制し、効率的に助勢を行うことができる。 When the jet assist device 30 is activated, the boost pressure rises at once. There is a risk that the air pressure Pb will be exceeded, resulting in a surplus. Therefore, by setting an appropriate first threshold value α1 for each gas engine system 1, unnecessary operation of the jet assist device 30 can be suppressed, and assist can be efficiently performed.

上記において、第１閾値α１は、負荷の増加に伴って増加する負荷の関数であってよい。 In the above, the first threshold value α1 may be a function of load that increases as the load increases.

エンジン負荷が急上昇する間、エンジン負荷が低いときには給気圧は上昇しにくいが、エンジン負荷がある程度まで大きくなると給気圧は速やかに上昇する。そこで、第１閾値α１を上記のような関数とすることで、エンジン負荷が低いときは比較的小さな偏差ΔＰでもジェットアシスト装置３０が作動し、エンジン負荷が定格負荷に近づくほどジェットアシスト装置３０が作動する偏差ΔＰが大きくなる。このようにして、助勢の必要度に応じてジェットアシスト装置３０を作動させることができる。 While the engine load is rapidly increasing, the boost pressure is difficult to increase when the engine load is low, but when the engine load increases to a certain extent, the boost pressure rises quickly. Therefore, by setting the first threshold value α1 to the function as described above, the jet assist device 30 operates even with a relatively small deviation ΔP when the engine load is low, and the jet assist device 30 operates as the engine load approaches the rated load. The operating deviation ΔP increases. In this manner, the jet assist device 30 can be operated according to the degree of need for assistance.

発明者らは、起動時などのエンジン負荷が急上昇する間、エンジン負荷が定格負荷の２０％以上の範囲で偏差ΔＰが顕著となるという知見を得ている。また、エンジン負荷が急上昇する間、エンジン負荷が定格負荷の６５％を超える範囲では、偏差ΔＰは十分に小さく、過給機３を助勢する必要性が低下する。そこで、エンジン負荷上昇運転中のエンジン負荷が定格出力の２０％以上６５％以下の範囲にあるときに、偏差ΔＰの値にかかわらず、ジェットアシスト装置３０による過給機３の助勢が行われてもよい。 The inventors have found that the deviation ΔP becomes conspicuous when the engine load is 20% or more of the rated load while the engine load rises sharply, such as when starting the engine. Also, during a sudden increase in engine load, the deviation ΔP is sufficiently small in the range where the engine load exceeds 65% of the rated load, and the need to assist the supercharger 3 is reduced. Therefore, when the engine load during the engine load increasing operation is in the range of 20% or more and 65% or less of the rated output, the supercharger 3 is assisted by the jet assist device 30 regardless of the value of the deviation ΔP. good too.

つまり、本実施形態に係るガスエンジンシステム１において、制御装置７は、エンジン負荷が定格負荷の２０％以上６５％以下の範囲にあるときに、ジェットアシスト装置３０を作動させてよい。同様に、本実施形態に係るガスエンジンシステム１の制御方法において、負荷が定格負荷の２０％以上６５％以下の範囲にあるときに、ジェットアシスト装置３０を作動させてよい。 That is, in the gas engine system 1 according to this embodiment, the control device 7 may operate the jet assist device 30 when the engine load is in the range of 20% or more and 65% or less of the rated load. Similarly, in the method for controlling the gas engine system 1 according to the present embodiment, the jet assist device 30 may be operated when the load is in the range of 20% or more and 65% or less of the rated load.

上記のように、エンジン負荷が所定の範囲にあるときにジェットアシスト装置３０を作動させることで、効率的に過給機３を助勢することができる。 As described above, the supercharger 3 can be efficiently assisted by operating the jet assist device 30 when the engine load is within the predetermined range.

また、起動運転などのエンジン負荷を強制的に上昇させる負荷上昇運転中では、目標給気圧Ｐｂと実給気圧Ｐとの偏差ΔＰが大きくなって、ターボラグが生じることが初めからわかっている。このような場合には、負荷上昇中の所定のタイミングで、偏差ΔＰの値にかかわらず、ジェットアシスト装置３０による過給機３の助勢が行われてもよい。 Further, it has been known from the beginning that the difference ΔP between the target boost pressure Pb and the actual boost pressure P increases during a load-increasing operation such as a start-up operation in which the engine load is forcibly increased, resulting in turbo lag. In such a case, the supercharger 3 may be assisted by the jet assist device 30 at a predetermined timing while the load is increasing, regardless of the value of the deviation ΔP.

