予混合式ガスエンジンの制御装置および予混合式ガスエンジンの制御方法、ならびに予混合式ガスエンジンシステム
【課題】バイパスラインを有する予混合式ガスエンジンを安定して運転する。
【解決手段】予混合式ガスエンジンシステム１００は、燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンと、制御装置３００とを備える。ガスエンジンは、燃焼室１１１と、燃焼室１１１への混合ガスの供給量を調整するスロットル弁１５０と、混合ガスを圧縮してスロットル弁１５０へ供給する過給機１７０と、スロットル弁１５０へ供給される混合ガスの一部を過給機１７０の吐出経路から過給機１７０の給気経路へバイパスさせるバイパス弁１６０とを含む。制御装置３００は、ガスエンジンの負荷に応じてスロットル弁１５０前後の圧力差の目標値を可変に設定して、スロットル弁１５０の開度が所定範囲内に維持されるようにバイパス弁１６０の開度を調整する。
【解決手段】予混合式ガスエンジンシステム１００は、燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンと、制御装置３００とを備える。ガスエンジンは、燃焼室１１１と、燃焼室１１１への混合ガスの供給量を調整するスロットル弁１５０と、混合ガスを圧縮してスロットル弁１５０へ供給する過給機１７０と、スロットル弁１５０へ供給される混合ガスの一部を過給機１７０の吐出経路から過給機１７０の給気経路へバイパスさせるバイパス弁１６０とを含む。制御装置３００は、ガスエンジンの負荷に応じてスロットル弁１５０前後の圧力差の目標値を可変に設定して、スロットル弁１５０の開度が所定範囲内に維持されるようにバイパス弁１６０の開度を調整する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと空気とが予め混合されて燃焼室に供給される予混合式ガスエンジンの制御装置および予混合式ガスエンジンの制御方法、ならびに予混合式ガスエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
化石エネルギーの代替として熱分解ガスや消化ガスなどのバイオガスの有効利用が求められている。バイオガスの利用法の１つとして、バイオガスを燃料としたガスエンジンによる発電システムが注目されている。
【０００３】
ガスエンジンにおいて、燃料ガスと燃焼用の空気との比（空燃比）は重要な調整要素である。燃料ガスに対して空気が多すぎれば失火・燃焼変動が発生し、空気が少なすぎれば排気温度上昇・ノッキングといった燃焼異常の現象が発生して、安定して運転を継続できない。このため、予混合式ガスエンジンにおいては、あらかじめ目標とする空燃比を設定し、混合気の量を計測することにより、空燃比を一定に保っている。この場合、空燃比の設定値は、予め決めた代表的な燃料ガスの性状を用いて設定する。
【０００４】
たとえば、特開２００９−３６１１１号公報（特許文献１）に記載のガスエンジンでは、高カロリーガス（たとえば、ＬＰＧ（液化天然ガス）、都市ガス）を用いて運転する始動時には、空燃比の目標値は燃料が過不足なく反応するとされる理論空燃比の値に設定される。高カロリーガスから低カロリーガス（バイオガス）に切替えるときには、空燃比の目標値は、理論空燃比の値に設定されるか、もしくは混合気が一気にリーンになってしまい失火する可能性を避けるために理論空燃比の値よりもリッチになるように設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３６１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
予混合式ガスエンジンにおいては、燃焼室へ供給される混合ガスの量は、一般的に、スロットル弁の開度を調整することによって行なわれる。また、過給機が吐出する混合ガスの量は、気温などの周囲環境温度によって変化し、特に冬場のような低温の場合には、過給機が吐出する混合ガスの量が多くなるため、スロットル弁はエンジン出力を調整するために、その開度を閉じる。この結果、過給機吐出圧力が高くなり、過給機が吐出する混合ガスの量が急激に減少してしまう、いわゆるサージングが発生する場合がある。
【０００７】
このようなサージングを防止するために、スロットル弁への流入側に混合ガスのバイパスラインを設け、バイパス弁の開度を調整することによって混合ガスの一部を逃がし、スロットル弁前後の圧力差（すなわち、スロットル弁へ供給される混合ガスの給気圧力と、スロットル弁から燃焼室へ供給される混合ガスの吐出圧力との差）を制御することで燃焼室へ供給される燃料ガス量を調整する構成が採用される場合がある。
