WO2014054080A1 - 副室式ガスエンジン用の燃焼安定化装置 - Google Patents

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gas
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木塚　智昭
昭宏 竹内
洋輔 野中
峻太郎 海野
洋平 中島
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川崎重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a combustion stabilizing device applied to a sub-chamber gas engine having a main chamber and a combustion chamber having a sub-chamber communicating with the main chamber, and more particularly, to stabilize the combustion state regardless of the properties of gas fuel.
  • TECHNICAL FIELD The present invention relates to a combustion stabilization device that achieves the above.
  • the gas engine is an internal combustion engine that uses gas fuel as the main fuel. It can reduce nitrogen oxides in exhaust gas compared to a diesel engine and has a low CO2 emission. For example, the expectation for the power generation system which drives a generator with a gas engine is increasing. In recent years, a movement to apply a gas engine to a power generation system in an industrial plant, both domestically and abroad, and a movement to apply a gas engine to a marine propulsion and power generation system have become active.
  • the combustion chamber has a main chamber and a sub-chamber communicating with the main chamber, and a communication hole is provided in a partition wall that divides the main chamber from the sub-chamber.
  • the sub chamber type gas engine first, the air-fuel mixture in the sub chamber is ignited. Then, the combustion gas in the sub chamber is ejected from the sub chamber to the main chamber through the communication hole, and the ejected torch becomes a fire type to ignite the air-fuel mixture in the main chamber. Since the ignition power of the torch that is injected from the sub chamber is strong, misfiring is unlikely to occur even if the excess air ratio in the main chamber is increased, and higher efficiency and lower NOx can be achieved.
  • the mainstream of gas engines in recent years is the lean burn type.
  • Combustion control is particularly important to achieve high efficiency in lean burn gas engines.
  • it is effective to advance the ignition timing and bring the combustion state to the limit where knocking occurs or near the limit.
  • it is possible to improve the thermal efficiency by increasing the excess air ratio.
  • the excess air ratio and ignition timing are adjusted, and the combustion control is executed so as to be stably within a narrow range surrounded by the knocking limit and the misfire limit. It is required to achieve both stabilization and high efficiency.
  • gas engines tends to expand both in regions and fields.
  • gas fuel is replenished at a docked port.
  • nature of gas fuel varies from country to country and from gas supplier to gas supplier. Even the properties of gas fuel supplied from the same gas supplier in the same country may vary over time.
  • Patent Document 1 discloses an apparatus and a method for purifying natural gas used in a gas engine.
  • relatively heavy hydrocarbons such as propane (C 3 H 8 ), butane (C 4 H 10 ) and pentane (C 5 H 12 ) are separated from the natural gas mixture.
  • the remaining natural gas mixture is used as gas fuel in the gas engine.
  • Patent Document 2 discloses an apparatus and method for adjusting the timing of pilot oil administration in a sub-chamber pilot ignition gas engine.
  • the composition of the gas fuel is measured, and the higher the concentration of the resulting inert gas, the more advanced the administration timing and the hydrogen gas concentration. The higher the value, the more retarded the timing of administration.
  • Patent Document 1 relies on the concept that the quality of gas fuel may be adjusted before supply to the gas engine when the properties of the gas fuel fluctuate.
  • the engine supplier and the engine user prepare this method and apparatus, the entire equipment becomes large, and the introduction cost and maintenance cost of the entire equipment increase. If the gas supplier prepares this method and apparatus, the price of gas fuel may rise, and the operating cost of the gas engine may increase.
  • the combustion control technology corresponding to the change in the properties of the gas fuel does not necessarily realize stabilization of the combustion state.
  • Combustion control was designed with the challenge of how to make the combustion state in the main chamber near the knock limit when it was allowed to assume that gas fuel with stable properties or quality was supplied. A reasonable result was obtained.
  • Patent Document 2 even in the combustion control to cope with the fluctuation of the properties of the gas fuel, it is the main room that is emphasized as an object of stabilizing the combustion state.
  • the sub-chamber is the place where the fire type for igniting the air-fuel mixture in the main chamber is formed, but if the properties of the gas fuel fluctuate, the stability of the combustion state of the sub-chamber cannot be ensured as before.
  • an object of the present invention is to stabilize the combustion state in the sub chamber in response to fluctuations in the properties of the gas fuel in the sub chamber type gas engine.
  • a combustion stabilization device is a combustion stabilization device applied to a sub-chamber type gas engine having a main chamber and a combustion chamber having a sub-chamber communicating with the main chamber.
  • a main chamber fuel supply device for supplying fuel
  • a sub chamber fuel supply device for supplying gas fuel to the sub chamber
  • a property detector for detecting the property of the gas fuel
  • a theory corresponding to the detected property of the gas fuel A theoretical air amount calculation unit for calculating the air amount, a target sub chamber excess air ratio setting unit for setting a target value of the excess air ratio in the sub chamber, and an air amount and a gas fuel amount introduced into the sub chamber
  • a sub-chamber fuel amount calculation unit an air amount and a gas fuel amount calculated by the sub-chamber fuel amount calculation unit, and a theoretical air amount calculated by the theoretical air amount calculation unit.
  • Sub-room excess air ratio calculation unit that calculates the rate, and calculated excess air ratio
  • a target sub-chamber fuel supply amount that is a target value of the supply amount of gas fuel to the sub chamber is set so as to be the target value, and the sub fuel is supplied so that the gas fuel of the target sub-chamber fuel supply amount is supplied.
  • a sub-chamber fuel supply control unit that controls the chamber fuel supply device.
  • the excess air ratio in the sub chamber is calculated from the theoretical air amount calculated according to the properties of the gas fuel, and the amount of gas fuel supplied to the sub chamber so that the calculated value becomes the target value. Is set. As long as the target value of the excess air ratio in the secondary chamber is set to an appropriate value to ensure stabilization of the combustion state, even if the theoretical air volume varies due to fluctuations in the properties of the gas fuel, By adjusting the fuel supply amount introduced into the, the excess air ratio in the sub chamber can be controlled to an appropriate value that ensures the stabilization of the combustion state. As a result, even if the properties of the gas fuel fluctuate, the air-fuel mixture in the sub chamber is normally ignited, thereby making it easier to stabilize the combustion state in the main chamber.
  • the sub-chamber fuel amount calculation unit is introduced into the sub-chamber based on the amount of gas fuel supplied from the sub-chamber fuel supply device to the sub-chamber and the amount of air-fuel mixture entering the sub-chamber from the main chamber.
  • the amount of air and the amount of gas fuel may be calculated.
  • the excess air ratio in the sub chamber can be calculated in consideration of the amount of gas fuel entering the sub chamber from the main chamber, the calculation accuracy of the excess air ratio in the sub chamber is improved. Therefore, the combustion state in the sub chamber can be controlled with higher accuracy.
  • the sub-chamber fuel amount calculation unit may calculate a main chamber excess air ratio using a supply air pressure, a supply air temperature, and a main chamber supply gas amount.
  • the excess air ratio in the main chamber can be estimated without using a flow meter, and the combustion stabilizing device can be simply configured.
  • the sub-chamber fuel amount calculation unit uses the differential pressure between the inlet pressure and the outlet pressure of the sub-chamber fuel supply device and the gas fuel supply amount of the sub-chamber fuel supply device to output from the sub-chamber fuel supply device.
  • a gas fuel amount may be calculated, and a gas fuel amount introduced into the sub chamber may be calculated based on the gas fuel amount.
  • the amount of gas fuel supplied from the sub-chamber fuel supply device can be calculated without actually detecting or measuring the amount of gas fuel itself.
  • the target value may be set to a constant value near stoichiometry, and the excess air ratio in the main chamber may be set to lean.
  • the combustion state in the sub chamber can be kept stable even when the property of the gas fuel fluctuates, and the efficiency of the entire gas engine can be kept high.
  • the property detector detects gas fuel components, gas chromatography, methane number sensor for detecting the methane number of the gas fuel, calorimeter for detecting the calorific value of the gas fuel, oxygen concentration in the combustion exhaust gas from the combustion chamber It may include at least one of oxygen concentration sensors for detecting.
  • the combustion state in the sub-chamber can be stabilized in response to fluctuations in the properties of the gas fuel.
  • FIG. 1 It is a conceptual diagram which shows the whole structure of the subchamber type gas engine to which the combustion stabilization apparatus which concerns on embodiment of this invention is applied. It is a conceptual diagram which shows the structure of the combustion stabilization apparatus which concerns on embodiment of this invention with the structure of the cylinder of the gas engine 1 shown in FIG. It is a block diagram which shows the structure of the controller shown in FIG. It is the graph which expressed the map which defined the correspondence of the property of gas fuel, and the theoretical air quantity, and the map which defined the correspondence of the property of gas fuel, and the target subchamber excess air ratio in the Cartesian coordinate system. .
  • FIG. 1 is a conceptual diagram showing an overall configuration of a gas engine 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the gas engine 1 shown in FIG. 1 is a four-stroke reciprocating engine that uses gas fuel, adopts the “sub-chamber type” as the combustion chamber structure, and adopts the “spark ignition type” as an example of the combustion method. ing.
  • the gas engine 1 burns an air-fuel mixture containing gas fuel and generates a rotational output at the output shaft 2.
  • the output shaft 2 is connected to, for example, an AC generator 3.
  • the power generation system in which the gas engine 1 is applied to the drive source of the AC generator 3 may be introduced into an industrial plant or may be mounted on a ship.
  • the output shaft 2 may be replaced with the AC generator 3 and connected to the propulsion device of the ship.