つまり、本実施形態に係るガスエンジンシステム１において、制御装置７は、例えば起動運転などの負荷上昇運転中の任意のタイミングでジェットアシスト装置３０を作動させてよい。同様に、本実施形態に係るガスエンジンシステム１の制御方法において、負荷上昇運転中の任意のタイミングでジェットアシスト装置３０を作動させてよい。 That is, in the gas engine system 1 according to the present embodiment, the control device 7 may operate the jet assist device 30 at any timing during load increasing operation such as start-up operation. Similarly, in the control method of the gas engine system 1 according to the present embodiment, the jet assist device 30 may be operated at any timing during the load increasing operation.

上記のように、負荷上昇運転中の任意のタイミングでジェットアシスト装置３０を作動させることで、効率的に過給機３を助勢することができる。 As described above, the supercharger 3 can be efficiently assisted by operating the jet assist device 30 at an arbitrary timing during the load increasing operation.

また、本実施形態に係るガスエンジンシステム１において、制御装置７は、定常運転中に目標給気圧Ｐｂと実給気圧Ｐとの偏差ΔＰを監視し、偏差ΔＰが所定の第３閾値α３を超えればジェットアシスト装置３０を作動させ、所定時間の経過後、又は、偏差ΔＰが第４閾値α４以下となればジェットアシスト装置３０を停止させる。同様に、本実施形態に係るガスエンジンシステム１の制御方法において、定常運転中に目標給気圧Ｐｂと実給気圧Ｐとの偏差ΔＰを監視し、偏差ΔＰが所定の第３閾値α３を超えればジェットアシスト装置３０を作動させ、所定時間の経過後、又は、偏差が第４閾値α４以下となればジェットアシスト装置３０を停止させる。 In addition, in the gas engine system 1 according to the present embodiment, the control device 7 monitors the deviation ΔP between the target boost pressure Pb and the actual boost pressure P during steady operation, and if the deviation ΔP exceeds the predetermined third threshold value α3, For example, the jet assist device 30 is operated, and the jet assist device 30 is stopped after a predetermined time has elapsed or when the deviation ΔP becomes equal to or less than the fourth threshold value α4. Similarly, in the control method of the gas engine system 1 according to the present embodiment, the deviation ΔP between the target boost pressure Pb and the actual boost pressure P is monitored during steady operation, and if the deviation ΔP exceeds a predetermined third threshold α3 The jet assist device 30 is operated, and the jet assist device 30 is stopped after a predetermined time has elapsed or when the deviation becomes equal to or less than the fourth threshold α4.

大気温度の低下や過給機３の経年劣化等により、定常運転中に給気圧が低下することがある。このような場合に、ジェットアシスト装置３０を一時的に作動させて給気圧を高めることで、給気圧を迅速に回復させて、安定した運転を維持することができる。 Due to a decrease in atmospheric temperature, aged deterioration of the supercharger 3, etc., the boost pressure may decrease during steady operation. In such a case, by temporarily operating the jet assist device 30 to increase the boost pressure, the boost pressure can be quickly restored and stable operation can be maintained.

以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の思想を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。 Although the preferred embodiments of the present invention have been described above, the present invention may include modifications of the details of the specific structures and/or functions of the above embodiments without departing from the spirit of the present invention. .

１：ガスエンジンシステム
２：ガスエンジン
３：過給機
７：制御装置
７ａ：演算処理部
７ｂ：記憶部
８：発電機
２０：燃焼室
２１：シリンダ
２２：ピストン
２３：給気弁
２４：排気弁
２５：隔壁
３０：ジェットアシスト装置
３１：圧縮機
３２：タービン
３５：高圧空気源
３６：ノズル
３７：ジェットアシスト弁
４１：給気路
４２：排気路
４３：放熱器
４８：給気ブローオフ弁
４９：排気バイパス弁
５１：主燃料噴射弁（燃料供給装置の一例）
５２：副燃料噴射弁
５５：点火装置
６１：給気圧検出器
６２：筒内圧検出器
６３：位相角検出器（回転数検出器の一例）
６５：給気温度検出器
６６：電力計（負荷検出器の一例） 1: Gas engine system 2: Gas engine 3: Turbocharger 7: Control device 7a: Arithmetic processing unit 7b: Storage unit 8: Generator 20: Combustion chamber 21: Cylinder 22: Piston 23: Air supply valve 24: Exhaust valve 25 : Partition 30 : Jet assist device 31 : Compressor 32 : Turbine 35 : High pressure air source 36 : Nozzle 37 : Jet assist valve 41 : Air supply passage 42 : Exhaust passage 43 : Radiator 48 : Air supply blow-off valve 49 : Exhaust Bypass valve 51: main fuel injection valve (an example of a fuel supply device)
52: Auxiliary fuel injection valve 55: Ignition device 61: Supply pressure detector 62: In-cylinder pressure detector 63: Phase angle detector (an example of a rotation speed detector)
65: Supply air temperature detector 66: Power meter (an example of a load detector)