【０００８】
上記のようなバイパスラインを有するガスエンジンにおいて、安定した運転状態を確保するためには、スロットル弁およびバイパス弁を適切に制御することが必要となる。
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するためのなされたものであって、その目的は、バイパスラインを有する予混合式ガスエンジンを安定して運転することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による予混合式ガスエンジンの制御装置は、燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンを制御するための制御装置である。ガスエンジンは、混合ガスを燃焼するための燃焼室と、燃焼室への給気経路に設けられ、燃焼室への混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、混合ガスを圧縮してスロットル弁へ供給するように構成された過給機と、過給機の吐出経路と過給機への混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、スロットル弁へ供給される混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含む。制御装置は、スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するための圧力検出部と、スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、ガスエンジンの負荷に応じて圧力差の目標値を可変に設定するとともに、圧力差が設定された目標値となるようにバイパス弁の開度を調整する制御部とを備える。
【００１１】
好ましくは、制御部は、ガスエンジンの始動時に用いる圧力差の目標値を、ガスエンジンの運転中に用いる圧力差の目標値よりも高い値に設定する。
【００１２】
好ましくは、制御部は、ガスエンジンの始動時に用いる圧力差の目標値を、５０〜７０ｋＰａの範囲で設定する。
【００１３】
好ましくは、制御部は、ガスエンジンの運転中に用いる圧力差の目標値を、ガスエンジンの負荷率が高い場合には、負荷率が低い場合の値以上に設定する。
【００１４】
好ましくは、制御部は、ガスエンジンの運転中に用いる圧力差の目標値を、１０〜３５ｋＰａの範囲で設定する。
【００１５】
好ましくは、スロットル弁の開度についての所定範囲は、スロットル弁の特性において、制御感度が相対的に高くなる範囲に設定される。
【００１６】
好ましくは、スロットル弁の開度についての所定範囲は、スロットル弁を全開にした場合の開度の３０〜６０％に設定される。
【００１７】
好ましくは、スロットル弁の開度についての所定範囲は、スロットル弁を全開にした場合の開度の４０〜４５％に設定される。
【００１８】
好ましくは、制御部は、バイパス弁の開度をフィードバック制御により制御し、圧力差の目標値を可変に設定する場合は、圧力差の目標値を固定値とする場合に比べて、フィードバック制御に用いるゲインを小さく設定する。
【００１９】
好ましくは、制御部は、ＰＩＤ制御によりフィードバック制御を実行する。制御部は、ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、比例ゲインを０．０１〜０．１の範囲で設定する。
【００２０】
好ましくは、制御部は、ＰＩＤ制御によりフィードバック制御を実行する。制御部は、ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、積分ゲインを０．０１〜０．１の範囲で設定する。
【００２１】
好ましくは、制御部は、ＰＩＤ制御によりフィードバック制御を実行する。制御部は、ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、微分ゲインを１〜１００の範囲で設定する。
【００２２】
好ましくは、制御部は、ＰＩＤ制御によりフィードバック制御を実行する。制御部は、ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、比例ゲインを０．０５に設定し、積分ゲインを０．０５に設定し、微分ゲインを９８に設定する。
【００２３】
