ガスエンジン制御装置
【課題】経時変化よらず、混合気の燃焼時間を一定の時間に制御することができるガスエンジン制御装置の提供を目的とする。
【解決手段】エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数指令値ＮｅＯとの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度を制御するエンジン回転数制御部１１１ｂと、負荷Ｌｄ、およびエンジン回転数指令値ＮｅＯから混合気流量指令値ＱｍｉｘＯを決定し、混合気温度Ｔｍｉｘ、混合気圧力Ｐｍｉｘ、エンジン回転数Ｎｅ、に粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを算出し、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁４２の開度を制御する混合気流量制御部１１１ｃと、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯから排気温度指令値ＴｇＯを決定し、排気温度指令値ＴｇＯと排気温度Ｔｇとの偏差に基づいて点火プラグ１６が放電する時期を制御する放電時期制御部１１１ｄとを具備する。
【解決手段】エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数指令値ＮｅＯとの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度を制御するエンジン回転数制御部１１１ｂと、負荷Ｌｄ、およびエンジン回転数指令値ＮｅＯから混合気流量指令値ＱｍｉｘＯを決定し、混合気温度Ｔｍｉｘ、混合気圧力Ｐｍｉｘ、エンジン回転数Ｎｅ、に粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを算出し、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁４２の開度を制御する混合気流量制御部１１１ｃと、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯから排気温度指令値ＴｇＯを決定し、排気温度指令値ＴｇＯと排気温度Ｔｇとの偏差に基づいて点火プラグ１６が放電する時期を制御する放電時期制御部１１１ｄとを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、天然ガス、都市ガス等の燃料ガスを用いて燃焼運転するガスエンジンは、ノッキングが発生したり失火したりしない最適な燃焼状態を維持し、排気に含まれるＮＯｘ等を抑制するために、使用される燃料ガスの特性に応じて最適な外気（空気）の流量と燃料ガスの流量との比（外気の流量／燃料ガスの流量）（以下、単に「空燃比」という）に調整するガスエンジン制御装置が知られている。
【０００３】
このようなガスエンジン制御装置において、例えば特許文献１のように、ガスエンジンが目標とする回転数、および出力から決定される燃料ガスの流量（以下、単に「燃料ガス流量指令値」という）に、最適な空燃比で外気が混合された給気（以下、単に「混合気」という）の流量（以下、単に「混合気流量指令値」という）を算出し、混合気温度や混合気圧力から算出される混合気の流量（以下、単に「実混合気流量」という）と混合気流量指令値との偏差に基づいて、スロットルバルブの目標開度を設定する空燃比制御行程を備えるものがある。このように、ガスエンジン制御装置によって混合気を適正な空燃比に制御することで、排気中に含まれるＮＯｘ等を抑制するものである。
【０００４】
しかし、一般にガスエンジンは、経時変化によって、点火プラグのプラグギャップが拡大したり、シリンダ内に堆積するスス等によってシリンダの容積が減少したりする。これにより、点火プラグによる混合気への点火性が向上するとともに、ピストンの圧縮行程における燃焼室内の温度が上昇するため、混合気の燃焼が急速になり燃焼時間が短くなる。よって、ピストンが上死点近傍の位置（高圧縮比の状態）にある間に混合気が急速に燃焼するため、燃焼時における燃焼室の圧力、および温度は、経時変化前の燃焼時における燃焼室の圧力、および温度よりも高温、高圧になる。この結果、混合気中の酸素と窒素との反応が促進されＮＯｘの排出量が増加する。
【０００５】
この場合、混合気の空燃比を希薄側に制御し、燃焼時における燃焼室の圧力、および温度の上昇を抑制することで、ＮＯｘの排出量を低減させることができる。一方、混合気が短時間で燃焼を完了するため、排気温度は、経時変化前の排気温度よりも低下する。さらに、混合気の空燃比を希薄側に制御して燃焼時の温度を低下させることで排気温度がさらに低下する。従って、排気の熱によって加熱されている触媒の温度も低下し、触媒がＮＯｘ等を還元する能力が低下する点で不利であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−５７８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は係る課題を鑑みてなされたものであり、経時変化によって混合気への点火性が向上したり、圧縮行程における燃焼室の温度が上昇したりしても、混合気の燃焼時間を一定の時間に制御することができるガスエンジン制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１の発明は、混合気温度を検出する混合気温度検出手段と、混合気圧力を検出する混合気圧力検出手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、排気温度を検出する排気温度検出手段と、エンジンに駆動される負荷装置に投入された負荷からエンジン回転数指令値を決定し、検出されたエンジン回転数と決定されたエンジン回転数指令値との偏差に基づいてスロットル弁の開度を制御するエンジン回転数制御手段と、前記負荷装置に投入された負荷、および決定されたエンジン回転数指令値から混合気流量指令値を決定し、検出された混合気温度、検出された混合気圧力、検出されたエンジン回転数、に基づいて実混合気流量を算出し、決定された混合気流量指令値と算出された実混合気流量との偏差に基づいて燃料ガス制御弁の開度を制御する混合気流量制御手段と、決定された混合気流量指令値から排気温度指令値を決定し、決定された排気温度指令値と検出された排気温度との偏差に基づいて点火プラグが放電する時期を制御する放電時期制御手段と、を具備するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
請求項１においては、燃料ガス制御弁の開度を制御することで混合気流量を制御するとともに、排気温度が所定の温度になるように点火プラグの放電時期を制御することで、混合気の燃焼時間を一定の時間に制御することができる。この結果、経時変化によって混合気への点火性が向上したり、圧縮行程における燃焼室の温度が上昇したりしても、混合気の燃焼時における燃焼室の圧力、および温度の上昇が抑制される。これにより、ガスエンジンから排出されるＮＯｘ濃度を目標ＮＯｘ濃度に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスエンジンの構成を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の制御行程を示すフローチャート図。
【図３】本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置のエンジン回転数制御行程を示すフローチャート図。
【図４】本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の混合気流量制御行程を示すフローチャート図。
【図５】本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の放電時期制御行程を示すフローチャート図。
【図６】（ａ）本発明の一実施形態に係るガスエンジンの経時変化による排気温度の変化を表すグラフを示す図。（ｂ）本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の放電時期制御行程による燃焼時間の変化を表すグラフを示す図。
【図７】（ａ）本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置による放電時期制御行程において排気温度を維持する制御態様を表すグラフを示す図。（ｂ）本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置による放電時期制御行程においてＮＯｘ濃度を維持する制御態様を表すグラフを示す図。
【図８】本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の放電時期制御行程によるＮＯｘ濃度の変化を表すグラフを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図１を用いて、本発明のガスエンジン制御装置の一実施形態に係るガスエンジン制御装置１００と、このガスエンジン制御装置１００を適用した内燃機関であるガスエンジン１とについて説明する。なお、本実施形態における「上流側」とは混合気の流れ方向における上流側を示し、「下流側」とは混合気の流れ方向における下流側を示す。またピストン１３が混合気を圧縮する方向を上方向として上下を規定する。
【００１４】
図１に示すように、ガスエンジン１は、単気筒エンジンまたは多気筒エンジンであり、天然ガス等の燃料ガスを用いて燃焼運転するものである。ガスエンジン１は、主にエンジン本体１０、給気経路２０、排気経路３０、燃料ガス供給経路４０、を具備する。ガスエンジン１は、その図示しない出力軸が外部アプリケーションである発電機５０と連結され、発電機５０を稼動させるように構成される。なお、ガスエンジン１が稼動させる外部アプリケーションは、本実施形態において、発電機５０に限定するものではない。
【００１５】
エンジン本体１０は、その主たる構成部材であるシリンダブロック１１の上部にシリンダヘッド１２が固設される。エンジン本体１０は、シリンダブロック１１に形成されるシリンダ１０ａ内にピストン１３が摺動自在に収納され、シリンダ１０ａ内におけるピストン１３の上側方に燃焼室１４が構成される。シリンダヘッド１２には、給気経路２０と燃焼室１４とを連通又は遮断する給気バルブ１５、燃焼室１４に供給された混合気に着火する点火プラグ１６、および排気経路３０と燃焼室１４とを連通又は遮断する排気バルブ１７が具備される。また、エンジン本体１０には、ピストン１３とコンロッド１８を介して連結されるクランク軸１９が回動自在に支持される。エンジン本体１０は、クランク軸１９によってピストン１３の往復運動を回転運動に変換し、図示しない出力軸を介して発電機５０に出力可能に構成される。
【００１６】
給気経路２０は、エンジン本体１０に、外気と燃料ガスとの混合気を供給するものである。給気経路２０は、給気管２１、ベンチュリ２２、およびスロットル弁２３等を具備する。
【００１７】