  • the gas engine 1 includes an engine body 5 having a plurality of cylinders 4.
  • the number and arrangement of the cylinders 4 are not particularly limited.
  • the gas engine 1 includes an air supply line 6 that supplies air to each cylinder 4, an exhaust line 7 that exhausts exhaust from each cylinder 4, and a supercharger connected to the air supply line 6 and the exhaust line 7 ( Turbocharger) 8 is provided.
  • the air supply line 6 includes a common portion 11 common to the plurality of cylinders 4 and a plurality of branch portions 12 (see FIG. 2) that connect the common portion 11 to the corresponding cylinders.
  • the exhaust line 7 also includes a common portion 13 common to the plurality of cylinders 4 and a plurality of branch portions 14 that connect the corresponding cylinders 4 to the common portion 13.
  • a downstream end portion of the branching portion 12 of the air supply line 6 is an air supply port 12a formed in the engine body 5 and communicates with the combustion chamber 32 (specifically, the main chamber 33) of the corresponding cylinder 4 ( (See FIG. 2).
  • the upstream end portion of the branch portion 14 of the exhaust line 7 is an exhaust port 14a formed in the engine body 5 and communicates with the corresponding combustion chamber 32 (specifically, the main chamber 33) of the cylinder 4 (FIG. 2). See).
  • the supercharger 8 includes a turbine 9 on the common part 13 of the exhaust line 7 and a compressor 10 on the common part 11 of the air supply line 6. The supercharger 8 is driven by the exhaust gas flowing through the exhaust line 7 and supercharges the air flowing through the air supply line 6.
  • An exhaust bypass line 15 that bypasses the turbine 9 is connected to a common portion of the exhaust line 7, and an exhaust bypass valve 16 having a variable opening degree is provided on the exhaust bypass line 15.
  • the gas engine 1 is provided with a fuel line 25 for supplying gas fuel to each cylinder 4.
  • the fuel line 25 extends from a fuel supply source (not shown), branches from the common portion 26 common to the plurality of cylinders 4, branches from the common portion 26, and guides gas fuel from the common portion 26 to the corresponding cylinder 4.
  • Each cylinder 4 is provided with a main chamber fuel supply device 21, a sub chamber fuel supply device 22, and an ignition device 23. Since the two fuel supply devices 21 and 22 are provided in one cylinder 4 in this way, the main branch for guiding the gas fuel from the common portion 26 to the main chamber fuel supply device 21 is provided at the branch portion 27 of the fuel line 25.
  • a part 28 and a sub-branch part 29 for guiding the gas fuel from the common part 26 to the sub-chamber fuel supply device 22 are included.
  • FIG. 2 is a conceptual diagram showing the configuration of the combustion stabilizing device 100 according to the embodiment of the present invention together with the configuration of the cylinder 4 of the gas engine 1 shown in FIG. Although FIG. 2 shows the configuration of only one cylinder 4, the other cylinders 4 have the same configuration. As shown in FIG. 2, a piston 31 is inserted into each cylinder 4 so as to be reciprocally movable. The piston 31 is connected to the output shaft 2 via a connecting rod (not shown).
  • each cylinder 4 is provided with a combustion chamber 32 for burning the air-fuel mixture.
  • the combustion chamber 32 includes a main chamber 33 formed on the upper surface side of the piston 31 and a sub chamber 34 communicating with the main chamber 33.
  • the sub chamber 34 is partitioned from the main chamber 33 via a partition wall 35 provided in the upper portion of the main chamber 33, and spatially communicates with the main chamber 33 via a communication hole 36 formed in the partition wall 35. Yes.
  • the volume of the sub chamber 34 is smaller than the volume of the main chamber 33.
  • the engine body 5 has the above-described air supply port 12a and exhaust port 14a.
  • the air supply port 12a constitutes the branch portion 12 of the air supply line 6 and communicates with the main chamber 33 at the downstream end thereof.
  • the exhaust port 14 a constitutes the branch portion 14 of the exhaust line 7 and communicates with the main chamber 33 at the upstream end thereof.
  • Each cylinder 4 is provided with an air supply valve 37 and an exhaust valve 38.
  • the air supply valve 37 opens and closes the downstream end of the air supply port 12a
  • the exhaust valve 38 opens and closes the upstream end of the exhaust port 14a.
  • the main chamber fuel supply device 21 is provided on the main branching portion 28 of the fuel line 25 or provided at the end of the main branching portion 28, and supplies gas fuel to the branching portion 12 of the air supply line 6.
  • the main chamber fuel supply device 21 according to the present embodiment is attached to the engine body 5 and supplies gas fuel to the air supply port 12a.
  • the sub chamber fuel supply device 22 is provided on the sub branch portion 29 of the fuel line 25 or provided at the end of the sub branch portion 29, and supplies gas fuel into the sub chamber 34.
  • each cylinder 4 is provided with a sub-chamber forming member 39 that has the above-described partition wall 35 and forms the sub-chamber 34, and the sub-chamber forming member 39 has the partition wall 35 in the sub-chamber forming member 39. It extends along the cylinder axis so as to form the lower end of the cylinder.
  • the sub branching portion 29 of the fuel line 25 extends into the sub chamber forming member 39 above the sub chamber forming member 39 and opens on the inner upper surface of the sub chamber 34.
  • the sub chamber fuel supply device 22 is disposed outside the sub chamber forming member 39 and is interposed on the sub branch portion 29 of the fuel line 25.
  • a check valve 40 is provided on the sub-branch portion 29 between the sub-chamber fuel supply device 22 and the opening to the sub-chamber 34. Thereby, it is possible to prevent the gas from flowing backward from the sub chamber 34 toward the sub chamber fuel supply device 22.
  • the main chamber fuel supply device 21 and the sub chamber fuel supply device 22 are, for example, normally closed electromagnetic on-off valves, and open during a period when a valve opening command is given. While the main chamber fuel supply device 21 is open, gas fuel is supplied to the air supply port 12a. Gas fuel is supplied to the sub chamber 34 while the sub chamber fuel supply device 22 is open.
  • the ignition device 23 is attached to the sub chamber forming member 39, and for example, a portion that generates a spark is disposed in the sub chamber 34.
  • the ignition device 23 is, for example, an ignition plug having an electrode that generates a spark when energized.
  • the air supply valve 37 is opened, and the main chamber fuel supply device 21 supplies gas fuel to the air supply port 12a.
  • the air-fuel mixture of the air supply from the supercharger 8 and the gas fuel from the main chamber fuel supply device 21 is supplied from the air supply port 12a to the main chamber 33.
  • the air supply valve 37 is closed and the air-fuel mixture is compressed in the main chamber 33.
  • the compressed air-fuel mixture in the main chamber 33 is supplied into the sub chamber 34 through the communication hole 36.
  • the sub chamber fuel supply device 22 injects gaseous fuel into the sub chamber 34 during the air supply stroke.
  • the excess air ratio of the air-fuel mixture in the sub chamber 34 becomes smaller than the excess air ratio of the air-fuel mixture in the main chamber 33.
  • the ignition device 23 operates near the time when the compression stroke ends, and a spark is generated in the sub chamber 34.
  • the air-fuel mixture in the sub chamber 34 is ignited, and a flame is generated in the sub chamber 34.
  • the flame in the sub chamber 34 is ejected into the main chamber 33 through the communication hole 36, and the ejected torch ignites the air-fuel mixture in the main chamber 33, and the flame propagates in the main chamber 33. .
  • the air-fuel mixture in the sub chamber 34 and the main chamber 33 is combusted, and the piston 31 moves downward (expansion stroke).
  • the exhaust valve 38 is opened, and the gas in the main chamber 33 and the sub chamber 34 is discharged to the exhaust line 7.
  • the action of the check valve 40 can prevent the combustion exhaust gas from flowing back to the sub-branch portion 29.
  • combustion stabilizing device 100 is applied to the gas engine 1.
  • the combustion stabilizing device 100 performs combustion control for the purpose of stabilizing the combustion state in the sub chamber 34 in response to fluctuations in the properties of the gas fuel.
  • the combustion stabilization apparatus 100 includes the main chamber fuel supply device 21, the sub chamber fuel supply device 22, and the ignition device 23 described above. Further, the combustion stabilization apparatus 100 includes a supply air pressure sensor 51, a supply air temperature sensor 52, a gas flow meter 53, a sub chamber inlet pressure sensor 54, a property sensor 55, and a controller 60.
  • the controller 60 includes a CPU, a ROM, a RAM, and an input / output interface.
  • the input side of the controller 60 is connected to the air pressure sensor 51, the air temperature sensor 52, the gas flow meter 53, the sub chamber inlet pressure sensor 54, and the property sensor 55, and the output side of the controller 60 is the main chamber fuel supply device 21.
  • the sub chamber fuel supply device 22 and the ignition device 23 are connected.
  • the air pressure sensor 51 and the air temperature sensor 52 are provided on the downstream side of the supercharger 8 in the air supply line 6.
  • the air pressure sensor 51 detects the pressure of the air supplied from the supercharger 8 to the cylinder 4, and the air temperature sensor 52 detects the temperature of the air supplied from the supercharger 8 to the cylinder 4. To do.
  • the gas flow meter 53 detects the flow rate of the gas fuel flowing through the fuel line 25.
  • the air pressure sensor 51 and the air temperature sensor 52 may be provided in the common part 11 of the air supply line 6, and the gas flow meter 53 may be provided in the common part 26 of the fuel line 25.
  • the sub chamber inlet pressure sensor 54 is provided for each cylinder 4 and detects the pressure of the gas fuel flowing through the sub branch portion 29 of the fuel line 25.