本発明による予混合式ガスエンジンの制御方法は、燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンについての制御方法である。ガスエンジンは、混合ガスを燃焼するための燃焼室と、燃焼室への給気経路に設けられ、燃焼室への混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、混合ガスを圧縮してスロットル弁へ供給するように構成された過給機と、過給機の吐出経路と過給機への混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、スロットル弁へ供給される混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含む。制御方法は、スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するステップと、スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、ガスエンジンの負荷に応じて圧力差の目標値を可変に設定するステップと、圧力差が設定された目標値となるようにバイパス弁の開度を調整するステップとを備える。
【００２４】
本発明による予混合式ガスエンジンシステムは、燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンと、ガスエンジンを制御するための制御装置とを備える。ガスエンジンは、混合ガスを燃焼するための燃焼室と、燃焼室への給気経路に設けられ、燃焼室への混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、混合ガスを圧縮してスロットル弁へ供給するように構成された過給機と、過給機の吐出経路と過給機への混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、スロットル弁へ供給される混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含む。制御装置は、スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するための圧力検出部と、スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、ガスエンジンの負荷に応じて圧力差の目標値を可変に設定するとともに、圧力差が設定された目標値となるようにバイパス弁の開度を調整する制御部とを含む。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、バイパスラインを有する予混合式ガスエンジンを安定して運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施の形態に従う予混合式ガスエンジンシステムの全体ブロック図である。
【図２】バタフライ弁の流量特性の一例を示す図である。
【図３】本実施の形態に従う予混合式ガスエンジンシステムにおける制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図４】図３の空燃比制御部の記憶部に記憶される空気過剰率の設定テーブルの一例を示す図である。
【図５】図３の圧力制御部の記憶部に記憶される目標圧力差の設定マップの一例を示す図である。
【図６】図３の圧力制御部の制御信号生成部で実行されるフィードバック制御を説明するための図である。
【図７】本実施の形態において、圧力制御部で実行されるスロットル弁の圧力差制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】図７のＳ１３０における圧力差目標値演算処理の詳細の一例を示すフローチャートである。
【図９】本実施の形態に従う圧力差制御処理における、始動時圧力差設定制御を適用した場合の効果を説明するための図である。
【図１０】本実施の形態に従う圧力差制御処理における、負荷に応じた圧力差設定制御を適用した場合の効果を説明するための第１の図である。
【図１１】本実施の形態に従う圧力差制御処理における、負荷に応じた圧力差設定制御を適用した場合の効果を説明するための第２の図である。
【図１２】本実施の形態に従う圧力差制御処理における、フィードバック制御におけるゲイン変更制御を適用した場合の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００２８】
［予混合ガスエンジンシステムの基本構成］