Claims

空気及びガス燃料の混合気を吸入して燃焼させる燃焼室を有し、一定の回転数で発電機を駆動するガスエンジンと、
前記燃焼室と給気路を介して接続された圧縮機及び前記燃焼室と排気路を介して接続されたタービンを有し前記燃焼室へ給気する過給機と、
前記圧縮機へ高圧空気を吹き付けて当該圧縮機の回転を助勢するジェットアシスト装置と、
前記燃焼室への前記ガス燃料の供給量を調整する燃料供給装置と、
前記燃焼室への実給気圧を検出する給気圧検出器と、
前記発電機の電力量を検出する電力計と、
前記実給気圧及び前記電力量を取得して、前記電力量を所定の目標電力量に調節するように、前記電力量に基づいて算出されるエンジン負荷に応じて前記実給気圧を制御する制御装置とを備え、
前記制御装置は、前記エンジン負荷又は当該エンジン負荷に基づいて設定された目標エンジン負荷に対応する給気圧を目標給気圧として、前記実給気圧が前記目標給気圧に満たないときに前記ジェットアシスト装置を作動させる、
ガスエンジンシステム。 A gas engine that has a combustion chamber that draws and burns a mixture of air and gas fuel and that drives a generator at a constant rotation speed;
a supercharger having a compressor connected to the combustion chamber via an air supply path and a turbine connected to the combustion chamber via an exhaust path and supplying air to the combustion chamber;
a jet assist device that blows high-pressure air to the compressor to assist rotation of the compressor;
a fuel supply device that adjusts the amount of gas fuel supplied to the combustion chamber;
a boost pressure detector that detects the actual boost pressure to the combustion chamber;
a wattmeter for detecting the power amount of the generator;
Control for acquiring the actual boost pressure and the electric power amount and controlling the actual boost pressure according to the engine load calculated based on the electric power amount so as to adjust the electric power amount to a predetermined target electric power amount. a device;
The control device sets the engine load or a boost pressure corresponding to a target engine load set based on the engine load as a target boost pressure, and when the actual boost pressure is less than the target boost pressure, the jet assist device activate the
gas engine system.

前記制御装置は、負荷上昇運転中に前記ジェットアシスト装置を作動させる、
請求項１に記載のガスエンジンシステム。 The control device operates the jet assist device during load-increasing operation.
A gas engine system according to claim 1 .

前記制御装置は、前記エンジン負荷が定格負荷の２０％以上６５％以下の範囲にあるときに、前記ジェットアシスト装置を作動させる、
請求項２に記載のガスエンジンシステム。 The control device operates the jet assist device when the engine load is in the range of 20% or more and 65% or less of the rated load.
A gas engine system according to claim 2.

前記制御装置は、前記目標給気圧と前記実給気圧との偏差を監視し、前記偏差が所定の第１閾値を超えれば前記ジェットアシスト装置を作動させ、所定時間の経過後、又は、前記偏差が所定の第２閾値以下となれば前記ジェットアシスト装置を停止させる、
請求項２又は３に記載のガスエンジンシステム。 The control device monitors the deviation between the target air supply pressure and the actual air supply pressure, operates the jet assist device when the deviation exceeds a predetermined first threshold value, and after a predetermined time elapses or the deviation is equal to or less than a predetermined second threshold value, the jet assist device is stopped;
The gas engine system according to claim 2 or 3.

前記第１閾値は、前記エンジン負荷の増加に伴って増加する前記エンジン負荷の関数である、
請求項４に記載のガスエンジンシステム。 wherein the first threshold is a function of the engine load that increases as the engine load increases;
The gas engine system according to claim 4.