  • the property sensor 55 detects an index or index that can be used for calculating the theoretical air amount, such as the composition of the gas fuel, as the property of the gas fuel. Therefore, a gas chromatography that detects the composition of the gas fuel in the fuel line 25 may be applied to the property sensor 55.
  • the methane number can be suitably applied as an index for calculating the theoretical air amount of the gas fuel. As a general tendency, a high methane number indicates a high concentration of light hydrocarbons, and a low methane number indicates a high concentration of heavy hydrocarbons. From such a viewpoint, a methane number sensor that detects the methane number of the gas fuel in the fuel line 25 can be suitably applied to the property sensor 55.
  • the calorific value per unit volume of gas fuel decreases, and when the concentration of heavy hydrocarbons increases, the reverse is true.
  • the concentration of oxygen contained in the combustion exhaust gas changes according to the change. That is, it is possible to estimate the properties of the gas fuel by measuring the residual oxygen concentration under conditions where the operating state is limited. For this reason, the calorific value and the residual oxygen concentration per unit volume of the gas fuel can be suitably applied as an index for calculating the theoretical air amount of the gas fuel.
  • a calorimeter that detects the calorific value per unit volume of the gas fuel in the fuel line 25 may be applied to the property sensor 55, or the residual oxygen concentration in the exhaust line 7 is detected.
  • An oxygen concentration sensor may be applied.
  • the methane number sensor, gas chromatography, and calorimeter are preferably provided in the common part 26 of the fuel line 25, and the oxygen concentration sensor is provided in the common part 13 of the exhaust line 7. preferable.
  • the combustion stabilization apparatus 100 may include two or more types of detectors among the four types illustrated above as the property sensor 55.
  • the controller 60 calculates a theoretical air amount corresponding to the detected property of the gas fuel in response to the change in the property of the gas fuel. Then, the excess air ratio in the sub chamber is calculated using the calculated theoretical air amount, and a target value for the excess air ratio in the sub chamber is set. Then, the sub chamber fuel supply device 22 is controlled so that the calculated excess air ratio in the sub chamber becomes the target value.
  • the controller 60 brings the calculated value of the excess air ratio in the sub chamber 34 close to the target value, the valve opening period of the sub chamber fuel supply device 22 in one engine cycle (that is, one engine) The amount of fuel supplied from the sub chamber fuel supply device 22 to the sub chamber 34 in the cycle is controlled.
  • the “excess air ratio” is a ratio of the actual fuel / air mixture ratio (that is, air / fuel ratio) supplied to the cylinder 4 and the stoichiometric air / fuel ratio, and theoretically represents the air / fuel ratio of the air / fuel mixture supplied to the cylinder 4. Divided by the air-fuel ratio.
  • the ratio of the amount of air actually supplied to the theoretical amount of air that is the amount of air that burns fuel without excess or deficiency.
  • the stoichiometric air-fuel ratio and the stoichiometric air amount change stoichiometrically depending on the properties (particularly the composition) of the fuel.
  • the “excess air ratio” may be abbreviated as “ ⁇ ” for simplification.
  • FIG. 3 is a block diagram showing the configuration of the combustion stabilization apparatus 100 shown in FIG.
  • the controller 60 includes a theoretical air amount calculation unit 61, a target sub chamber ⁇ setting unit 62, a sub chamber ⁇ calculation unit 63, and a sub block as functional blocks for executing the above combustion control.
  • a chamber fuel amount calculation unit 65, a constant storage unit 66, and a sub chamber fuel supply control unit 67 are included.
  • the theoretical air amount calculation unit 61 calculates a theoretical air amount corresponding to the property of the gas fuel detected by the property sensor 55.
  • the theoretical air amount can be calculated from the detailed composition of the detected gas fuel.
  • the controller 60 has a theoretical air amount map that defines the correspondence between the properties of the gas fuel and the theoretical air amount, as shown in FIG. Referring to 81, the theoretical air amount is calculated from the detected property of the gas fuel.
  • the methane number when the methane number is high, the calorific value of the gas fuel per unit volume is small, and the residual oxygen concentration is low, a relatively large value is calculated as the theoretical air amount according to the theoretical air amount map 81.
  • the methane number, the calorific value of the gas fuel, and the residual oxygen concentration generally correlate with the carbon number of hydrocarbons contained in the gas fuel. For this reason, a map 81 that defines the correspondence between these indexes and the theoretical air amount is created, and the excess air ratio (sub-volume) in the sub chamber 34 is calculated from the theoretical air amount calculated according to the index using the map 81. It is significant to calculate chamber ⁇ ).
  • the methane number sensor, calorimeter, and oxygen concentration sensor are applied, the theoretical air amount can be calculated more quickly than when gas chromatography is applied, so that it is possible to quickly cope with changes in the properties of gas fuel.
  • the target sub chamber ⁇ setting unit 62 sets a target value of the excess air ratio (sub chamber ⁇ ) in the sub chamber 34.
  • the target value of the sub chamber ⁇ may be a constant value regardless of the properties of the gas fuel. In this case, for example, 1 that is a ⁇ value when the air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio may be applied as the constant value.
  • the target value of the sub chamber ⁇ may be variably set according to the properties of the gas fuel such as the methane number, the calorific value of the gas fuel, or the residual oxygen concentration.
  • the sub chamber fuel amount calculation unit 65 calculates the amount of air and the amount of fuel introduced into the sub chamber 34.
  • the sub-chamber fuel amount calculation unit 65 is introduced into the sub-chamber 34 based on the amount of fuel supplied from the sub-chamber fuel supply device 22 to the sub-chamber 34 and the air-fuel mixture amount entering the sub-chamber 34 from the main chamber 33. Calculate the amount of air and fuel.
  • the sub chamber fuel amount calculation unit 65 calculates the fuel amount V1 introduced into the sub chamber 34 using the following equation (1), and the air introduced into the sub chamber 34 using the following equation (2).
  • the amount V2 is calculated.
  • Vp is the volume of the sub chamber 34
  • V is the amount of fuel supplied from the sub chamber fuel supply device 22 to the sub chamber 34
  • x is the theoretical air amount corresponding to the gas fuel
  • ⁇ m is the excess air ratio of the main chamber 33.
  • ⁇ is a compression ratio.
  • the volume Vp and the compression ratio ⁇ of the sub chamber 34 are design parameters of the gas engine 1 and are constants, and are stored in the constant storage unit 66 in advance.
  • the sub-chamber fuel amount calculation unit 65 can calculate the fuel amount V1 and the air amount V2 by referring to the data of the volume Vp and the compression ratio ⁇ stored in the constant storage unit 66.
  • the sub-chamber 34 When gas fuel is supplied from the sub-chamber fuel supply device 22 to the sub-chamber 34, the sub-chamber 34 has a fuel amount V of gas fuel, and a combustion exhaust gas amount subtracting the gas fuel amount V from the sub-chamber volume Vp. (That is, the amount of combustion exhaust gas is Vp ⁇ V).
  • the fuel amount V supplied from the sub chamber fuel supply device 22 to the sub chamber 34 is obtained by using the differential pressure between the inlet pressure and the outlet pressure of the sub chamber fuel supply device 22 and the fuel supply period of the sub chamber fuel supply device 22. Is calculated.
  • the sub chamber inlet pressure is the pressure of the gas fuel at the inlet of the sub chamber fuel supply device 22 and is detected by the sub chamber inlet pressure sensor 54.
  • the sub chamber outlet pressure is the pressure on the outlet side of the sub chamber fuel supply device 22. The outlet side communicates with the air supply port 11a through the communication hole 36 and the main chamber 33, and is a portion where the supply air pressure acts. Therefore, the sub-chamber outlet pressure includes the detection value of the supply air pressure sensor 51 or The correction value can be applied.
  • the sub-chamber fuel amount calculation unit 65 transfers the sub-chamber inlet pressure and the sub-chamber outlet pressure from the sub-chamber fuel supply period to the sub-chamber 34 in the sub-chamber fuel supply period. Calculate the amount of fuel supplied.
  • Both the gas fuel amount V1 in the above equation (1) and the air amount V2 in the above equation (2) represent values when the sub chamber 34 is compressed at the compression ratio ⁇ .
  • the gas fuel supplied from the sub chamber fuel supply device 22 is compressed to V / ⁇ , and the combustion exhaust gas is compressed to (Vp ⁇ V) / ⁇ .
  • Vp / ⁇ is obtained, and the sum of the added value and the amount of air-fuel mixture entering the sub chamber 34 from the main chamber 33 becomes Vp. That is, the amount of air-fuel mixture that has entered the sub chamber 34 from the main chamber 33 is Vp (1-1 / ⁇ ).
  • the above equations (1) and (2) include the factor Vp (1-1 / ⁇ ), and the amount of air-fuel mixture that has entered the sub chamber 34 from the main chamber 33 when calculating the gas fuel amount V1 and the air amount V2. Is considered.
  • the controller 60 has a theoretical air amount calculation unit 61 that calculates the theoretical air amount according to the properties of the gas fuel, the sub-chamber fuel amount calculation unit 65 outputs the calculation result by the theoretical air amount calculation unit 61. Referring to, the fuel amount and the air amount in the air-fuel mixture entering from the main chamber 33 can be obtained respectively.
  • the excess air ratio ⁇ m of the main chamber 33 can be calculated using the amount of fuel supplied to the main chamber 33 and the amount of air supplied to the main chamber 33.