給気管２１は、給気経路２０の主たる構造部材である。給気管２１は、一方が給気バルブ１５を介してエンジン本体１０の燃焼室１４と連通され、他方が大気解放される。よって、給気管２１は、外気を燃焼室１４内に供給可能に構成される。給気管２１には、その途中部に燃料ガス供給経路４０が接続される。
【００１８】
ベンチュリ２２は、燃料ガス供給経路４０内の燃料ガスと給気管２１内の空気（外気）との間に差圧を生じさせるものである。ベンチュリ２２は、給気管２１内の燃料ガス供給経路４０の接続部分に備えられる。ベンチュリ２２は、給気管２１内に生じさせた差圧によって燃料ガス供給経路４０内の燃料ガスを給気管２１内に供給可能に構成される。
【００１９】
スロットル弁２３は、混合気の流量を変更するものである。スロットル弁２３は、給気管２１内のベンチュリ２２の下流側方に備えられる。スロットル弁２３は、電動モータ等のアクチュエータにより開閉可能な自動弁から構成される。スロットル弁２３は、その開度を調整することで、エンジン本体１０に供給される混合気の流量を変更することができる。
【００２０】
排気経路３０は、エンジン本体１０から排出される排気を、ＮＯｘの還元処理等を施した後に、外部に排出するものである。排気経路３０は、排気管３１、図示しないフィルタ、および酸化触媒等を具備する。
【００２１】
排気管３１は、排気経路３０の主たる構造部材である。排気管３１は、一方が排気バルブ１７を介してエンジン本体１０の燃焼室１４と連通され、他方が図示しないフィルタ、および酸化触媒等を介して大気解放される。よって、排気管３１は、燃焼室１４内の排気を外部に排出可能に構成される。
【００２２】
燃料ガス供給経路４０は、給気経路２０に燃料ガスを供給するものである。燃料ガス供給経路４０は、燃料ガス供給管４１、燃料ガス制御弁４２等を具備する。
【００２３】
燃料ガス供給管４１は、給気経路２０の主たる構造部材である。燃料ガス供給管４１は、一方が給気経路２０の給気管２１に接続され、他方が燃料ガスを貯蔵している図示しない燃料ガスタンクに接続される。よって、燃料ガス供給管４１は、図示しない燃料ガスタンク内の燃料ガスを給気管２１内に供給可能に構成される。
【００２４】
燃料ガス制御弁４２は、燃料ガスを供給、または供給停止し、燃料ガスの流量を変更するものである。燃料ガス制御弁４２は、燃料ガス供給管４１の途中部に備えられる。燃料ガス制御弁４２は、電動モータ等のアクチュエータにより開閉可能な自動弁から構成される。燃料ガス制御弁４２は、弁の開閉により給気経路２０に燃料ガスを供給、または供給停止し、弁の開度を調整することで供給される燃料ガスの流量を変更することができる。
【００２５】
図１に示すように、ガスエンジン制御装置１００は、ガスエンジン１の運転を制御するものである。ガスエンジン制御装置１００は、主としてＥＣＵ１１０、エンジン回転数検出手段であるエンジン回転数検出センサー１２０、混合気温度検出手段である混合気温度検出センサー１３０、混合気圧力検出手段である混合気圧力検出センサー１４０、および排気温度検出手段である排気温度検出センサー１５０を具備する。
【００２６】
ＥＣＵ１１０は、ガスエンジン１の制御を行うための種々のプログラムや空燃比マップＭ１、排気温度マップＭ２、排気温度Ｔｇと点火プラグ１６が放電するクランク軸１９の角度である放電角度Ｄｅｇとの関係を示す放電角度マップＭ３、充填効率ηｃ、およびガスエンジン１の行程容積Ｖｓ等のデータが格納され、これらのプログラム等を展開することができ、これらのプログラム等に従って所定の演算を行うことができ、当該演算の結果等を記憶することができる。
【００２７】
ＥＣＵ１１０は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。本実施形態においては専用品で達成することも、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。ＥＣＵ１１０は、主として制御部１１１、入力部１１２、出力部１１３、等を具備する。
【００２８】
制御部１１１は、機能的には記憶部１１１ａ、エンジン回転数制御手段であるエンジン回転数制御部１１１ｂ、混合気流量制御手段である混合気流量制御部１１１ｃ、および放電時期制御手段である放電時期制御部１１１ｄを具備する。実体的には、制御部１１１が、記憶部１１１ａに格納されたプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、記憶部１１１ａ、エンジン回転数制御部１１１ｂ、および混合気流量制御部１１１ｃ、および放電時期制御部１１１ｄとしての機能を果たす。
【００２９】
制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、およびエンジン回転数制御部１１１ｂが協働することにより、本発明に係るガスエンジン制御装置１００の実施の一形態を構成する各行程が行われる。制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、および混合気流量制御部１１１ｃが協働することにより、本発明に係るガスエンジン制御装置１００の実施の一形態を構成する各行程が行われる。制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、および放電時期制御部１１１ｄが協働することにより、本発明に係るガスエンジン制御装置１００の実施の一形態を構成する各行程が行われる。
記憶部１１１ａ、エンジン回転数制御部１１１ｂ、混合気流量制御部１１１ｃ、および放電時期制御部１１１ｄのそれぞれの具体的な機能については、後述する。
【００３０】
入力部１１２は、制御部１１１と接続され、制御部１１１にエンジン回転数検出センサー１２０、混合気温度検出センサー１３０、混合気圧力検出センサー１４０、および指令値設定手段である発電機５０からの信号や指令値等が入力されるものである。
【００３１】
出力部１１３は、制御部１１１と接続され、燃料ガス制御弁４２、およびスロットル弁２３、点火プラグ１６に対して制御部１１１からの信号を出力するものである。
【００３２】
エンジン回転数検出センサー１２０は、エンジン回転数Ｎｅを検出するものである。エンジン回転数検出センサー１２０は、ロータリーエンコーダ等から構成され、ガスエンジン１のクランク軸１９に設けられる。また、エンジン回転数検出センサー１２０は、同時にクランク軸１９の角度、すなわちクランク角度を検出することが可能に構成される。なお、エンジン回転数検出センサー１２０は、本実施形態において、ロータリーエンコーダとしているが、これに特に限定するものではなく、エンジン回転数Ｎｅ、およびクランク角度を検出することができるものであればよい。
【００３３】
混合気温度検出センサー１３０は、混合気温度Ｔｍｉｘを検出するものである。混合気温度検出センサー１３０は、給気管２１の途中部であってスロットル弁２３よりも下流側に配置される。なお、混合気温度検出センサー１３０を配置する位置や混合気温度検出センサー１３０の数は、本実施形態において、特に限定するものではなく、混合気温度Ｔｍｉｘを適宜検出することができる構成であればよい。
【００３４】
混合気圧力検出センサー１４０は、混合気圧力Ｐｍｉｘを検出するものである。混合気圧力検出センサー１４０は、給気管２１の途中部であって混合気温度検出センサー１３０の近傍に配置される。なお、混合気圧力検出センサー１４０を配置する位置や混合気圧力検出センサー１４０の数は、本実施形態において、特に限定するものではなく、混合気圧力Ｐｍｉｘを適宜検出することができる構成であればよい。
【００３５】
排気温度検出センサー１５０は、排気温度Ｔｇを検出するものである。排気温度検出センサー１５０は、排気管３１の途中部に配置される。なお、排気温度検出センサー１５０を配置する位置や排気温度検出センサー１５０の数は、本実施形態において、特に限定するものではなく、排気温度Ｔｇを適宜検出することができる構成であればよい。
【００３６】
図１に示すように、ＥＣＵ１１０の入力部１１２は、エンジン回転数検出センサー１２０と接続され、エンジン回転数検出センサー１２０が検出するエンジン回転数Ｎｅ、およびクランク角度を取得することが可能である。
【００３７】
ＥＣＵ１１０の入力部１１２は、混合気温度検出センサー１３０と接続され、混合気温度検出センサー１３０が検出する混合気温度Ｔｍｉｘを取得することが可能である。
【００３８】
ＥＣＵ１１０の入力部１１２は、混合気圧力検出センサー１４０と接続され、混合気圧力検出センサー１４０が検出する混合気圧力Ｐｍｉｘを取得することが可能である。
【００３９】
ＥＣＵ１１０の入力部１１２は、排気温度検出センサー１５０と接続され、排気温度検出センサー１５０が検出する排気温度Ｔｇを取得することが可能である。
【００４０】
ＥＣＵ１１０の入力部１１２は、負荷装置である発電機５０と接続され、発電機５０に投入された負荷Ｌｄを取得することが可能である。
【００４１】
ＥＣＵ１１０の出力部１１３は、図示しない点火装置を介して点火プラグ１６と接続され、点火プラグ１６の放電信号を送信することが可能である。
【００４２】
ＥＣＵ１１０の出力部１１３は、スロットル弁２３と接続され、スロットル弁２３の開度の設定信号を送信することが可能である。
【００４３】
ＥＣＵ１１０の出力部１１３は、燃料ガス制御弁４２と接続され、燃料ガス制御弁４２の開度の設定信号を送信することが可能である。
【００４４】
以下では、図２、図３、図４、および図５を用いて、本発明に係るガスエンジン制御装置１００の制御態様について説明する。
【００４５】
図２に示すように、本発明に係るガスエンジン制御装置１００の制御態様は、エンジン回転数制御行程Ａ、混合気流量制御行程Ｂ、および点火時期制御行程Ｃから構成される。
【００４６】
エンジン回転数制御行程Ａは、制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、およびエンジン回転数制御部１１１ｂが協働することにより、負荷Ｌｄからエンジン回転数指令値ＮｅＯを決定し、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数指令値ＮｅＯとの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度を制御する行程である。
【００４７】
混合気流量制御行程Ｂは、制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、および混合気流量制御部１１１ｃが協働することにより、負荷Ｌｄ、およびエンジン回転数指令値ＮｅＯから混合気流量指令値ＱｍｉｘＯを決定する。次に、混合気温度Ｔｍｉｘ、および０℃における混合気粘度μ０に基づいて以下の数１に示す混合気粘度μＴｍｉｘを算出する。さらに、算出した混合気粘度μＴｍｉｘ、混合気温度Ｔｍｉｘ、混合気圧力Ｐｍｉｘ、エンジン回転数Ｎｅ、充填効率ηｃ、および行程容積Ｖｓに基づいて以下の数２に示す粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを算出する。そして、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁４２の開度を制御する行程である。