図１は、本実施の形態に従う予混合式ガスエンジンシステム１００の全体ブロック図である。予混合式ガスエンジンシステム１００は、ガスエンジンを構成する、エンジン本体部１１０と、エアフィルタ１２０と、燃料ガス量調整器１３０と、ミキサ１４０と、スロットル弁１５０と、バイパス弁１６０と、過給機１７０とを備える。また、予混合式ガスエンジンシステム１００は、ガスエンジンを制御するための制御装置を形成する、制御部３１０と、圧力計３４０，３５０とを備える。制御部３１０は、空燃比制御部３２０と、圧力制御部３３０とを含む。
【００２９】
ガスエンジンは、燃料ガスと空気とが予め混合された混合ガスが燃焼室１１１に吸入される予混合式のガスエンジンである。本実施の形態におけるガスエンジンにおいては、燃料ガスとして熱分解ガスや消化ガスなどのバイオガスを用いることができる。吸入された混合ガスは、燃焼室１１１内で点火されて燃焼し、発生する熱エネルギによってピストン１１２を駆動する。ガスエンジンの出力軸（図示せず）は、たとえば発電機（図示せず）に結合され、ガスエンジンの駆動力を用いて発電が行なわれる。
【００３０】
ミキサ１４０は、エアフィルタ１２０を通して供給される空気と、燃料ガス量調整器１３０で調整された燃料ガスとを混合して混合ガスを生成する。エアフィルタ１２０は、ミキサ１４０に供給する空気に含まれるゴミなどを除去する。燃料ガス量調整器１３０は、空燃比制御部３２０からの制御信号ＧＳＲによって制御され、外部の燃料タンク（図示せず）等から供給される燃料ガスの流量を調整する。
【００３１】
過給機１７０は、排気タービン駆動式の過給機（いわゆる、ターボチャージャ）である。過給機１７０は、たとえば、同じ回転軸に結合されたタービン１７１およびコンプレッサ１７２を含む。タービン１７１は、燃焼室１１１から排出された排気ガスによって回転する。コンプレッサ１７２は、タービン１７１が回転することに連動して回転し、ミキサ１４０で生成された混合ガスを加圧して、スロットル弁１５０を介して燃焼室１１１へ供給する。
【００３２】
スロットル弁１５０は、過給機１７０のコンプレッサ１７２と燃焼室１１１との間の、混合ガスの流れる経路に設けられる。スロットル弁１５０は、エンジン本体部１１０の出力に応じて開度を調整し、燃焼室１１１へ供給する混合ガスの流量を調整する。
【００３３】
バイパス弁１６０は、コンプレッサ１７２からスロットル弁１５０への混合ガスの吐出経路と、ミキサ１４０からコンプレッサ１７２への混合ガスの流入経路とを連通させる経路（バイパスライン）に設けられる。バイパス弁１６０が開かれると、コンプレッサ１７２からスロットル弁１５０へ供給される混合ガスの一部が、バイパス弁１６０を通って、コンプレッサ１７２の流入側の経路へバイパスされる。このバイパス弁１６０の開度を制御することによって、スロットル弁１５０へ供給される混合ガスの流入圧力を調整することができる。
【００３４】
制御部３１０に含まれる空燃比制御部３２０および圧力制御部３３０は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含む。空燃比制御部３２０および圧力制御部３３０は、各センサ等からの信号の入力に基づいて各機器への制御信号の出力を行なって、ガスエンジンの各機器を制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００３５】
空燃比制御部３２０は、エンジン本体部１１０の回転速度ＮＲＥおよび負荷率（定格出力に対する現在のエンジン出力の比率）ＬＤＲに応じた空気過剰率を設定する。空燃比制御部３２０は、燃料ガスの種類に応じて予め設定される理論空気量に上記空気過剰率を乗じることによって空燃比の目標値を設定する。そして、空燃比制御部３２０は、圧力計３５０によって検出された圧力から混合ガスの流量を算出し、さらに現在の供給ガス量から空気量を算出することにより、実際の空燃比が設定された空燃比の目標値となるように、燃料ガス量調整器１３０への制御信号ＧＳＲを生成する。この制御信号ＧＳＲに基づいて燃料ガス量調整器１３０が制御されて、燃料ガスの流量が調整される。
【００３６】
圧力計３４０は、スロットル弁１５０の流入側の経路に設けられ、スロットル弁１５０へ供給される混合ガスの圧力（すなわち、過給機１７０の吐出圧）を検出し、その検出値ＰＩＮを圧力制御部３３０へ出力する。圧力計３５０は、スロットル弁１５０の吐出側の経路に設けられ、スロットル弁１５０から燃焼室１１１へ供給される混合ガスの圧力を検出し、その検出値ＰＯＵＴを圧力制御部３３０へ出力する。
【００３７】
圧力制御部３３０は、圧力計３４０，３５０で検出されたスロットル弁１５０の流入圧力ＰＩＮおよび吐出圧力ＰＯＵＴを受ける。圧力制御部３３０は、これら情報に基づいて、制御信号ＳＩＧを生成してバイパス弁１６０の開度を制御する。
【００３８】
［ガスエンジンシステムの問題点］