  • the amount of fuel supplied to the main chamber 33 is obtained based on the differential pressure between the inlet pressure and the outlet pressure of the main chamber fuel supply device 21 and the fuel supply period of the main chamber fuel supply device 21, as in the sub chamber 34. .
  • a value obtained by subtracting the amount of fuel supplied from the sub chamber fuel supply device 22 to the sub chamber 34 from the detected value of the gas flow meter 53 may be used.
  • the amount of fuel supplied from the sub chamber fuel supply device 22 to the sub chamber 34 may be a value obtained by subtracting the amount of fuel from the main chamber fuel supply device 21 from the detected value of the gas flow meter 53.
  • the amount of air supplied to the main chamber 33 may be directly detected by an air flow sensor (not shown) provided in the air supply line 6. Moreover, you may calculate using a speed density method according to an engine speed and gas density.
  • the excess air ratio is obtained by dividing the air amount by the fuel amount and multiplying the divided value by the reciprocal of the theoretical air amount. Therefore, the excess air ratio is multiplied by the theoretical air amount to be the divided value. .
  • 1 / ( ⁇ m ⁇ x + 1) is equal to the ratio of the fuel amount in the mixture to the mixture amount.
  • [1-1 / ( ⁇ m ⁇ x + 1)] is equal to the ratio of the air amount in the mixture to the amount of the mixture. Therefore, the equation for calculating V1 and V2 does not necessarily include the excess air ratio ⁇ x and the theoretical air amount x of the main chamber 33 as factors.
  • the ratio between the amount of fuel and the amount of air contained in the air-fuel mixture supplied to the main chamber 33 is known, this ratio is used to determine the amount of fuel in the air-fuel mixture that has entered the sub-chamber 34 from the main chamber 33 and Each air amount can be calculated.
  • the sub chamber fuel amount calculation unit 65 calculates the amount of air supplied to the sub chamber 34 based on the air-fuel mixture amount supplied to the sub chamber 34 via the main chamber 33 in this way. Further, the sub chamber fuel amount calculation unit 65 is based on the fuel amount supplied to the sub chamber 34 via the main chamber 33 and the fuel amount directly supplied from the sub chamber fuel supply device 22 to the sub chamber 34. Thus, the amount of fuel supplied to the sub chamber 34 is calculated.
  • the sub chamber ⁇ calculating unit 63 actually calculates the air amount and fuel amount supplied to the sub chamber 34 calculated by the sub chamber fuel amount calculating unit 65 and the theoretical air amount calculated by the theoretical air amount calculating unit 61.
  • the sub-chamber ⁇ is calculated.
  • the sub chamber ⁇ can be obtained by dividing the amount of air supplied to the sub chamber 34 by the amount of fuel supplied to the sub chamber 34 and multiplying the divided value by the inverse of the theoretical air amount.
  • the excess air ratio ⁇ p of the sub chamber 34 is obtained from the following formula (3).
  • the air amount supplied to the sub-chamber 34 is a design parameter.
  • the volume and compression ratio are calculated in consideration of the amount of air entering the main chamber 33 from the main chamber 33 into the sub chamber 34 through the communication hole 36 in the compression stroke.
  • the amount of fuel supplied to the sub chamber 34 enters from the main chamber 33 to the sub chamber 34 through the communication hole 36 in the compression stroke, and the amount of gas fuel supplied from the sub chamber fuel supply device 22 to the sub chamber 34. It is calculated taking into account the amount of fuel.
  • the sub chamber ⁇ calculating unit 63 calculates the sub chamber ⁇ from the air amount and fuel amount supplied to the sub chamber 34 calculated in this way and the theoretical air amount calculated by the theoretical air amount calculating unit 61. To do.
  • the sub chamber fuel supply control unit 67 includes a comparator 68 and a regulator 69, and the comparator 68 calculates the calculated value of the sub chamber ⁇ calculated by the sub chamber ⁇ calculation unit 63 and the target sub chamber ⁇ setting unit.
  • the control value of the sub chamber ⁇ is calculated by comparing with the target value of the sub chamber ⁇ set in 62.
  • the adjuster 69 performs PID adjustment according to the calculated control deviation, and supplies the target sub-chamber fuel supply that is the target value of the gas fuel supply period to the sub chamber 34 so that the calculated value of the sub chamber ⁇ becomes the target value. Set the period.
  • the sub chamber fuel supply control unit 67 controls the sub chamber fuel supply device 22 so that the gas fuel is supplied in the target sub chamber fuel supply period in the next air supply and / or compression stroke.
  • the sub chamber ⁇ is calculated using the theoretical air amount corresponding to the properties of the gas fuel, and the gas fuel to the sub chamber 34 is set so that the calculated value becomes the target value.
  • the supply period is set. If the target value of the sub chamber ⁇ is set to an appropriate value for ensuring the stabilization of the combustion state, even if the theoretical air amount fluctuates due to fluctuations in the properties of the gas fuel, it is supplied to the sub chamber 34.
  • the amount of fuel is adjusted, so that the sub chamber ⁇ can be controlled to have the appropriate value that ensures stabilization of the combustion state. Thereby, even if the properties of the gas fuel fluctuate, the air-fuel mixture in the sub chamber 34 is normally ignited, and as a result, the combustion state in the main chamber 33 is easily stabilized.
  • the combustion stabilization apparatus 100 copes with fluctuations in the excess air ratio by adjusting the fuel amount even if there is fluctuations in the properties of the gas fuel, so that the combustion state of the sub chamber 34 is effective. Can be stabilized.
  • the main chamber ⁇ is set to be lean, the efficiency of the entire gas engine can be kept high regardless of fluctuations in the properties of the gas fuel.
  • the sub chamber ⁇ calculating unit 63 calculates the sub chamber ⁇ based on the fuel amount and the air amount introduced into the sub chamber.
  • the sub-chamber ⁇ can be calculated in consideration of the amount of air and the amount of fuel that enter the sub-chamber 34 from the main chamber 33 during the compression stroke. That is, the amount of air and the amount of fuel (air mixture amount) entering the sub chamber 34 from the main chamber 33 are calculated according to the supply air pressure and the supply air temperature.
  • the combustion stabilizing device can be simplified. Further, in the combustion stabilization apparatus 100 according to the present embodiment, the sub chamber ⁇ calculating unit 63 calculates the sub chamber ⁇ with reference to the amount of fuel supplied from the sub chamber fuel supply device 22 to the sub chamber 34. . This fuel amount is calculated in consideration of the differential pressure between the sub chamber inlet pressure and the sub chamber outlet pressure. Therefore, the amount of fuel supplied to the sub chamber 34 can be accurately calculated, and the sub chamber ⁇ is calculated with reference to the calculated value of the fuel amount, so that the calculation accuracy of the sub chamber ⁇ is also improved. . As described above, since the calculation accuracy of the sub chamber ⁇ is improved, the combustion state of the sub chamber 34 can be easily stabilized, thereby contributing to the stabilization of the combustion state of the main chamber 33.
  • the present invention has a remarkable effect that the combustion state in the sub chamber can be stabilized in response to fluctuations in the properties of the gas fuel, and includes a sub chamber fuel supply device that supplies gas fuel to the sub chamber. It is beneficial to apply to a sub-chamber gas engine.