【００４８】
点火時期制御行程Ｃは、制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、および放電時期制御部１１１ｄが協働することにより、排気温度指令値ＴｇＯと排気温度Ｔｇとの偏差に基づいて点火プラグ１６が放電する時期を補正する行程である。
【数１】
【数２】
【００４９】
以下では、ＥＣＵ１１０によるスロットル弁２３と燃料ガス制御弁４２と点火プラグ１６との制御態様について説明する。
【００５０】
ステップＳ１００において、ＥＣＵ１１０は、エンジン回転数制御行程Ａを開始して、制御段階をステップＳ１１０（図３参照）へ移行する。
図３に示すように、ステップＳ１１０において、ＥＣＵ１１０は、入力部１１２によって、負荷装置である発電機５０に投入された負荷Ｌｄ、およびエンジン回転数検出センサー１２０が検出するエンジン回転数Ｎｅを取得する。ＥＣＵ１１０は、入力部１１２が取得した負荷Ｌｄ、およびエンジン回転数Ｎｅを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ１２０へ移行する。
【００５１】
ステップＳ１２０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している負荷Ｌｄと空燃比マップＭ１とに基づいてエンジン回転数指令値ＮｅＯを決定する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂが決定したエンジン回転数指令値ＮｅＯを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ１３０へ移行する。
【００５２】
ステップＳ１３０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶しているエンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯと等しいか否か判定する。
その結果、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯと等しいと判定した場合、ＥＣＵ１１０はエンジン回転数制御行程Ａを終了して、制御段階をステップＳ２００（図２参照）へ移行する。
また、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯと等しくないと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ１４０へ移行する。
【００５３】
ステップＳ１４０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶しているエンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯより大きいか否か判定する。
その結果、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯより大きいと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ１５０へ移行する。
また、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯより小さいと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ１６０へ移行する。
【００５４】
ステップＳ１５０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶しているエンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数指令値ＮｅＯとの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度補正量ＳｖＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、出力部１１３を介してスロットル弁２３の開度を開度補正量ＳｖＨだけ減少するように制御した後、エンジン回転数制御行程Ａを終了して、制御段階をステップＳ２００（図２参照）へ移行する。
【００５５】
ステップＳ１６０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶しているエンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数指令値ＮｅＯとの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度補正量ＳｖＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、出力部１１３を介してスロットル弁２３の開度を開度補正量ＳｖＨだけ増加するように制御した後、エンジン回転数制御行程Ａを終了して、制御段階をステップＳ２００（図２参照）へ移行する。
【００５６】
図２に示すように、ステップＳ２００において、ＥＣＵ１１０は、混合気流量制御行程Ｂを開始して、制御段階をステップＳ２１０（図４参照）へ移行する。
【００５７】
図４に示すように、ステップＳ２１０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している負荷Ｌｄとエンジン回転数指令値ＮｅＯと空燃比マップＭ１とに基づいて混合気流量指令値ＱｍｉｘＯを決定する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃが決定した混合気流量指令値ＱｍｉｘＯを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ２２０へ移行する。
【００５８】
ステップＳ２２０において、ＥＣＵ１１０は、入力部１１２によって、エンジン回転数検出センサー１２０が検出するエンジン回転数Ｎｅ、混合気温度検出センサー１３０が検出する混合気温度Ｔｍｉｘ、および混合気圧力検出センサー１４０が検出する混合気圧力Ｐｍｉｘを取得する。ＥＣＵ１１０は、入力部１１２が取得したエンジン回転数Ｎｅ、混合気温度Ｔｍｉｘ、および混合気圧力Ｐｍｉｘを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ２３０へ移行する。
【００５９】
ステップＳ２３０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶しているエンジン回転数Ｎｅ、混合気温度Ｔｍｉｘ、および０℃における混合気粘度μ０に基づいて前述の数１に示す混合気粘度μＴｍｉｘを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃが算出した混合気粘度μＴｍｉｘを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ２４０へ移行する。
【００６０】
ステップＳ２４０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している混合気粘度μＴｍｉｘ、エンジン回転数Ｎｅ、混合気温度Ｔｍｉｘ、混合気圧力Ｐｍｉｘ、充填効率ηｃ、および行程容積Ｖｓに基づいて前述の数２に示す粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃが算出した粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ２５０へ移行する。
【００６１】
ステップＳ２５０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと等しいか否か判定する。
その結果、粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと等しいと判定した場合、ＥＣＵ１１０は混合気流量制御行程Ｂを終了して、制御段階をステップＳ３００（図２参照）へ移行する。
また、粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと等しくないと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ２６０へ移行する。
【００６２】
ステップＳ２６０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯより大きいか否か判定する。
その結果、粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯより大きいと判定した場合、すなわち、混合気を構成する燃料ガスの流量と外気（空気）の流量との割合（空燃比）が適正値に対して過少（リーン側）であり、必要な燃料ガスの流量を維持するために混合気流量が増加している場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ２７０へ移行する。
また、粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯより小さいと判定した場合、すなわち、混合気を構成する燃料ガスの流量と外気（空気）の流量との割合（空燃比）が適正値に対して過大（リッチ側）であり、必要な燃料ガスの流量を維持するために混合気流量が減少している場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ２８０へ移行する。
【００６３】
ステップＳ２７０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲと混合気流量指令値ＱｍｉｘＯとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁４２の開度補正量ＦｖＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、出力部１１３を介して燃料ガス制御弁４２の開度を開度補正量ＦｖＨだけ増加するように制御した後、混合気流量制御行程Ｂを終了して、制御段階をステップＳ３００（図２参照）へ移行する。
【００６４】
ステップＳ２８０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲと混合気流量指令値ＱｍｉｘＯとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁４２の開度補正量ＦｖＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、出力部１１３を介して燃料ガス制御弁４２の開度を開度補正量ＦｖＨだけ減少するように制御した後、混合気流量制御行程Ｂを終了して、制御段階をステップＳ３００（図２参照）へ移行する。
【００６５】
図２に示すように、ステップＳ３００において、ＥＣＵ１１０は、点火時期制御行程Ｃを開始して、制御段階をステップＳ３１０（図５参照）へ移行する。
【００６６】