予混合式ガスエンジンシステムにおいては、上述のように、燃焼室へ供給される混合ガスの量は、スロットル弁の開度を調整することによって行なわれる。過給機が吐出する混合ガスの量は、気温などの周囲環境温度によって変化し、夏場のように温度が高くなると過給機が吐出する混合ガスの量が減少する。そうすると、スロットル弁はエンジン出力を調整するために、その開度を開ける。それでも混合ガスが足りないと、エンジン出力が低下する場合がある。逆に、冬場のような低温の場合には、過給機が吐出する混合ガスの量が多くなる。そうすると、スロットル弁はエンジン出力を調整するために、その開度を閉じる。この結果、過給機吐出圧力が高くなり、過給機から供給される混合ガスが急激に減少してしまう、いわゆるサージングが発生する場合がある。
【００３９】
このようなサージングを防止するために、図１のように、スロットル弁への流入側に混合ガスのバイパスラインを設ける構成とし、バイパス弁の開度を調整することによって混合ガスの一部を逃がして過給機吐出圧力を低減する手法が採用される場合がある。
【００４０】
スロットル弁としては、たとえば、バタフライ弁が用いられる場合がある。このバタフライ弁の開度に対する流量特性は、図２に示されるように、一般的に弁開度が中央付近の領域ＡＲ１（３０〜６０％）であるときに、開度変化量に対する流量変化量が大きく（すなわち、制御感度が高く）、制御性が良くなる特性を有している。逆に、弁開度が小さい場合（０〜３０％）あるいは、弁開度が大きい場合（６０〜１００％）では、相対的に制御感度が低くなる。そのため、負荷変動に対して応答よく混合ガスの流量を調整する場合には、スロットル弁の制御性が高くなる動作範囲（３０〜６０％）を使用することが望ましい。また、特に、弁開度が４０〜４５％の動作範囲となるようにすることがより好ましい。
【００４１】
混合ガスの流量は、エンジン出力によって概ね決まる。また、同じ混合ガス量であれば、スロットル弁前後の圧力差によって、スロットル弁の開度は概ね決まる。図１に示したようなバイパスラインを有するガスエンジンにおける混合ガスの流量制御においては、スロットル弁前後の圧力差を、バイパス弁開度を調整することによって所定の圧力差（固定値）になるように制御し、負荷変動に応じてスロットル弁の開度を調整する手法が採用される場合がある。
【００４２】
しかしながら、このような場合においては、圧力差の設定を低負荷状態に適合させたときには高負荷時にスロットル開度が開きすぎ、また高負荷状態に適合させたときには低負荷時にスロットル開度が閉じすぎるといった状態となり、エンジンの負荷状態の全域にわたって、スロットル弁の制御性が高くなる動作範囲を使用することができなくなる。そうすると、エンジンの安定した運転状態を保つことができない場合が生じ得る。
【００４３】
また、ガスエンジンの始動の際にもバイパス弁が開いてしまうため、エンジンの始動に必要な混合ガス量が十分に確保できず、エンジンの回転上昇や負荷上昇ができなくなったりする場合もあり得る。
【００４４】
そのため、本実施の形態においては、負荷状態に応じてスロットル弁前後の圧力差を可変に設定し、それによって、エンジンの負荷状態の全域にわたって、スロットル弁を制御性が高くなる動作範囲で使用する混合ガスの流量制御を行なう。
【００４５】
［制御構成の説明］
図３は、本実施の形態に従う予混合式ガスエンジンシステム１００における制御装置３００の構成の一例を示す機能ブロック図であり、特に、空燃比制御部３２０および圧力制御部３３０の詳細な構成が示される。図３に示される各機能ブロックは、ハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
【００４６】
図１および図３を参照して、空燃比制御部３２０は、空気過剰率設定部３２１と、記憶部３２２と、制御信号生成部３２３とを含む。
【００４７】
空気過剰率設定部３２１は、図示しないエンジン制御部から、エンジン本体部１１０の回転速度ＮＲＥおよび負荷率ＬＤＲを受ける。空気過剰率設定部３２１は、これらの情報に基づいて、記憶部３２２に予め記憶された図４のような設定テーブル、あるいは設定マップを用いて、空気過剰率ＡＩＲを設定する。そして、空気過剰率設定部３２１は、設定された空気過剰率ＡＩＲを制御信号生成部３２３へ出力する。
【００４８】
制御信号生成部３２３は、空気過剰率設定部からの空気過剰率ＡＩＲと、圧力計３５０によって検出された圧力ＰＯＵＴとを受ける。制御信号生成部３２３は、圧力ＰＯＵＴから、燃焼室１１１へ供給される混合ガスの流量ＦＬＷを算出する。また、制御信号生成部３２３は、燃料ガスの種類によって予め定められた理論空気量と空気過剰率ＡＩＲとから目標となる空燃比を決定する。そして、制御信号生成部３２３は、算出した流量ＦＬＷと現在の供給ガス量から求めた空気量に応じて、算出した空燃比が得られるように、燃料ガス量調整器１３０から供給される燃料ガスの流量を調整するための制御信号ＧＳＲを生成する。