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Abstract

　燃焼安定化装置（１００）は、主室（３３）にガス燃料を供給する主室燃料供給装置（２１）と、副室（３４）にガス燃料を供給する副室燃料供給装置（２２）と、ガス燃料の性状を検出する性状検出器（５５）と、検出されたガス燃料の性状に対応する理論空気量を算出する理論空気量算出部（６１）と、副室（３４）内の空気過剰率の目標値を設定する目標副室空気過剰率設定部（６２）と、副室（３４）に供給される空気量及びガス燃料量を算出する副室燃料量算出部（６５）と、算出された空気量、ガス燃料量及び理論空気量から副室（３４）内の空気過剰率を算出する副室空気過剰率測定部（６３）と、副室空気過剰率の算出値が目標値となるように副室（３４）へのガス燃料の供給量の目標値である目標副室燃料供給量を設定し、該目標副室燃料供給量のガス燃料が供給されるように副室燃料供給装置（２２）を制御する副室燃料供給制御部（６７）と、を備える。

Description

副室式ガスエンジン用の燃焼安定化装置
　本発明は、主室及び該主室と連通する副室を有する燃焼室を備えた副室式ガスエンジンに適用される燃焼安定化装置に関し、特に、ガス燃料の性状に関わらず燃焼状態の安定化を図る燃焼安定化装置に関する。
　ガスエンジンは、主たる燃料にガス燃料を用いる内燃機関であり、ディーゼルエンジンと比べて排ガス中の窒素酸化物を低減可能であるしＣＯ２排出量も少なく、地球環境に優しい内燃機関として脚光を浴びており、例えば、ガスエンジンで発電機を駆動する発電システムへの期待が高まってきている。近年、国内外を問わず産業用プラント内の発電システムにガスエンジンを適用しようとする動きや、舶用の推進及び発電システムにガスエンジンを適用しようとする動きも活発化している。
　従来から、ガスエンジンに対し、種々の燃焼室構造様式、燃焼方式及びこれらの組合せが提案されている。この組合せの主要例として、いわゆる副室式火花点火や、いわゆる副室式パイロット着火が知られている。これら副室式ガスエンジンでは、燃焼室が、主室及び該主室と連通する副室を有し、主室を副室から区画する隔壁に連通穴が設けられている。副室式ガスエンジンでは、まず、副室内の混合気に着火させる。すると、副室内の燃焼ガスが、副室から連通穴を介して主室へと噴出され、噴出されたトーチが火種となり主室内の混合気を着火させる。副室から噴射するトーチの着火力が強いため、主室の空気過剰率を高くしても失火が生じにくくなり、一層の高効率化や低ＮＯＸ化を図ることができる。
　このように、ガスエンジンの近年の主流は、リーンバーン式である。リーンバーン式ガスエンジンで高効率を実現するには、燃焼制御が特に肝要である。高効率化の実現には、点火時期を進角し、燃焼状態をノッキングが発生する限界又は限界近傍の状態とすることが有効である。一方、空気過剰率を高くすることで熱効率の向上が可能であるが、空気過剰率が高くなり過ぎれば、失火が生じやすくなる。よって、リーンバーン式ガスエンジンでは、空気過剰率や点火時期を調整し、ノッキング限界と失火限界とで囲まれた狭い範囲内に安定的に収めるように燃焼制御を実行し、それにより燃焼状態の安定化と高効率の実現とを両立することが求められる。
　前述のとおり、ガスエンジンの適用範囲は、地域的にも分野的にも広がっていく傾向にある。例えば、ガスエンジンを船舶に搭載した場合には、停泊港でガス燃料の補給を受けることが想定される。しかし、ガス燃料の性状は、国ごとに、ガス供給業者ごとに異なる。同じ国で同じガス供給業者から供給されるガス燃料の性状でさえも、時間的に変動する場合がある。
　ガス燃料の性状は、着火性に影響を及ぼす。すると、想定された或る性状のガス燃料に対して燃焼制御を最適化していても、これとは異なる性状のガス燃料が供給された場合に、必ずしも燃焼状態を安定化することができないし、目標としていた出力及び効率を得られないおそれがある。状況によっては、ノッキングが許容範囲を超えて発生するほどに燃焼状態が不安定になることもあり得る。そこで従来、特許文献１及び２に開示されるように、ガス燃料の性状の変動に対応するための技術が提案されている。
　特許文献１は、ガスエンジンで用いられる天然ガスを精製するための装置及び方法を開示している。この方法及び装置では、プロパン（Ｃ3Ｈ8）、ブタン（Ｃ4Ｈ10）及びペンタン（Ｃ5Ｈ12）等の比較的重質の炭化水素が、天然ガス混合物から分離される。そして、残存した天然ガス混合物が、ガスエンジンにおいてガス燃料に用いられる。
　特許文献２は、副室式パイロット着火ガスエンジンのパイロット油の投与時期を調整するための装置及び方法を開示している。この方法及び装置では、主室内の燃焼状態を安定化させる目的で、ガス燃料の組成が測定され、結果得られる不活性ガスの濃度が高ければ高いほど投与時期が進角され、水素ガスの濃度が高ければ高いほど投与時期が遅角される。
特開２００９－１６７４１１号公報 特開２００５－３１５１７７公報
　特許文献１の方法及び装置は、ガス燃料の性状が変動した場合には、ガスエンジンへの供給前にガス燃料の品質を調整すればよいというコンセプトに依拠している。しかし、この方法及び装置をエンジン供給業者及びエンジン使用者が準備すれば、設備全体が大型化し、また、設備全体の導入費及び維持費が高くなる。この方法及び装置をガス供給業者が準備すれば、ガス燃料の価格が高騰し、ガスエンジンの運転費が高くなるおそれがある。
　しかし、現状、ガス燃料の性状の変動に対応した燃焼制御技術は、必ずしも燃焼状態の安定化を実現するものとなっていない。性状又は品質が安定しているガス燃料が供給されることを前提とすることが許容されていたときには、いかにして主室内の燃焼状態をノッキング限界付近にするかを課題として燃焼制御が設計され、相応の結果が得られていた。特許文献２でも示唆されるとおり、ガス燃料の性状の変動に対応しようとする燃焼制御においても、燃焼状態の安定化の対象として重きをおかれているのは主室である。副室は、主室の混合気を着火させるための火種を形成する箇所であるが、ガス燃料の性状が変動すれば、副室の燃焼状態の安定を従前と同様に担保することができず、火種が従前どおりに形成されないおそれがある。副室内の燃焼状態が異常であれば、主室内の燃焼状態の安定を担保することも非常に困難になる。しかし、ガス燃料の性状の変動に対応して副室内の燃焼状態の安定化を図った燃焼制御技術は未だ確立されていない。
　そこで本発明は、副室式ガスエンジンにおいて、ガス燃料の性状の変動に対応して副室内の燃焼状態を安定化することを目的としている。
　本発明は、上記目的を達成すべくなされたものである。本発明に係る燃焼安定化装置は、主室及び該主室と連通する副室を有する燃焼室を備えた副室式ガスエンジンに適用される燃焼安定化装置であって、前記主室にガス燃料を供給する主室燃料給装置と、前記副室にガス燃料を供給する副室燃料供給装置と、ガス燃料の性状を検出する性状検出器と、検出されたガス燃料の性状に対応する理論空気量を算出する理論空気量算出部と、前記副室内の空気過剰率の目標値を設定する目標副室空気過剰率設定部と、前記副室に導入される空気量及びガス燃料量を算出する副室燃料量算出部と、前記副室燃料量算出部により算出された空気量及びガス燃料量と、前記理論空気量算出部により算出された理論空気量とから、前記副室内の空気過剰率を算出する副室空気過剰率算出部と、空気過剰率の算出値が前記目標値となるように前記副室へのガス燃料の供給量の目標値である目標副室燃料供給量を設定し、該目標副室燃料供給量のガス燃料が供給されるように前記副室燃料供給装置を制御する副室燃料供給制御部と、を備える。
　前記構成によれば、副室内の空気過剰率を、ガス燃料の性状に応じて算出された理論空気量から算出し、その算出値が目標値となるように副室へのガス燃料の供給量が設定される。副室内の空気過剰率の目標値を燃焼状態の安定化を担保するための適切な値に設定しておきさえすれば、ガス燃料の性状の変動によって理論空気量が変動しても、副室に導入される燃料供給量を調整することにより、副室内の空気過剰率を燃焼状態の安定化を担保する適切な値となるように制御することができる。これにより、ガス燃料の性状が変動しても、副室内の混合気が正常に着火し、それにより主室内の燃焼状態を安定化させやすくもなる。
　前記副室燃料量算出部は、前記副室燃料供給装置から前記副室に供給されるガス燃料量と、前記主室から前記副室に入り込む混合気量とに基づいて、前記副室に導入される空気量及びガス燃料量を算出してもよい。
　前記構成によれば、主室から副室に入り込むガス燃料量を考慮して副室内の空気過剰率を算出することができるので、副室内の空気過剰率の算出精度が向上する。よって、副室内の燃焼状態をより精度よく制御することができる。
　前記副室燃料量算出部は、主室空気過剰率を給気圧、給気温度及び主室供給ガス量を用いて算出してもよい。
　前記構成によれば、流量計を用いずに主室空気過剰率を推定することができ、燃焼安定化装置を簡略に構成することができる。もちろん、エアフローセンサ等を用いて直接吸入空気量を計測し、その計測値とガス燃料量を用いて主室空気過剰率を算出することも可能である。
　前記副室燃料量算出部は、前記副室燃料供給装置の入口圧及び出口圧の差圧と、前記副室燃料供給装置のガス燃料供給量とを用いて、前記副室燃料供給装置からのガス燃料量を算出し、そのガス燃料量に基づいて前記副室に導入されるガス燃料量を算出してもよい。
　前記構成によれば、副室燃料供給装置から供給されるガス燃料量を、当該ガス燃料量そのものを実際に検出又は測定することなく、算出することができるようになる。
　前記目標値が、ストイキオメトリ付近の一定の値に設定され、前記主室内の空気過剰率が、リーンに設定されてもよい。
　前記構成によれば、副室内の燃焼状態をガス燃料の性状が変動しても副室内の燃焼状態を安定させ続けることができると共に、ガスエンジン全体としての効率を高く保ち続けることができる。