前記制御装置は、定常運転中に前記目標給気圧と前記実給気圧との偏差を監視し、前記偏差が所定の第３閾値を超えれば前記ジェットアシスト装置を作動させ、所定時間の経過後、又は、前記偏差が所定の第４閾値以下となれば前記ジェットアシスト装置を停止させる、
請求項１～５のいずれか一項に記載のガスエンジンシステム。 The control device monitors the deviation between the target boost pressure and the actual boost pressure during steady operation, operates the jet assist device if the deviation exceeds a predetermined third threshold value, and after a predetermined time elapses, Alternatively, if the deviation becomes equal to or less than a predetermined fourth threshold, the jet assist device is stopped;
The gas engine system according to any one of claims 1-5.

空気及びガス燃料の混合気を燃焼室へ吸入して燃焼させることにより一定の回転数で発電機を駆動するガスエンジンと、前記燃焼室と給気路を介して接続された圧縮機及び前記燃焼室と排気路を介して接続されたタービンを有し前記燃焼室へ給気する過給機と、前記圧縮機へ高圧空気を吹き付けて当該圧縮機の回転を助勢するジェットアシスト装置とを備えるガスエンジンシステムの制御方法であって、
前記発電機の電力量を検出すること、
前記電力量に基づいて算出されるエンジン負荷と前記燃焼室への給気圧とを関連付ける所与の情報を利用して、前記エンジン負荷又は当該エンジン負荷に基づいて設定された目標エンジン負荷に対応する前記給気圧である目標給気圧を求めること、
前記燃焼室への実給気圧を検出すること、及び、
前記実給気圧が前記目標給気圧に満たないときに前記ジェットアシスト装置を作動させること、を含む、
ガスエンジンシステムの制御方法。 A gas engine that drives a generator at a constant rotational speed by sucking a mixture of air and gas fuel into a combustion chamber and burning it, a compressor connected to the combustion chamber via an air supply path, and the combustion A gas comprising a supercharger having a turbine connected to the chamber via an exhaust path and supplying air to the combustion chamber, and a jet assist device for blowing high-pressure air to the compressor to assist rotation of the compressor. A control method for an engine system, comprising:
detecting the amount of power of the generator;
Corresponding to the engine load or a target engine load set based on the engine load by using given information that associates the engine load calculated based on the electric energy and the charge pressure to the combustion chamber obtaining a target boost pressure that is the boost pressure;
detecting the actual charge pressure to the combustion chamber; and
activating the jet assist device when the actual boost pressure is less than the target boost pressure;
A control method for a gas engine system.

負荷上昇運転中に前記ジェットアシスト装置を作動させる、
請求項７に記載のガスエンジンシステムの制御方法。 operating the jet assist device during load-increasing operation;
A control method for a gas engine system according to claim 7.

前記エンジン負荷が定格負荷の２０％以上６５％以下の範囲にあるときに、前記ジェットアシスト装置を作動させる、
請求項８に記載のガスエンジンシステムの制御方法。 operating the jet assist device when the engine load is in the range of 20% or more and 65% or less of the rated load;
The control method of the gas engine system according to claim 8.

前記目標給気圧と前記実給気圧との偏差を監視し、前記偏差が所定の第１閾値を超えれば前記ジェットアシスト装置を作動させ、所定時間の経過後、又は、前記偏差が所定の第２閾値以下となれば前記ジェットアシスト装置を停止させる、
請求項８又は９に記載のガスエンジンシステムの制御方法。 The deviation between the target air supply pressure and the actual air supply pressure is monitored, and if the deviation exceeds a predetermined first threshold, the jet assist device is operated, and after a predetermined time elapses or when the deviation reaches a predetermined second stopping the jet assist device if the threshold value is reached;
A control method for a gas engine system according to claim 8 or 9.

前記第１閾値は、前記エンジン負荷の増加に伴って増加する前記エンジン負荷の関数である、
請求項１０に記載のガスエンジンシステムの制御方法。 wherein the first threshold is a function of the engine load that increases as the engine load increases;
The control method of the gas engine system according to claim 10.

定常運転中に前記目標給気圧と前記実給気圧との偏差を監視し、前記偏差が所定の第３閾値を超えれば前記ジェットアシスト装置を作動させ、所定時間の経過後、又は、前記偏差が所定の第４閾値以下となれば前記ジェットアシスト装置を停止させる、
請求項７～１１のいずれか一項に記載のガスエンジンシステムの制御方法。 During steady operation, the deviation between the target boost pressure and the actual boost pressure is monitored, and if the deviation exceeds a predetermined third threshold value, the jet assist device is activated, and after a predetermined time elapses or the deviation is stopping the jet assist device when it becomes equal to or less than a predetermined fourth threshold;
A gas engine system control method according to any one of claims 7 to 11.