図５に示すように、ステップＳ３１０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと排気温度マップＭ２とに基づいて排気温度指令値ＴｇＯ（排気温度目標値）を決定する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって決定された排気温度指令値ＴｇＯを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ３２０へ移行する。
【００６７】
ステップＳ３２０において、ＥＣＵ１１０は、入力部１１２によって、エンジン回転数検出センサー１２０が検出するクランク角度を取得する。そして、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、前記クランク角度が制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している放電角度Ｄｅｇと一致する時、出力部１１３、および図示しない点火装置を介して、点火プラグ１６に放電させた後、制御段階をステップＳ３３０へ移行する。
【００６８】
ステップＳ３３０において、ＥＣＵ１１０は、入力部１１２によって、排気温度検出センサー１５０が検出する排気温度Ｔｇを取得する。ＥＣＵ１１０は、入力部１１２が取得した排気温度Ｔｇを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ３４０へ移行する。
【００６９】
ステップＳ３４０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯと等しいか否か判定する。
その結果、排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯと等しいと判定した場合、ＥＣＵ１１０は点火時期制御行程Ｃを終了して、制御段階をステップＳ１００（図２参照）へ繰り返し移行する。
また、排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯと等しくないと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ３５０へ移行する。
【００７０】
ステップＳ３５０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯよりも小さいか否か判定する。
その結果、排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯよりも小さいと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ３６０へ移行する。
また、排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯよりも小さくないと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ３７０へ移行する。
【００７１】
ステップＳ３６０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、記憶部１１１ａが記憶している排気温度Ｔｇと排気温度指令値ＴｇＯとの偏差、および放電角度マップＭ３に基づいて放電角度Ｄｅｇの角度補正量ＤｅｇＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、出力部１１３を介して放電角度Ｄｅｇを角度補正量ＤｅｇＨだけ進角するように補正した後、点火時期制御行程Ｃを終了して、制御段階をステップＳ１００（図２参照）へ繰り返し移行する。
【００７２】
ステップＳ３７０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、記憶部１１１ａが記憶している排気温度Ｔｇと排気温度指令値ＴｇＯとの偏差、および放電角度マップＭ３に基づいて放電角度Ｄｅｇの角度補正量ＤｅｇＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、出力部１１３を介して放電角度Ｄｅｇを角度補正量ＤｅｇＨだけ遅角するように補正した後、点火時期制御行程Ｃを終了して、制御段階をステップＳ１００（図２参照）へ繰り返し移行する。
【００７３】
上記の如く、ガスエンジン制御装置１００は、図６（ａ）に示すように、経時変化により点火プラグ１６のプラグギャップが拡大した状態で混合気を燃焼させた場合の排気温度Ｔｇと、経時変化前のプラグギャップが拡大していない状態で混合気を燃焼させた場合の排気温度Ｔｇとが略同一になるよう放電時期制御を行う。これにより、図６（ｂ）に示すように、経時変化により点火プラグ１６のプラグギャップが拡大した状態で混合気を燃焼させた場合の混合気の燃焼時間である燃焼質量割合（１０％−９０％）（混合気中の燃料ガス質量の１０％が燃焼してから９０％が燃焼するまでクランク角度）が、経時変化前のプラグギャップが拡大していない状態で混合気を燃焼させた場合の燃焼質量割合（１０％−９０％）と略同一にすることができる。
【００７４】
従って、図７（ａ）に示すように、放電角度ＤｅｇをＤｅｇ０とするガスエンジン１は、経時変化により混合気の燃焼時間が短縮されることから、Ｘ時間運転後の排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯからＴｇＸに低下する。この際、燃焼時における燃焼室１４の圧力、および温度は、経時変化による混合気の急速な燃焼によって、経時変化前の燃焼時における燃焼室１４の圧力、および温度よりも高温、高圧になる。この結果、混合気中の酸素と窒素との反応が促進され、図７（ｂ）に示すように、Ｘ時間運転後のガスエンジン１の排気に含まれるＮＯｘ濃度Ｄｓは、目標ＮＯｘ濃度ＤｓＴからＤｓＸまで増加する。
ここで、ガスエンジン制御装置１００は、図７（ａ）に示すように、排気温度ＴｇがＴｇＸから排気温度指令値ＴｇＯまで上昇するように、点火プラグ１６の放電角度Ｄｅｇを遅角してＤｅｇＸとする。これに伴い、Ｘ時間運転後の燃焼質量割合（１０％−９０％）が経時変化前の燃焼質量割合（１０％−９０％）と略同一になることで、混合気の燃焼時における燃焼室１４の圧力、および温度が低下し、図７（ｂ）に示すように、ＮＯｘ濃度Ｄｓは、ＤｓＸから目標ＮＯｘ濃度ＤｓＴまで低下させることができる。
【００７５】
続いて、図７（ａ）に示すように、放電角度ＤｅｇをＤｅｇＸとするガスエンジン１は、Ｙ時間運転後の排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯからＴｇＹに低下する。この際、図７（ｂ）に示すように、Ｙ時間運転後のガスエンジン１の排気に含まれるＮＯｘ濃度Ｄｓは、目標ＮＯｘ濃度ＤｓＴからＤｓＹまで増加する。
ここで、ガスエンジン制御装置１００は、図７（ａ）に示すように、排気温度ＴｇがＴｇＹから排気温度指令値ＴｇＯまで上昇するように、放電角度Ｄｅｇをさらに遅角してＤｅｇＹとする。これに伴い、Ｙ時間運転後の燃焼質量割合（１０％−９０％）が経時変化前の燃焼質量割合（１０％−９０％）と略同一になることで、図７（ｂ）に示すように、ＮＯｘ濃度Ｄｓは、ＤｓＹから目標ＮＯｘ濃度ＤｓＴまで低下させることができる。
【００７６】
よって、図８に示すように、ガスエンジン制御装置１００は、各正味平均有効圧力（各エンジン出力）において、経時変化により点火プラグ１６のプラグギャップが拡大しても、適正な空燃比の混合気が燃焼され、かつその排気温度Ｔｇに基づいて放電角度Ｄｅｇが変更されるので、ガスエンジン１から排出されるＮＯｘ濃度は経時変化前と略同一に維持される。
【００７７】
以上のごとく、本実施形態に係るガスエンジン制御装置１００は、混合気温度Ｔｍｉｘを検出する混合気温度検出手段である混合気温度検出センサー１３０と、混合気圧力Ｐｍｉｘを検出する混合気圧力検出手段である混合気圧力検出センサー１４０と、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数検出手段であるエンジン回転数検出センサー１２０と、排気温度Ｔｇを検出する排気温度検出手段である排気温度検出センサー１５０と、ガスエンジン１に駆動される負荷装置である発電機５０に投入された負荷Ｌｄからエンジン回転数指令値ＮｅＯを決定し、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数指令値ＮｅＯとの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度を制御するエンジン回転数制御手段であるエンジン回転数制御部１１１ｂと、負荷Ｌｄ、およびエンジン回転数指令値ＮｅＯから混合気流量指令値ＱｍｉｘＯを決定し、混合気温度Ｔｍｉｘ、混合気圧力Ｐｍｉｘ、エンジン回転数Ｎｅ、に基づいて粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを算出し、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁４２の開度を制御する混合気流量制御手段である混合気流量制御部１１１ｃと、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯから排気温度指令値ＴｇＯを決定し、排気温度指令値ＴｇＯと排気温度Ｔｇとの偏差に基づいて点火プラグ１６が放電する時期を制御する放電時期制御手段である放電時期制御部１１１ｄと、を具備するものである。
【００７８】
このように構成することにより、燃料ガス制御弁４２の開度ＦｖＯを制御することで粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを制御するともに、、排気温度Ｔｇが所定の温度になるように放電時期である放電角度Ｄｅｇを調整することで、混合気の燃焼時間である燃焼質量割合（１０％−９０％）を一定の値に制御することができる。この結果、経時変化によって混合気への点火性が向上したり、圧縮行程における燃焼室１４の温度が上昇したりしても、混合気の燃焼時における燃焼室１４の圧力、および温度の上昇が抑制される。これにより、ガスエンジン１から排出されるＮＯｘ濃度を目標ＮＯｘ濃度ＤｓＴに維持することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１ ガスエンジン
２３ スロットル弁
４２ 燃料ガス制御弁
５０ 発電機
１００ ガスエンジン制御装置
１２０ エンジン回転数検出センサー
１３０ 混合気温度検出センサー
１４０ 混合気圧力検出センサー
１５０ 排気温度検出センサー
Ｎｅ エンジン回転数
Ｔｍｉｘ 混合気温度
Ｐｍｉｘ 混合気圧力
Ｔｇ 排気温度
Ｌｄ 負荷
ＴｇＯ 排気温度指令値
ＬｄＯ エンジン出力指令値
ＮｅＯ エンジン回転数指令値
ＧｓＯ 燃料ガス流量指令値
ＱｍｉｘＯ 混合気流量指令値
ＱｍｉｘＲ 粘度補正実混合気流量