　前記性状検出器が、ガス燃料の成分を検出するガスクロマトグラフィ、ガス燃料のメタン価を検出するメタン価センサ、ガス燃料の発熱量を検出するカロリーメータ、前記燃焼室からの燃焼排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサのうち少なくともいずれか１つを含んでいてもよい。
　前記構成によれば、ガス燃料の組成やメタン価等、理論空気量を算出するうえで有用な性状を取得することができ、副室内の空気過剰率を精度よく算出することができる。
　以上の説明から明らかなように、副室式ガスエンジンにおいて、ガス燃料の性状の変動に対応して副室内の燃焼状態を安定化することができる。
本発明の実施形態に係る燃焼安定化装置を適用した副室式ガスエンジンの全体構成を示す概念図である。 本発明の実施形態に係る燃焼安定化装置の構成を、図１に示すガスエンジン１の気筒の構成と併せて示す概念図である。 図２に示す制御器の構成を示すブロック図である。 ガス燃料の性状と理論空気量との対応関係を定めたマップ、ガス燃料の性状と目標副室空気過剰率との対応関係を定めたマップを直交座標系内で模式的に表したグラフである。
　以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。同一の又は対応する要素には全ての図を通じて同一の符号を付し、重複する詳細な説明を省略する。
　（ガスエンジン全体構成）
　図１は、本発明の実施形態に係るガスエンジン１の全体構成を示す概念図である。図１に示すガスエンジン１は、ガス燃料を使用する４ストロークレシプロエンジンであり、燃焼室構造様式に「副室式」を採用しており、燃焼方式の一例として「火花点火式」を採用している。ガスエンジン１は、ガス燃料を含む混合気を燃焼し、出力軸２で回転出力を発生する。出力軸２は、図１に示すように、例えば交流発電機３と接続される。このように、ガスエンジン１を交流発電機３の駆動源に適用した発電システムは、産業用プラントに導入されてもよいし、船舶に搭載されてもよい。ガスエンジン１が船舶に搭載される場合、出力軸２を交流発電機３に替えて当該船舶の推進器に接続してもよい。
　ガスエンジン１は、複数の気筒４を有したエンジン本体５を備えている。なお、気筒４の数及び配列は、特に限定されない。ガスエンジン１には、給気を各気筒４に供給する給気ライン６と、排気を各気筒４から排出する排気ライン７と、給気ライン６及び排気ライン７に接続された過給機（ターボチャージャ）８とが設けられている。給気ライン６は、複数の気筒４に対して共通の共通部１１と、共通部１１を対応する気筒に接続する複数の分岐部１２（図２参照）とを含む。排気ライン７も、複数の気筒４に対して共通の共通部１３と、対応する気筒４を共通部１３に接続する複数の分岐部１４とを含む。給気ライン６の分岐部１２の下流端部は、エンジン本体５内に形成された給気ポート１２ａであり、対応する気筒４の燃焼室３２（詳しくは主室３３）に連通している（図２を参照）。排気ライン７の分岐部１４の上流端部は、エンジン本体５内に形成された排気ポート１４ａであり、対応する気筒４の燃焼室３２（詳しくは主室３３）に連通している（図２を参照）。過給機８は、排気ライン７の共通部１３上のタービン９と、給気ライン６の共通部１１上のコンプレッサ１０とを有している。過給機８は、排気ライン７を流れる排気により駆動され、給気ライン６を流れるエアを過給する。また、排気ライン７の共通部には、タービン９をバイパスする排気バイパスライン１５が接続されており、排気バイパスライン１５上には開度可変の排気バイパス弁１６が設けられている。排気バイパス弁１６の開度を調整することにより、タービン９に供給される排気流量を調整することができ、それにより給気圧を調整可能になっている。
　ガスエンジン１には、ガス燃料を各気筒４に供給する燃料ライン２５が設けられている。燃料ライン２５は、燃料供給源（不図示）から延び、複数の気筒４に対して共通の共通部２６と、共通部２６から分岐し、共通部２６から対応する気筒４へとガス燃料を導く複数の分岐部２７とを含む。また、各気筒４には、主室燃料供給装置２１、副室燃料供給装置２２及び点火装置２３が設けられている。このように１つの気筒４に２つの燃料供給装置２１，２２が設けられているので、燃料ライン２５の分岐部２７には、ガス燃料を共通部２６から主室燃料供給装置２１に導く主分岐部２８と、ガス燃料を共通部２６から副室燃料供給装置２２に導く副分岐部２９とが含まれる。
　図２は、本発明の実施形態に係る燃焼安定化装置１００の構成を、図１に示すガスエンジン１の気筒４の構成と併せて示す概念図である。なお、図２は、１つの気筒４のみの構成を示しているが、他の気筒４も同様の構成を有している。図２に示すように、各気筒４内には、ピストン３１が往復動自在に挿入されている。ピストン３１は不図示のコネクティングロッドを介して出力軸２に連結されている。
　また、各気筒４には、混合気を燃焼させる燃焼室３２が設けられている。燃焼室３２は、ピストン３１の上面側に形成される主室３３と、主室３３と連通した副室３４とを有している。副室３４は、主室３３の上部に設けられた隔壁３５を介して主室３３と区画され、また、隔壁３５に形成された連通穴３６を介して主室３３と空間的に連通している。副室３４の容積は、主室３３の容積と比べて小さい。
　エンジン本体５は、前述した給気ポート１２ａ及び排気ポート１４ａを有している。給気ポート１２ａは、給気ライン６の分岐部１２を構成し、その下流端部にて主室３３に連通している。排気ポート１４ａは、排気ライン７の分岐部１４を構成し、その上流端部にて主室３３に連通している。各気筒４には、給気弁３７及び排気弁３８が設けられている。給気弁３７は、給気ポート１２ａの下流端部を開閉し、排気弁３８は、排気ポート１４ａの上流端部を開閉する。
　主室燃料供給装置２１は、燃料ライン２５の主分岐部２８上に介在し又は主分岐部２８の末端に設けられ、ガス燃料を給気ライン６の分岐部１２に供給する。本実施形態に係る主室燃料供給装置２１は、エンジン本体５に取り付けられ、給気ポート１２ａにガス燃料を供給する。副室燃料供給装置２２は、燃料ライン２５の副分岐部２９上に介在し又は副分岐部２９の末端に設けられ、ガス燃料を副室３４内に供給する。
　本実施形態では、各気筒４に、前述の隔壁３５を有して副室３４を形成する副室形成部材３９が設けられており、副室形成部材３９は、隔壁３５が副室形成部材３９の下端部をなすようにして、シリンダ軸線に沿って延在している。燃料ライン２５の副分岐部２９は、副室形成部材３９の上部にて副室形成部材３９内へと延び、副室３４の内上面に開口している。副室燃料供給装置２２は、副室形成部材３９の外部に配置され、燃料ライン２５の副分岐部２９上に介在している。なお、副分岐部２９上であって副室燃料供給装置２２と副室３４への開口との間には、逆止弁４０が設けられている。これにより、副室３４から副室燃料供給装置２２に向けてガスが逆流するのを阻止することができる。
　主室燃料供給装置２１及び副室燃料供給装置２２は、例えば常閉電磁開閉弁であり、開弁指令が与えられている期間に開弁する。主室燃料供給装置２１が開弁している間、ガス燃料が給気ポート１２ａに供給される。副室燃料供給装置２２が開弁している間、ガス燃料が副室３４に供給される。点火装置２３は、副室形成部材３９に取り付けられており、例えば火花を発生する部分が副室３４内に配置されている。点火装置２３は、例えば、通電時に火花を発生する電極を有した点火プラグである。
　上記構成のガスエンジン１においては、ピストン３１が下動する給気行程では、給気弁３７が開き、主室燃料供給装置２１がガス燃料を給気ポート１２ａに供給する。これにより、過給機８からの給気と主室燃料供給装置２１からのガス燃料との混合気が、給気ポート１２ａから主室３３へと供給される。ピストン３１が上動する圧縮行程では、給気弁３７が閉じて混合気が主室３３内で圧縮される。このとき、主室３３内の圧縮混合気が連通穴３６を通って副室３４内に供給される。そして副室燃料供給装置２２は、給気行程において、副室３４内にガス燃料を噴射する。これにより副室３４内の混合気の空気過剰率が、主室３３内の混合気の空気過剰率と比べて小さくなる。
　圧縮行程が終了する時期の近傍で点火装置２３が動作し、副室３４内で火花が発生する。これにより副室３４内の混合気が着火し、副室３４内で火炎が発生する。副室３４内の火炎は連通穴３６を介して主室３３内へと噴出され、この噴出されたトーチが主室３３内の混合気を着火し、主室３３内で火炎が伝播していく。このようにして副室３４内及び主室３３内の混合気が燃焼し、ピストン３１が下動する（膨張行程）。この膨張行程後の排気行程では、排気弁３８が開き、主室３３内及び副室３４内のガスが排気ライン７へと排出される。このとき、逆止弁４０の作用により、燃焼排ガスが副分岐部２９へ逆流するのを阻止することができる。
　（燃焼安定化装置）
　このガスエンジン１には、燃焼安定化装置１００が適用される。燃焼安定化装置１００は、ガス燃料の性状の変動に対応して副室３４内の燃焼状態を安定化させることを目的とした燃焼制御を実行する。燃焼安定化装置１００は、前述した主室燃料供給装置２１、副室燃料供給装置２２及び点火装置２３を備えている。更に、燃焼安定化装置１００は、給気圧センサ５１、給気温センサ５２、ガス流量計５３、副室入口圧センサ５４、性状センサ５５、制御器６０を備えている。制御器６０は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ及び入出力インターフェイスを備えている。制御器６０の入力側が、給気圧センサ５１、給気温センサ５２、ガス流量計５３、副室入口圧センサ５４及び性状センサ５５と接続されており、制御器６０の出力側が主室燃料供給装置２１、副室燃料供給装置２２及び点火装置２３と接続されている。