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジン制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、天然ガス、都市ガス等の燃料ガスを用いて燃焼運転するガスエンジンは、ノッキングが発生したり失火したりしない最適な燃焼状態を維持し、排気に含まれるＮＯｘ等を抑制するために、使用される燃料ガスの特性に応じて最適な外気（空気）の流量と燃料ガスの流量との比（外気の流量／燃料ガスの流量）（以下、単に「空燃比」という）に調整するガスエンジン制御装置が知られている。
【０００３】
このようなガスエンジン制御装置において、例えば特許文献１のように、ガスエンジンが目標とする回転数、および出力から決定される燃料ガスの流量（以下、単に「燃料ガス流量指令値」という）に、最適な空燃比で外気が混合された給気（以下、単に「混合気」という）の流量（以下、単に「混合気流量指令値」という）を算出し、混合気温度や混合気圧力から算出される混合気の流量（以下、単に「実混合気流量」という）と混合気流量指令値との偏差に基づいて、スロットルバルブの目標開度を設定する空燃比制御行程を備えるものがある。このように、ガスエンジン制御装置によって混合気を適正な空燃比に制御することで、排気中に含まれるＮＯｘ等を抑制するものである。
【０００４】
しかし、一般にガスエンジンは、経時変化によって、点火プラグのプラグギャップが拡大したり、シリンダ内に堆積するスス等によってシリンダの容積が減少したりする。これにより、点火プラグによる混合気への点火性が向上するとともに、ピストンの圧縮行程における燃焼室内の温度が上昇するため、混合気の燃焼が急速になり燃焼時間が短くなる。よって、ピストンが上死点近傍の位置（高圧縮比の状態）にある間に混合気が急速に燃焼するため、燃焼時における燃焼室の圧力、および温度は、経時変化前の燃焼時における燃焼室の圧力、および温度よりも高温、高圧になる。この結果、混合気中の酸素と窒素との反応が促進されＮＯｘの排出量が増加する。
【０００５】
この場合、混合気の空燃比を希薄側に制御し、燃焼時における燃焼室の圧力、および温度の上昇を抑制することで、ＮＯｘの排出量を低減させることができる。一方、混合気が短時間で燃焼を完了するため、排気温度は、経時変化前の排気温度よりも低下する。さらに、混合気の空燃比を希薄側に制御して燃焼時の温度を低下させることで排気温度がさらに低下する。従って、排気の熱によって加熱されている触媒の温度も低下し、触媒がＮＯｘ等を還元する能力が低下する点で不利であった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００９−５７８７２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は係る課題を鑑みてなされたものであり、経時変化によって混合気への点火性が向上したり、圧縮行程における燃焼室の温度が上昇したりしても、混合気の燃焼時間を一定の時間に制御することができるガスエンジン制御装置の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【０００９】
即ち、請求項１の発明は、混合気温度を検出する混合気温度検出手段と、混合気圧力を検出する混合気圧力検出手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、排気温度を検出する排気温度検出手段と、エンジンに駆動される負荷装置に投入された負荷からエンジン回転数指令値を決定し、検出されたエンジン回転数と決定されたエンジン回転数指令値との偏差に基づいてスロットル弁の開度を制御するエンジン回転数制御手段と、前記負荷装置に投入された負荷、および決定されたエンジン回転数指令値から混合気流量指令値を決定し、検出された混合気温度、検出された混合気圧力、検出されたエンジン回転数、に基づいて実混合気流量を算出し、決定された混合気流量指令値と算出された実混合気流量との偏差に基づいて燃料ガス制御弁の開度を制御する混合気流量制御手段と、決定された混合気流量指令値から排気温度指令値を決定し、決定された排気温度指令値と検出された排気温度との偏差に基づいて点火プラグが放電する時期を制御する放電時期制御手段と、を具備するものである。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【００１１】
請求項１においては、燃料ガス制御弁の開度を制御することで混合気流量を制御するとともに、排気温度が所定の温度になるように点火プラグの放電時期を制御することで、混合気の燃焼時間を一定の時間に制御することができる。この結果、経時変化によって混合気への点火性が向上したり、圧縮行程における燃焼室の温度が上昇したりしても、混合気の燃焼時における燃焼室の圧力、および温度の上昇が抑制される。これにより、ガスエンジンから排出されるＮＯｘ濃度を目標ＮＯｘ濃度に維持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の一実施形態に係るガスエンジンの構成を示す図。
【図２】本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の制御行程を示すフローチャート図。
【図３】本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置のエンジン回転数制御行程を示すフローチャート図。
【図４】本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の混合気流量制御行程を示すフローチャート図。
【図５】本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の放電時期制御行程を示すフローチャート図。
【図６】（ａ）本発明の一実施形態に係るガスエンジンの経時変化による排気温度の変化を表すグラフを示す図。（ｂ）本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の放電時期制御行程による燃焼時間の変化を表すグラフを示す図。
【図７】（ａ）本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置による放電時期制御行程において排気温度を維持する制御態様を表すグラフを示す図。（ｂ）本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置による放電時期制御行程においてＮＯｘ濃度を維持する制御態様を表すグラフを示す図。
【図８】本発明の一実施形態に係るガスエンジン制御装置の放電時期制御行程によるＮＯｘ濃度の変化を表すグラフを示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、図１を用いて、本発明のガスエンジン制御装置の一実施形態に係るガスエンジン制御装置１００と、このガスエンジン制御装置１００を適用した内燃機関であるガスエンジン１とについて説明する。なお、本実施形態における「上流側」とは混合気の流れ方向における上流側を示し、「下流側」とは混合気の流れ方向における下流側を示す。またピストン１３が混合気を圧縮する方向を上方向として上下を規定する。
【００１４】
図１に示すように、ガスエンジン１は、単気筒エンジンまたは多気筒エンジンであり、天然ガス等の燃料ガスを用いて燃焼運転するものである。ガスエンジン１は、主にエンジン本体１０、給気経路２０、排気経路３０、燃料ガス供給経路４０、を具備する。ガスエンジン１は、その図示しない出力軸が外部アプリケーションである発電機５０と連結され、発電機５０を稼動させるように構成される。なお、ガスエンジン１が稼動させる外部アプリケーションは、本実施形態において、発電機５０に限定するものではない。
【００１５】
エンジン本体１０は、その主たる構成部材であるシリンダブロック１１の上部にシリンダヘッド１２が固設される。エンジン本体１０は、シリンダブロック１１に形成されるシリンダ１０ａ内にピストン１３が摺動自在に収納され、シリンダ１０ａ内におけるピストン１３の上側方に燃焼室１４が構成される。シリンダヘッド１２には、給気経路２０と燃焼室１４とを連通又は遮断する給気バルブ１５、燃焼室１４に供給された混合気に着火する点火プラグ１６、および排気経路３０と燃焼室１４とを連通又は遮断する排気バルブ１７が具備される。また、エンジン本体１０には、ピストン１３とコンロッド１８を介して連結されるクランク軸１９が回動自在に支持される。エンジン本体１０は、クランク軸１９によってピストン１３の往復運動を回転運動に変換し、図示しない出力軸を介して発電機５０に出力可能に構成される。
【００１６】
給気経路２０は、エンジン本体１０に、外気と燃料ガスとの混合気を供給するものである。給気経路２０は、給気管２１、ベンチュリ２２、およびスロットル弁２３等を具備する。
【００１７】
給気管２１は、給気経路２０の主たる構造部材である。給気管２１は、一方が給気バルブ１５を介してエンジン本体１０の燃焼室１４と連通され、他方が大気解放される。よって、給気管２１は、外気を燃焼室１４内に供給可能に構成される。給気管２１には、その途中部に燃料ガス供給経路４０が接続される。
【００１８】
ベンチュリ２２は、燃料ガス供給経路４０内の燃料ガスと給気管２１内の空気（外気）との間に差圧を生じさせるものである。ベンチュリ２２は、給気管２１内の燃料ガス供給経路４０の接続部分に備えられる。ベンチュリ２２は、給気管２１内に生じさせた差圧によって燃料ガス供給経路４０内の燃料ガスを給気管２１内に供給可能に構成される。
【００１９】
スロットル弁２３は、混合気の流量を変更するものである。スロットル弁２３は、給気管２１内のベンチュリ２２の下流側方に備えられる。スロットル弁２３は、電動モータ等のアクチュエータにより開閉可能な自動弁から構成される。スロットル弁２３は、その開度を調整することで、エンジン本体１０に供給される混合気の流量を変更することができる。
【００２０】
排気経路３０は、エンジン本体１０から排出される排気を、ＮＯｘの還元処理等を施した後に、外部に排出するものである。排気経路３０は、排気管３１、図示しないフィルタ、および酸化触媒等を具備する。
【００２１】
排気管３１は、排気経路３０の主たる構造部材である。排気管３１は、一方が排気バルブ１７を介してエンジン本体１０の燃焼室１４と連通され、他方が図示しないフィルタ、および酸化触媒等を介して大気解放される。よって、排気管３１は、燃焼室１４内の排気を外部に排出可能に構成される。
【００２２】
燃料ガス供給経路４０は、給気経路２０に燃料ガスを供給するものである。燃料ガス供給経路４０は、燃料ガス供給管４１、燃料ガス制御弁４２等を具備する。
【００２３】
燃料ガス供給管４１は、給気経路２０の主たる構造部材である。燃料ガス供給管４１は、一方が給気経路２０の給気管２１に接続され、他方が燃料ガスを貯蔵している図示しない燃料ガスタンクに接続される。よって、燃料ガス供給管４１は、図示しない燃料ガスタンク内の燃料ガスを給気管２１内に供給可能に構成される。
【００２４】
燃料ガス制御弁４２は、燃料ガスを供給、または供給停止し、燃料ガスの流量を変更するものである。燃料ガス制御弁４２は、燃料ガス供給管４１の途中部に備えられる。燃料ガス制御弁４２は、電動モータ等のアクチュエータにより開閉可能な自動弁から構成される。燃料ガス制御弁４２は、弁の開閉により給気経路２０に燃料ガスを供給、または供給停止し、弁の開度を調整することで供給される燃料ガスの流量を変更することができる。