　給気圧センサ５１及び給気温センサ５２は、給気ライン６のうち過給機８よりも下流側に設けられている。給気圧センサ５１は、過給機８から気筒４へと供給される給気の圧力を検出し、給気温センサ５２は、過給機８から気筒４へと供給される給気の温度を検出する。ガス流量計５３は、燃料ライン２５を流れるガス燃料の流量を検出する。給気圧センサ５１及び給気温センサ５２は、給気ライン６の共通部１１に設けられていてもよく、ガス流量計５３は、燃料ライン２５の共通部２６に設けられていてもよい。副室入口圧センサ５４は、気筒毎４に設けられており、燃料ライン２５の副分岐部２９を流れるガス燃料の圧力を検出する。
　ガス燃料の性状は、地域的又は時間的に変動する。性状センサ５５は、このようにガス燃料の性状が変動しても、変動後のガス燃料の性状を検出することができる。性状センサ５５は、ガス燃料の性状として、ガス燃料の組成など、理論空気量の算出に利用可能な指標又は指数を検出する。そこで性状センサ５５には、燃料ライン２５中のガス燃料の組成を検出するガスクロマトグラフィを適用してもよい。また、ガス燃料の理論空気量を算出するための指数として、メタン価を好適に適用可能である。一般的な傾向として、メタン価が大きいと、軽質の炭化水素の濃度が高いことを示し、メタン価が小さいと、重質の炭化水素の濃度が高いことを示す。このような観点から、性状センサ５５には、燃料ライン２５中のガス燃料のメタン価を検出するメタン価センサを好適に適用することができる。
　また、一般的な傾向として、軽質の炭化水素の濃度が高くなると、ガス燃料の単位体積当たりの発熱量が小さくなり、重質の炭化水素の濃度が高くなると、これとは逆になる。同一負荷、同一吸入空気量での運転中にガス燃料の性状が変動し、それにより単位体積当たりの発熱量が変化すると、その変化に応じて燃焼排ガスに含まれる酸素の濃度が変化する。つまり、運転状態が限定された条件で残存酸素濃度を計測することにより、ガス燃料の性状を推定することが可能である。このため、ガス燃料の理論空気量を算出するための指数として、ガス燃料の単位体積当たりの発熱量や残存酸素濃度を好適に適用可能である。
　このような観点から、性状センサ５５には、燃料ライン２５中のガス燃料の単位体積あたりの発熱量を検出するカロリーメータを適用してもよいし、排気ライン７中の残存酸素濃度を検出する酸素濃度センサを適用してもよい。なお、メタン価センサ、ガスクロマトグラフィ及びカロリーメータは、燃料ライン２５のうち共通部２６に設けられていることが好ましく、酸素濃度センサは、排気ライン７のうち共通部１３に設けられていることが好ましい。なお、燃焼安定化装置１００は、性状センサ５５として、上記例示した４種のうち２種以上の検出器を備えていてもよい。
　本実施形態に係る制御器６０は、ガス燃料の性状の変動に対応して、検出されたガス燃料の性状に応じた理論空気量を算出する。そして、算出された理論空気量を用いて副室内の空気過剰率を算出すると共に副室内の空気過剰率の目標値を設定する。そして、算出された副室内の空気過剰率が目標値となるように、副室燃料供給装置２２を制御する。
　特に、本実施形態では、制御器６０が、副室３４内の空気過剰率の算出値を目標値に近づけるため、１エンジンサイクル内における副室燃料供給装置２２の開弁期間（すなわち、１エンジンサイクル内で副室燃料供給装置２２から副室３４に供給される燃料量）を制御する。「空気過剰率」は、気筒４に供給された実際の燃料と空気の混合比（すなわち、空燃比）と理論空燃比との比率であり、気筒４に供給される混合気の空燃比を理論空燃比で割ったものである。別の言い方をすれば、燃料を過不足なく燃焼させる空気量である理論空気量に対して、実際に供給された空気量の割合である。理論空燃比及び理論空気量は、燃料の性状（特に、組成）に応じて化学量論的に変化する。以降の説明では、簡略化のため「空気過剰率」を「λ」と略称することもある。
　図３は、図２に示す燃焼安定化装置１００の構成を示すブロック図である。図３に示すように、制御器６０は、上記の燃焼制御を実行する機能的ブロックとして、理論空気量算出部６１と、目標副室λ設定部６２と、副室λ算出部６３と、副室燃料量算出部６５と、定数記憶部６６と、副室燃料供給制御部６７とを有する。
　理論空気量算出部６１は、性状センサ５５により検出されたガス燃料の性状に対応した理論空気量を算出する。性状センサ５５にガスクロマトグラフィを適用した場合には、検出されたガス燃料の詳細な組成から理論空気量を算出することができる。性状センサ５５にメタン価センサ、カロリーメータ及び酸素濃度センサを適用した場合、制御器６０は、図４に示すように、ガス燃料の性状と理論空気量との対応関係を定めた理論空気量マップ８１を参照し、検出されたガス燃料の性状から理論空気量を算出する。例えば、メタン価が高いとき、単位体積当たりガス燃料の発熱量が小さいとき、残存酸素濃度が低いときには、理論空気量マップ８１に従って比較的大きい値が理論空気量として算出される。前述したように、メタン価、ガス燃料の発熱量及び残存酸素濃度は、一般的な傾向として、ガス燃料中に含まれる炭化水素の炭素数と相関する。このため、これら指数と理論空気量との対応関係を定めたマップ８１を作成し、当該マップ８１を用いて当該指数に応じて算出された理論空気量から副室３４内の空気過剰率（副室λ）を算出することに有意性がある。メタン価センサ、カロリーメータ及び酸素濃度センサを適用すると、ガスクロマトグラフィを適用した場合と比べて迅速に理論空気量を算出可能になるので、ガス燃料の性状変動に迅速に対処可能になる。
　目標副室λ設定部６２は、副室３４内の空気過剰率（副室λ）の目標値を設定する。図４において横軸方向に平行な実線８２で示すように、副室λの目標値は、ガス燃料の性状に関わらず一定の値であってもよい。この場合、一定の値として、例えば、空燃比が理論空燃比である場合のλ値である１を適用してもよい。副室λの目標値は、メタン価、ガス燃料の発熱量又は残存酸素濃度等のガス燃料の性状に応じて、可変的に設定されてもよい。
　副室燃料量算出部６５は、副室３４に導入される空気量及び燃料量を算出する。副室燃料量算出部６５は、副室燃料供給装置２２から副室３４に供給される燃料量と、主室３３から副室３４に入り込む混合気量とに基づいて、副室３４に導入される空気量及び燃料量を算出する。一例として、副室燃料量算出部６５は、次式（１）を用いて副室３４に導入される燃料量Ｖ１を算出し、次式（２）を用いて副室３４に導入される空気量Ｖ２を算出する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000001
  
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000002
  
　ここで、Ｖｐは副室３４の容積、Ｖは副室燃料供給装置２２から副室３４に供給される燃料量、ｘはガス燃料に対応した理論空気量、λｍは主室３３の空気過剰率、εは圧縮比である。副室３４の容積Ｖｐ及び圧縮比εはガスエンジン１の設計パラメータであって定数であり、定数記憶部６６に予め記憶されている。副室燃料量算出部６５は、定数記憶部６６に記憶された容積Ｖｐ及び圧縮比εのデータを参照して、燃料量Ｖ１及び空気量Ｖ２を算出することができる。
　なお、上記式（１）及び（２）においては、副室燃料供給装置２２が、圧縮行程下死点付近で、副室３４へのガス燃料の供給が完了しているものとする。また、点火燃焼後に副室３４内には、次サイクルでの燃焼に寄与するガスが残存しないものとしている。
　副室燃料供給装置２２から副室３４にガス燃料が供給されると、副室３４は、燃料量Ｖのガス燃料と、副室容積Ｖｐから当該ガス燃料量Ｖを差し引いた量の燃焼排ガスとで占められる（すなわち、燃焼排ガス量はＶｐ－Ｖ）ものとする。
　副室燃料供給装置２２から副室３４に供給された燃料量Ｖは、副室燃料供給装置２２の入口圧及び出口圧の差圧と、副室燃料供給装置２２の燃料供給期間とを用いて、算出される。副室入口圧は、副室燃料供給装置２２の入口部におけるガス燃料の圧力であり、副室入口圧センサ５４により検出される。副室出口圧は、副室燃料給装置２２の出口側の圧力である。この出口側は、連通穴３６及び主室３３を介して給気ポート１１ａに連通しており、給気圧が作用する部分であるので、副室出口圧には、給気圧センサ５１の検出値又はその補正値を適用することができる。副室燃料量算出部６５は、副室入口圧及び副室出口圧の差圧と、副室燃料供給期間とから、当該副室燃料供給期間で副室燃料供給装置２２から副室３４へと供給された燃料量を算出する。
　上記式（１）のガス燃料量Ｖ１及び上記式（２）の空気量Ｖ２はどちらも、副室３４が圧縮比εで圧縮されたときの値を表している。副室燃料供給装置２２から供給されたガス燃料はＶ／εに圧縮され、燃焼排ガスは（Ｖｐ－Ｖ）／εに圧縮される。これらを加算するとＶｐ／εとなり、当該加算値と、主室３３から副室３４に入り込んだ混合気量との和が、Ｖｐとなる。すなわち、主室３３から副室３４に入り込んだ混合気量は、Ｖｐ（１－１／ε）である。上記式（１）及び（２）は、因子Ｖｐ（１－１／ε）を含んでおり、ガス燃料量Ｖ１及び空気量Ｖ２を算出するに際して主室３３から副室３４に入り込んだ混合気量を考慮したものとなっている。
　上記式（１）及び（２）に示すとおり、主室３３の空気過剰率λｍと、ガス燃料に対応した理論空気量ｘとを用いれば、混合気量Ｖｐ（１－１／ε）に基づき、主室３３から入り込んだ混合気に含まれる燃料量と空気量とをそれぞれ求めることができる。制御器６０は、ガス燃料の性状に応じて理論空気量を算出する理論空気量算出部６１を有しているので、副室燃料量算出部６５は、理論空気量算出部６１による算出結果を参照して、主室３３から入り込んだ混合気中の燃料量と空気量とをそれぞれ求めることができる。