【００２５】
図１に示すように、ガスエンジン制御装置１００は、ガスエンジン１の運転を制御するものである。ガスエンジン制御装置１００は、主としてＥＣＵ１１０、エンジン回転数検出手段であるエンジン回転数検出センサー１２０、混合気温度検出手段である混合気温度検出センサー１３０、混合気圧力検出手段である混合気圧力検出センサー１４０、および排気温度検出手段である排気温度検出センサー１５０を具備する。
【００２６】
ＥＣＵ１１０は、ガスエンジン１の制御を行うための種々のプログラムや空燃比マップＭ１、排気温度マップＭ２、排気温度Ｔｇと点火プラグ１６が放電するクランク軸１９の角度である放電角度Ｄｅｇとの関係を示す放電角度マップＭ３、充填効率ηｃ、およびガスエンジン１の行程容積Ｖｓ等のデータが格納され、これらのプログラム等を展開することができ、これらのプログラム等に従って所定の演算を行うことができ、当該演算の結果等を記憶することができる。
【００２７】
ＥＣＵ１１０は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩ等からなる構成であってもよい。本実施形態においては専用品で達成することも、市販のパーソナルコンピュータやワークステーション等に上記プログラム等を格納したもので達成することも可能である。ＥＣＵ１１０は、主として制御部１１１、入力部１１２、出力部１１３、等を具備する。
【００２８】
制御部１１１は、機能的には記憶部１１１ａ、エンジン回転数制御手段であるエンジン回転数制御部１１１ｂ、混合気流量制御手段である混合気流量制御部１１１ｃ、および放電時期制御手段である放電時期制御部１１１ｄを具備する。実体的には、制御部１１１が、記憶部１１１ａに格納されたプログラムに従って所定の演算等を行うことにより、記憶部１１１ａ、エンジン回転数制御部１１１ｂ、および混合気流量制御部１１１ｃ、および放電時期制御部１１１ｄとしての機能を果たす。
【００２９】
制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、およびエンジン回転数制御部１１１ｂが協働することにより、本発明に係るガスエンジン制御装置１００の実施の一形態を構成する各行程が行われる。制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、および混合気流量制御部１１１ｃが協働することにより、本発明に係るガスエンジン制御装置１００の実施の一形態を構成する各行程が行われる。制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、および放電時期制御部１１１ｄが協働することにより、本発明に係るガスエンジン制御装置１００の実施の一形態を構成する各行程が行われる。
記憶部１１１ａ、エンジン回転数制御部１１１ｂ、混合気流量制御部１１１ｃ、および放電時期制御部１１１ｄのそれぞれの具体的な機能については、後述する。
【００３０】
入力部１１２は、制御部１１１と接続され、制御部１１１にエンジン回転数検出センサー１２０、混合気温度検出センサー１３０、混合気圧力検出センサー１４０、および指令値設定手段である発電機５０からの信号や指令値等が入力されるものである。
【００３１】
出力部１１３は、制御部１１１と接続され、燃料ガス制御弁４２、およびスロットル弁２３、点火プラグ１６に対して制御部１１１からの信号を出力するものである。
【００３２】
エンジン回転数検出センサー１２０は、エンジン回転数Ｎｅを検出するものである。エンジン回転数検出センサー１２０は、ロータリーエンコーダ等から構成され、ガスエンジン１のクランク軸１９に設けられる。また、エンジン回転数検出センサー１２０は、同時にクランク軸１９の角度、すなわちクランク角度を検出することが可能に構成される。なお、エンジン回転数検出センサー１２０は、本実施形態において、ロータリーエンコーダとしているが、これに特に限定するものではなく、エンジン回転数Ｎｅ、およびクランク角度を検出することができるものであればよい。
【００３３】
混合気温度検出センサー１３０は、混合気温度Ｔｍｉｘを検出するものである。混合気温度検出センサー１３０は、給気管２１の途中部であってスロットル弁２３よりも下流側に配置される。なお、混合気温度検出センサー１３０を配置する位置や混合気温度検出センサー１３０の数は、本実施形態において、特に限定するものではなく、混合気温度Ｔｍｉｘを適宜検出することができる構成であればよい。
【００３４】
混合気圧力検出センサー１４０は、混合気圧力Ｐｍｉｘを検出するものである。混合気圧力検出センサー１４０は、給気管２１の途中部であって混合気温度検出センサー１３０の近傍に配置される。なお、混合気圧力検出センサー１４０を配置する位置や混合気圧力検出センサー１４０の数は、本実施形態において、特に限定するものではなく、混合気圧力Ｐｍｉｘを適宜検出することができる構成であればよい。
【００３５】
排気温度検出センサー１５０は、排気温度Ｔｇを検出するものである。排気温度検出センサー１５０は、排気管３１の途中部に配置される。なお、排気温度検出センサー１５０を配置する位置や排気温度検出センサー１５０の数は、本実施形態において、特に限定するものではなく、排気温度Ｔｇを適宜検出することができる構成であればよい。
【００３６】
図１に示すように、ＥＣＵ１１０の入力部１１２は、エンジン回転数検出センサー１２０と接続され、エンジン回転数検出センサー１２０が検出するエンジン回転数Ｎｅ、およびクランク角度を取得することが可能である。
【００３７】
ＥＣＵ１１０の入力部１１２は、混合気温度検出センサー１３０と接続され、混合気温度検出センサー１３０が検出する混合気温度Ｔｍｉｘを取得することが可能である。
【００３８】
ＥＣＵ１１０の入力部１１２は、混合気圧力検出センサー１４０と接続され、混合気圧力検出センサー１４０が検出する混合気圧力Ｐｍｉｘを取得することが可能である。
【００３９】
ＥＣＵ１１０の入力部１１２は、排気温度検出センサー１５０と接続され、排気温度検出センサー１５０が検出する排気温度Ｔｇを取得することが可能である。
【００４０】
ＥＣＵ１１０の入力部１１２は、負荷装置である発電機５０と接続され、発電機５０に投入された負荷Ｌｄを取得することが可能である。
【００４１】
ＥＣＵ１１０の出力部１１３は、図示しない点火装置を介して点火プラグ１６と接続され、点火プラグ１６の放電信号を送信することが可能である。
【００４２】
ＥＣＵ１１０の出力部１１３は、スロットル弁２３と接続され、スロットル弁２３の開度の設定信号を送信することが可能である。
【００４３】
ＥＣＵ１１０の出力部１１３は、燃料ガス制御弁４２と接続され、燃料ガス制御弁４２の開度の設定信号を送信することが可能である。
【００４４】
以下では、図２、図３、図４、および図５を用いて、本発明に係るガスエンジン制御装置１００の制御態様について説明する。
【００４５】
図２に示すように、本発明に係るガスエンジン制御装置１００の制御態様は、エンジン回転数制御行程Ａ、混合気流量制御行程Ｂ、および点火時期制御行程Ｃから構成される。
【００４６】
エンジン回転数制御行程Ａは、制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、およびエンジン回転数制御部１１１ｂが協働することにより、負荷Ｌｄからエンジン回転数指令値ＮｅＯを決定し、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数指令値ＮｅＯとの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度を制御する行程である。
【００４７】
混合気流量制御行程Ｂは、制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、および混合気流量制御部１１１ｃが協働することにより、負荷Ｌｄ、およびエンジン回転数指令値ＮｅＯから混合気流量指令値ＱｍｉｘＯを決定する。次に、混合気温度Ｔｍｉｘ、および０℃における混合気粘度μ０に基づいて以下の数１に示す混合気粘度μＴｍｉｘを算出する。さらに、算出した混合気粘度μＴｍｉｘ、混合気温度Ｔｍｉｘ、混合気圧力Ｐｍｉｘ、エンジン回転数Ｎｅ、充填効率ηｃ、および行程容積Ｖｓに基づいて以下の数２に示す粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを算出する。そして、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁４２の開度を制御する行程である。
【００４８】
点火時期制御行程Ｃは、制御部１１１のうち、記憶部１１１ａ、および放電時期制御部１１１ｄが協働することにより、排気温度指令値ＴｇＯと排気温度Ｔｇとの偏差に基づいて点火プラグ１６が放電する時期を補正する行程である。
【数１】
【数２】
【００４９】
以下では、ＥＣＵ１１０によるスロットル弁２３と燃料ガス制御弁４２と点火プラグ１６との制御態様について説明する。
【００５０】
ステップＳ１００において、ＥＣＵ１１０は、エンジン回転数制御行程Ａを開始して、制御段階をステップＳ１１０（図３参照）へ移行する。
図３に示すように、ステップＳ１１０において、ＥＣＵ１１０は、入力部１１２によって、負荷装置である発電機５０に投入された負荷Ｌｄ、およびエンジン回転数検出センサー１２０が検出するエンジン回転数Ｎｅを取得する。ＥＣＵ１１０は、入力部１１２が取得した負荷Ｌｄ、およびエンジン回転数Ｎｅを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ１２０へ移行する。
【００５１】
ステップＳ１２０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している負荷Ｌｄと空燃比マップＭ１とに基づいてエンジン回転数指令値ＮｅＯを決定する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂが決定したエンジン回転数指令値ＮｅＯを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ１３０へ移行する。
【００５２】
ステップＳ１３０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶しているエンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯと等しいか否か判定する。
その結果、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯと等しいと判定した場合、ＥＣＵ１１０はエンジン回転数制御行程Ａを終了して、制御段階をステップＳ２００（図２参照）へ移行する。
また、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯと等しくないと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ１４０へ移行する。
【００５３】
ステップＳ１４０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶しているエンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯより大きいか否か判定する。
その結果、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯより大きいと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ１５０へ移行する。
また、エンジン回転数Ｎｅがエンジン回転数指令値ＮｅＯより小さいと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ１６０へ移行する。
【００５４】
ステップＳ１５０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶しているエンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数指令値ＮｅＯとの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度補正量ＳｖＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、出力部１１３を介してスロットル弁２３の開度を開度補正量ＳｖＨだけ減少するように制御した後、エンジン回転数制御行程Ａを終了して、制御段階をステップＳ２００（図２参照）へ移行する。
【００５５】
ステップＳ１６０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶しているエンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数指令値ＮｅＯとの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度補正量ＳｖＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１のエンジン回転数制御部１１１ｂによって、出力部１１３を介してスロットル弁２３の開度を開度補正量ＳｖＨだけ増加するように制御した後、エンジン回転数制御行程Ａを終了して、制御段階をステップＳ２００（図２参照）へ移行する。
【００５６】
図２に示すように、ステップＳ２００において、ＥＣＵ１１０は、混合気流量制御行程Ｂを開始して、制御段階をステップＳ２１０（図４参照）へ移行する。
【００５７】
図４に示すように、ステップＳ２１０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している負荷Ｌｄとエンジン回転数指令値ＮｅＯと空燃比マップＭ１とに基づいて混合気流量指令値ＱｍｉｘＯを決定する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃが決定した混合気流量指令値ＱｍｉｘＯを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ２２０へ移行する。
【００５８】
ステップＳ２２０において、ＥＣＵ１１０は、入力部１１２によって、エンジン回転数検出センサー１２０が検出するエンジン回転数Ｎｅ、混合気温度検出センサー１３０が検出する混合気温度Ｔｍｉｘ、および混合気圧力検出センサー１４０が検出する混合気圧力Ｐｍｉｘを取得する。ＥＣＵ１１０は、入力部１１２が取得したエンジン回転数Ｎｅ、混合気温度Ｔｍｉｘ、および混合気圧力Ｐｍｉｘを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ２３０へ移行する。
【００５９】
ステップＳ２３０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶しているエンジン回転数Ｎｅ、混合気温度Ｔｍｉｘ、および０℃における混合気粘度μ０に基づいて前述の数１に示す混合気粘度μＴｍｉｘを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃが算出した混合気粘度μＴｍｉｘを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ２４０へ移行する。
【００６０】
ステップＳ２４０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している混合気粘度μＴｍｉｘ、エンジン回転数Ｎｅ、混合気温度Ｔｍｉｘ、混合気圧力Ｐｍｉｘ、充填効率ηｃ、および行程容積Ｖｓに基づいて前述の数２に示す粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃが算出した粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ２５０へ移行する。
【００６１】
ステップＳ２５０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと等しいか否か判定する。
その結果、粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと等しいと判定した場合、ＥＣＵ１１０は混合気流量制御行程Ｂを終了して、制御段階をステップＳ３００（図２参照）へ移行する。
また、粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと等しくないと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ２６０へ移行する。
【００６２】
ステップＳ２６０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯより大きいか否か判定する。
その結果、粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯより大きいと判定した場合、すなわち、混合気を構成する燃料ガスの流量と外気（空気）の流量との割合（空燃比）が適正値に対して過少（リーン側）であり、必要な燃料ガスの流量を維持するために混合気流量が増加している場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ２７０へ移行する。
また、粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲが混合気流量指令値ＱｍｉｘＯより小さいと判定した場合、すなわち、混合気を構成する燃料ガスの流量と外気（空気）の流量との割合（空燃比）が適正値に対して過大（リッチ側）であり、必要な燃料ガスの流量を維持するために混合気流量が減少している場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ２８０へ移行する。
【００６３】
ステップＳ２７０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲと混合気流量指令値ＱｍｉｘＯとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁４２の開度補正量ＦｖＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、出力部１１３を介して燃料ガス制御弁４２の開度を開度補正量ＦｖＨだけ増加するように制御した後、混合気流量制御行程Ｂを終了して、制御段階をステップＳ３００（図２参照）へ移行する。
【００６４】
ステップＳ２８０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲと混合気流量指令値ＱｍｉｘＯとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁４２の開度補正量ＦｖＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の混合気流量制御部１１１ｃによって、出力部１１３を介して燃料ガス制御弁４２の開度を開度補正量ＦｖＨだけ減少するように制御した後、混合気流量制御行程Ｂを終了して、制御段階をステップＳ３００（図２参照）へ移行する。
【００６５】
図２に示すように、ステップＳ３００において、ＥＣＵ１１０は、点火時期制御行程Ｃを開始して、制御段階をステップＳ３１０（図５参照）へ移行する。
【００６６】
図５に示すように、ステップＳ３１０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと排気温度マップＭ２とに基づいて排気温度指令値ＴｇＯ（排気温度目標値）を決定する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって決定された排気温度指令値ＴｇＯを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ３２０へ移行する。
【００６７】
ステップＳ３２０において、ＥＣＵ１１０は、入力部１１２によって、エンジン回転数検出センサー１２０が検出するクランク角度を取得する。そして、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、前記クランク角度が制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している放電角度Ｄｅｇと一致する時、出力部１１３、および図示しない点火装置を介して、点火プラグ１６に放電させた後、制御段階をステップＳ３３０へ移行する。
【００６８】
ステップＳ３３０において、ＥＣＵ１１０は、入力部１１２によって、排気温度検出センサー１５０が検出する排気温度Ｔｇを取得する。ＥＣＵ１１０は、入力部１１２が取得した排気温度Ｔｇを制御部１１１の記憶部１１１ａに記憶した後、制御段階をステップＳ３４０へ移行する。
【００６９】
ステップＳ３４０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯと等しいか否か判定する。
その結果、排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯと等しいと判定した場合、ＥＣＵ１１０は点火時期制御行程Ｃを終了して、制御段階をステップＳ１００（図２参照）へ繰り返し移行する。
また、排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯと等しくないと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ３５０へ移行する。
【００７０】
ステップＳ３５０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、制御部１１１の記憶部１１１ａが記憶している排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯよりも小さいか否か判定する。