　主室３３の空気過剰率λｍは、主室３３に供給される燃料量と、主室３３に供給される空気量とを用いて算出することができる。主室３３に供給される燃料量は、副室３４と同様、主室燃料供給装置２１の入口圧及び出口圧の差圧と、主室燃料供給装置２１の燃料供給期間とに基づいて求められる。その他、ガス流量計５３の検出値から、副室燃料供給装置２２から副室３４に供給された燃料量を差し引いた値としてもよい。なお、逆に、副室燃料給装置２２から副室３４に供給された燃料量を、ガス流量計５３の検出値から、主室燃料供給装置２１からの燃料量を差し引いた値としてもよい。主室３３に供給される空気量は、給気ライン６に設けたエアフローセンサ（図示せず）によって直接的に検出してもよい。また、エンジン回転速度及びガス密度に応じてスピードデンシティ法を用いて算出してもよい。
　なお、空気過剰率は、空気量を燃料量で除算し、当該除算値に理論空気量の逆数を乗算することにより求められるので、空気過剰率に理論空気量を乗算すれば当該除算値になる。このため、式（１）において、１／（λｍ×ｘ＋１）は、混合気中燃料量の混合気量に対する割合に等しい。式（２）において、［１－１／（λｍ×ｘ＋１）］は、混合気中空気量の混合気量に対する割合に等しい。よって、Ｖ１及びＶ２を算出するための式が、必ずしも主室３３の空気過剰率λｘ及び理論空気量ｘを因子として含んでいなくてもよい。主室３３に供給された混合気中に含まれる燃料量と空気量との比がわかるのであれば、この比を用いて、主室３３から副室３４に入り込んだ混合気中の燃料量及び空気量をそれぞれ算出することができる。
　副室燃料量算出部６５は、このようにして主室３３を介して副室３４に供給される混合気量に基づいて、副室３４に供給される空気量を算出する。また、副室燃料量算出部６５は、主室３３を介して副室３４に供給される燃料量と、副室燃料供給装置２２から副室３４に直接的に供給される燃料量とに基づいて、副室３４に供給される燃料量を算出する。
　副室λ算出部６３は、副室燃料量算出部６５により算出された副室３４に供給される空気量及び燃料量と、理論空気量算出部６１により算出された理論空気量とから、実際の副室λを算出する。副室λは、副室３４に供給される空気量を副室３４に供給される燃料量で除算し、当該除算値に理論空気量の逆数を乗算することによって求めることができる。なお、上記式（１）及び（２）それぞれを用いて副室３４に供給される燃料量及び空気量を算出する場合、副室３４の空気過剰率λｐは次式（３）より求められる。
Figure JPOXMLDOC01-appb-M000003
  
　本実施形態に係る制御器６０においては、前述した副室燃料量算出部６５により算出される空気量及び燃料量からわかるとおり、副室３４に供給された空気量が、設計パラメータである副室容積、圧縮比はもちろん、圧縮行程において主室３３から副室３４へと連通穴３６を介して入り込む空気量を考慮に入れて算出される。副室３４に供給された燃料量が、副室燃料供給装置２２から副室３４へと供給されたガス燃料量と、圧縮行程において主室３３から副室３４へと連通穴３６を介して入り込む燃料量とを考慮に入れて算出される。副室λ算出部６３は、このようにして算出された副室３４に供給される空気量及び燃料量と、理論空気量算出部６１により算出された理論空気量とから、副室λを算出する。
　副室燃料供給制御部６７は、比較器６８と調整器６９とを有し、比較器６８は、副室λ算出部６３により算出された副室λの算出値と、目標副室λ設定部６２により設定された副室λの目標値とを比較し、副室λの制御偏差を算出する。調整器６９は、算出された制御偏差に応じてＰＩＤ調整を行い、副室λの算出値が目標値となるよう副室３４へのガス燃料の供給期間の目標値である目標副室燃料供給期間を設定する。そして、副室燃料供給制御部６７は、次の給気及び／又は圧縮行程においてガス燃料が目標副室燃料供給期間で供給されるように副室燃料供給装置２２を制御する。
　上記構成の燃焼安定化装置１００によれば、副室λが、ガス燃料の性状に対応する理論空気量を用いて算出され、その算出値が目標値となるように副室３４へのガス燃料の供給期間を設定している。副室λの目標値を燃焼状態の安定化を担保するための適切な値に設定しておけば、ガス燃料の性状の変動により理論空気量が変動しても、副室３４に供給される燃料量が調整され、それにより副室λを燃焼状態の安定化を担保する当該適切な値となるよう制御することができる。これにより、ガス燃料の性状が変動しても、副室３４内の混合気が正常に着火し、ひいては主室３３内の燃焼状態を安定化させやすくなる。
　目標値を１に設定して副室λがストイキオメトリ（理論空燃比）付近となるように制御すると、副室３４内の燃焼状態を安定させやすくなるので有益である。本実施形態に係る燃焼安定化装置１００は、ガス燃料の性状の変動があっても燃料量を調整することで空気過剰率の変動に対処するものであり、副室３４の燃焼状態を効果的に安定させることができる。一方、主室λをリーンに設定しておけば、ガス燃料の性状変動に関わらずガスエンジン全体の効率を高く維持することができる。
　上記燃焼制御においては、副室λをガス燃料の性状の変動に対処して制御するため、副室λを正確に算出することが肝要である。そこで、本実施形態に係る燃焼安定化装置１００においては、副室λ算出部６３が、副室に導入される燃料量及び空気量に基づいて副室λを算出する。これにより、副室式ガスエンジン１において、圧縮行程において主室３３から副室３４に入り込む空気量と燃料量とを考慮に入れて副室λを算出することができる。すなわち、主室３３から副室３４に入り込む空気量及び燃料量（混合気量）は、給気圧及び給気温に応じて算出される。気筒付近に流量計を設けることなく混合気量を算出可能になるので、燃焼安定化装置を簡略にすることができる。更に、本実施形態に係る燃焼安定化装置１００においては、副室λ算出部６３が、副室燃料供給装置２２から副室３４に供給された燃料量を参照して、副室λを算出する。この燃料量は、副室入口圧及び副室出口圧との差圧を考慮して算出されている。このため、副室３４に供給された燃料量を正確に算出することができ、この燃料量の算出値を参照して副室λを算出しているので、副室λの算出精度も向上する。このように、副室λの算出精度が向上するので、副室３４の燃焼状態を安定化させやすくなり、ひいては主室３３の燃焼状態の安定化にも資する。
　これまで本発明の実施形態について説明したが、上記構成は本発明の範囲内で適宜変更可能である。
　本発明は、ガス燃料の性状の変動に対応して副室内の燃焼状態を安定化することができるとの顕著な作用効果を奏し、副室にガス燃料を供給する副室燃料供給装置を備えた副室式ガスエンジンに適用すると有益である。
１　ガスエンジン
４　気筒
６　給気ライン
７　排気ライン
１５　燃料ライン
２１　主室燃料供給装置
２２　副室燃料供給装置
２３　点火装置
３２　燃焼室
３３　主室
３４　副室
５１　給気圧センサ
５２　給気温センサ
５３　ガス流量計
５４　副室入口圧センサ
５５　性状センサ
６０　制御器
６１　理論空気量算出部
６２　目標副室λ設定部（目標副室空気過剰率設定部）
６３　副室λ算出部（副室空気過剰率算出部）
６５　副室燃料量算出部
６６　定数記憶部
６７　副室燃料供給制御部
１００　燃焼安定化装置

Claims (6)

  1. 　主室及び該主室と連通する副室を有する燃焼室を備えた副室式ガスエンジンに適用される燃焼安定化装置であって、
    　前記主室にガス燃料を供給する主室燃料給装置と、
    　前記副室にガス燃料を供給する副室燃料供給装置と、
    　ガス燃料の性状を検出する性状検出器と、
    　検出されたガス燃料の性状に対応する理論空気量を算出する理論空気量算出部と、
    　前記副室内の空気過剰率の目標値を設定する目標副室空気過剰率設定部と、
    　前記副室に供給される空気量及びガス燃料量を算出する副室燃料量算出部と、
    　前記副室燃料量算出部により算出された空気量及びガス燃料量と、前記理論空気量算出部により算出された理論空気量とから前記副室内の空気過剰率を算出する副室空気過剰率算出部と、
    　空気過剰率の算出値が前記目標値となるように前記副室へのガス燃料の供給量の目標値である目標副室燃料供給量を設定し、該目標副室燃料供給量のガス燃料が供給されるように前記副室燃料供給装置を制御する副室燃料供給制御部と、を備える、副室式ガスエンジン用の燃焼安定化装置。
  2. 　前記副室燃料量算出部は、前記副室燃料供給装置から前記副室に供給されるガス燃料量と、前記主室から前記副室に入り込む混合気量とに基づいて、前記副室に供給される空気量及びガス燃料量を算出する、請求項１に記載の副室式ガスエンジン用の燃焼安定化装置。
  3. 　前記副室燃料量算出部は、前記主室から前記副室に入り込む混合気量を給気圧及び給気温を用いて算出する、請求項２に記載の副室式ガスエンジン用の燃焼安定化装置。
  4. 　前記副室燃料量算出部は、前記副室燃料供給装置の入口圧及び出口圧の差圧と、前記副室燃料供給装置のガス燃料供給量とを用いて、前記副室燃料供給装置からのガス燃料量を算出し、そのガス燃料量に基づいて前記副室に供給されるガス燃料量を算出する、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の副室式ガスエンジン用の燃焼安定化装置。
  5. 　前記目標値が、ストイキオメトリ付近の一定の値に設定され、前記主室内の空気過剰率が、リーンに設定される、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の副室式ガスエンジン用の燃焼安定化装置。
  6. 　前記性状検出器が、ガス燃料の成分を検出するガスクロマトグラフィ、ガス燃料のメタン価を検出するメタン価センサ、ガス燃料の発熱量を検出するカロリーメータ、前記燃焼室からの燃焼排ガス中の酸素濃度を検出する酸素濃度センサのうち少なくともいずれか１つを含む、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の副室式ガスエンジン用の燃焼安定化装置。
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