その結果、排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯよりも小さいと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ３６０へ移行する。
また、排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯよりも小さくないと判定した場合、ＥＣＵ１１０は制御段階をステップＳ３７０へ移行する。
【００７１】
ステップＳ３６０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、記憶部１１１ａが記憶している排気温度Ｔｇと排気温度指令値ＴｇＯとの偏差、および放電角度マップＭ３に基づいて放電角度Ｄｅｇの角度補正量ＤｅｇＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、出力部１１３を介して放電角度Ｄｅｇを角度補正量ＤｅｇＨだけ進角するように補正した後、点火時期制御行程Ｃを終了して、制御段階をステップＳ１００（図２参照）へ繰り返し移行する。
【００７２】
ステップＳ３７０において、ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、記憶部１１１ａが記憶している排気温度Ｔｇと排気温度指令値ＴｇＯとの偏差、および放電角度マップＭ３に基づいて放電角度Ｄｅｇの角度補正量ＤｅｇＨを算出する。ＥＣＵ１１０は、制御部１１１の放電時期制御部１１１ｄによって、出力部１１３を介して放電角度Ｄｅｇを角度補正量ＤｅｇＨだけ遅角するように補正した後、点火時期制御行程Ｃを終了して、制御段階をステップＳ１００（図２参照）へ繰り返し移行する。
【００７３】
上記の如く、ガスエンジン制御装置１００は、図６（ａ）に示すように、経時変化により点火プラグ１６のプラグギャップが拡大した状態で混合気を燃焼させた場合の排気温度Ｔｇと、経時変化前のプラグギャップが拡大していない状態で混合気を燃焼させた場合の排気温度Ｔｇとが略同一になるよう放電時期制御を行う。これにより、図６（ｂ）に示すように、経時変化により点火プラグ１６のプラグギャップが拡大した状態で混合気を燃焼させた場合の混合気の燃焼時間である燃焼質量割合（１０％−９０％）（混合気中の燃料ガス質量の１０％が燃焼してから９０％が燃焼するまでクランク角度）が、経時変化前のプラグギャップが拡大していない状態で混合気を燃焼させた場合の燃焼質量割合（１０％−９０％）と略同一にすることができる。
【００７４】
従って、図７（ａ）に示すように、放電角度ＤｅｇをＤｅｇ０とするガスエンジン１は、経時変化により混合気の燃焼時間が短縮されることから、Ｘ時間運転後の排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯからＴｇＸに低下する。この際、燃焼時における燃焼室１４の圧力、および温度は、経時変化による混合気の急速な燃焼によって、経時変化前の燃焼時における燃焼室１４の圧力、および温度よりも高温、高圧になる。この結果、混合気中の酸素と窒素との反応が促進され、図７（ｂ）に示すように、Ｘ時間運転後のガスエンジン１の排気に含まれるＮＯｘ濃度Ｄｓは、目標ＮＯｘ濃度ＤｓＴからＤｓＸまで増加する。
ここで、ガスエンジン制御装置１００は、図７（ａ）に示すように、排気温度ＴｇがＴｇＸから排気温度指令値ＴｇＯまで上昇するように、点火プラグ１６の放電角度Ｄｅｇを遅角してＤｅｇＸとする。これに伴い、Ｘ時間運転後の燃焼質量割合（１０％−９０％）が経時変化前の燃焼質量割合（１０％−９０％）と略同一になることで、混合気の燃焼時における燃焼室１４の圧力、および温度が低下し、図７（ｂ）に示すように、ＮＯｘ濃度Ｄｓは、ＤｓＸから目標ＮＯｘ濃度ＤｓＴまで低下させることができる。
【００７５】
続いて、図７（ａ）に示すように、放電角度ＤｅｇをＤｅｇＸとするガスエンジン１は、Ｙ時間運転後の排気温度Ｔｇが排気温度指令値ＴｇＯからＴｇＹに低下する。この際、図７（ｂ）に示すように、Ｙ時間運転後のガスエンジン１の排気に含まれるＮＯｘ濃度Ｄｓは、目標ＮＯｘ濃度ＤｓＴからＤｓＹまで増加する。
ここで、ガスエンジン制御装置１００は、図７（ａ）に示すように、排気温度ＴｇがＴｇＹから排気温度指令値ＴｇＯまで上昇するように、放電角度Ｄｅｇをさらに遅角してＤｅｇＹとする。これに伴い、Ｙ時間運転後の燃焼質量割合（１０％−９０％）が経時変化前の燃焼質量割合（１０％−９０％）と略同一になることで、図７（ｂ）に示すように、ＮＯｘ濃度Ｄｓは、ＤｓＹから目標ＮＯｘ濃度ＤｓＴまで低下させることができる。
【００７６】
よって、図８に示すように、ガスエンジン制御装置１００は、各正味平均有効圧力（各エンジン出力）において、経時変化により点火プラグ１６のプラグギャップが拡大しても、適正な空燃比の混合気が燃焼され、かつその排気温度Ｔｇに基づいて放電角度Ｄｅｇが変更されるので、ガスエンジン１から排出されるＮＯｘ濃度は経時変化前と略同一に維持される。
【００７７】
以上のごとく、本実施形態に係るガスエンジン制御装置１００は、混合気温度Ｔｍｉｘを検出する混合気温度検出手段である混合気温度検出センサー１３０と、混合気圧力Ｐｍｉｘを検出する混合気圧力検出手段である混合気圧力検出センサー１４０と、エンジン回転数Ｎｅを検出するエンジン回転数検出手段であるエンジン回転数検出センサー１２０と、排気温度Ｔｇを検出する排気温度検出手段である排気温度検出センサー１５０と、ガスエンジン１に駆動される負荷装置である発電機５０に投入された負荷Ｌｄからエンジン回転数指令値ＮｅＯを決定し、エンジン回転数Ｎｅとエンジン回転数指令値ＮｅＯとの偏差に基づいてスロットル弁２３の開度を制御するエンジン回転数制御手段であるエンジン回転数制御部１１１ｂと、負荷Ｌｄ、およびエンジン回転数指令値ＮｅＯから混合気流量指令値ＱｍｉｘＯを決定し、混合気温度Ｔｍｉｘ、混合気圧力Ｐｍｉｘ、エンジン回転数Ｎｅ、に基づいて粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを算出し、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯと粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲとの偏差に基づいて燃料ガス制御弁４２の開度を制御する混合気流量制御手段である混合気流量制御部１１１ｃと、混合気流量指令値ＱｍｉｘＯから排気温度指令値ＴｇＯを決定し、排気温度指令値ＴｇＯと排気温度Ｔｇとの偏差に基づいて点火プラグ１６が放電する時期を制御する放電時期制御手段である放電時期制御部１１１ｄと、を具備するものである。
【００７８】
このように構成することにより、燃料ガス制御弁４２の開度ＦｖＯを制御することで粘度補正実混合気流量ＱｍｉｘＲを制御するともに、、排気温度Ｔｇが所定の温度になるように放電時期である放電角度Ｄｅｇを調整することで、混合気の燃焼時間である燃焼質量割合（１０％−９０％）を一定の値に制御することができる。この結果、経時変化によって混合気への点火性が向上したり、圧縮行程における燃焼室１４の温度が上昇したりしても、混合気の燃焼時における燃焼室１４の圧力、および温度の上昇が抑制される。これにより、ガスエンジン１から排出されるＮＯｘ濃度を目標ＮＯｘ濃度ＤｓＴに維持することができる。
【符号の説明】
【００７９】
１ ガスエンジン
２３ スロットル弁
４２ 燃料ガス制御弁
５０ 発電機
１００ ガスエンジン制御装置
１２０ エンジン回転数検出センサー
１３０ 混合気温度検出センサー
１４０ 混合気圧力検出センサー
１５０ 排気温度検出センサー
Ｎｅ エンジン回転数
Ｔｍｉｘ 混合気温度
Ｐｍｉｘ 混合気圧力
Ｔｇ 排気温度
Ｌｄ 負荷
ＴｇＯ 排気温度指令値
ＬｄＯ エンジン出力指令値
ＮｅＯ エンジン回転数指令値
ＧｓＯ 燃料ガス流量指令値
ＱｍｉｘＯ 混合気流量指令値
ＱｍｉｘＲ 粘度補正実混合気流量
【特許請求の範囲】
【請求項１】
混合気温度を検出する混合気温度検出手段と、
混合気圧力を検出する混合気圧力検出手段と、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
排気温度を検出する排気温度検出手段と、
エンジンに駆動される負荷装置に投入された負荷からエンジン回転数指令値を決定し、検出されたエンジン回転数と決定されたエンジン回転数指令値との偏差に基づいてスロットル弁の開度を制御するエンジン回転数制御手段と、
前記負荷装置に投入された負荷、および決定されたエンジン回転数指令値から混合気流量指令値を決定し、検出された混合気温度、検出された混合気圧力、検出されたエンジン回転数、に基づいて実混合気流量を算出し、決定された混合気流量指令値と算出された実混合気流量との偏差に基づいて燃料ガス制御弁の開度を制御する混合気流量制御手段と、
決定された混合気流量指令値から排気温度指令値を決定し、決定された排気温度指令値と検出された排気温度との偏差に基づいて点火プラグが放電する時期を制御する放電時期制御手段と、
を具備するガスエンジン制御装置。
【請求項１】
混合気温度を検出する混合気温度検出手段と、
混合気圧力を検出する混合気圧力検出手段と、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
排気温度を検出する排気温度検出手段と、
エンジンに駆動される負荷装置に投入された負荷からエンジン回転数指令値を決定し、検出されたエンジン回転数と決定されたエンジン回転数指令値との偏差に基づいてスロットル弁の開度を制御するエンジン回転数制御手段と、
前記負荷装置に投入された負荷、および決定されたエンジン回転数指令値から混合気流量指令値を決定し、検出された混合気温度、検出された混合気圧力、検出されたエンジン回転数、に基づいて実混合気流量を算出し、決定された混合気流量指令値と算出された実混合気流量との偏差に基づいて燃料ガス制御弁の開度を制御する混合気流量制御手段と、
決定された混合気流量指令値から排気温度指令値を決定し、決定された排気温度指令値と検出された排気温度との偏差に基づいて点火プラグが放電する時期を制御する放電時期制御手段と、
を具備するガスエンジン制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１１−１２７５４４（Ｐ２０１１−１２７５４４Ａ）
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２８７９０６（Ｐ２００９−２８７９０６）
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年６月３０日（２０１１．６．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月１８日（２００９．１２．１８）
【出願人】（０００００６７８１）ヤンマー株式会社 (3,810)
【Ｆターム（参考）】
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