【００４９】
圧力制御部３３０は、目標圧力差設定部３３１と、記憶部３３２と、圧力差演算部３３３と、開度設定部３３４と、制御信号生成部３３５とを含む。
【００５０】
目標圧力差設定部３３１は、エンジン制御部（図示せず）からの負荷率ＬＤＲを受ける。目標圧力差設定部３３１は、この負荷率ＬＤＲに基づいて、記憶部３３２に予め記憶された設定テーブルあるいは設定マップを用いて目標圧力差ΔＰＲを設定し、その設定値を開度設定部３３４へ出力する。
【００５１】
図５は、記憶部３３２に記憶される目標圧力差ΔＰＲの設定マップの一例を示す図である。図５の設定マップにおいては、負荷率ＬＤＲがＬ０（＝０％）からＬ５（＝１００％）までの６点に対応する、圧力差目標値ΔＰＲ Ｐ０からＰ５が設定されている。そして、たとえば、取得した負荷率ＬＤＲが、Ｌ１とＬ２との間のＬｘである場合には、目標値はＰ１とＰ２とを直線補完した直線上の点に対応した値（図５中のＰｘ）として算出される。なお、図５の設定マップは一例であり、圧力差目標値ΔＰＲはエンジン本体部１１０の特性に応じて任意に設定可能である。また、図５のようなマップに代えて、所定の演算式や、図４に示したような設定テーブルを用いて設定するようにしてもよい。
【００５２】
再び図３を参照して、圧力差演算部３３３は、圧力計３４０，３５０でそれぞれ検出された圧力ＰＩＮ，ＰＯＵＴから、スロットル弁１５０前後の実際の圧力差ΔＰＡを演算する。圧力差演算部３３３は、演算により求めた圧力差ΔＰＡを開度設定部３３４へ出力する。
【００５３】
開度設定部３３４は、目標圧力差設定部３３１からの圧力差目標値ΔＰＲと、圧力差演算部３３３からの圧力差の実績値ΔＰＡを受ける。開度設定部３３４は、圧力差目標値ΔＰＲと実際の圧力差ΔＰＡに基づいて、ＰＩＤ制御（比例積分微分制御）を用いたフィードバック制御を行ない、バイパス弁１６０の開度目標値ＯＰＲを設定し、その設定値を制御信号生成部３３５へ出力する。
【００５４】
制御信号生成部３３５は、開度設定部３３４からの開度目標値ＯＰＲに基づいて、バイパス弁１６０を駆動するための制御信号ＳＩＧを生成する。
【００５５】
図６は、制御信号生成部３３５で実行されるフィードバック制御を説明するための図である。図３および図６を参照して、制御信号生成部３３５は、減算部２００と、係数部２１０，２２０，２３０と、積分部２４０と、微分部２５０と、加算部２６０とを含む。
【００５６】
減算部２００は、目標圧力差設定部３３１で設定された圧力差目標値ΔＰＲから、圧力差演算部３３３で検出された圧力差ΔＰＡを減じて、それらの偏差を算出する。係数部２１０は、算出された偏差に比例ゲイン（１／Ｋｐ）を乗じる。係数部２２０は、算出された偏差に積分ゲイン（１／Ｋｉ）を乗じる。そして、係数部２２０の出力は、積分部２４０によって積分される。係数部２３０は、算出された偏差に微分ゲイン（Ｋｄ）を乗じる。係数部２３０の出力は、微分部２５０によって微分される。加算部２６０は、係数部２１０、積分部２４０、および微分部２５０からの出力を加算することによって、バイパス弁１６０を駆動するための制御信号ＳＩＧを生成する。
【００５７】
以上の操作によって、設定された開度目標値ＯＰＲに応じた制御信号ＳＩＧが設定される。
【００５８】
図７は、本実施の形態において、圧力制御部３３０で実行されるスロットル弁１５０の圧力差制御処理を説明するためのフローチャートである。図７および以降に説明する図８に示すフローチャートは、圧力制御部３３０に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期で実行されることによって処理が実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。
【００５９】
図１および図７を参照して、圧力制御部３３０は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、フィードバックゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄを設定する。このときのフィードバックゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄは、負荷率にかかわらず圧力差を固定値に設定する場合に比べて低く設定することが好ましい。これは、本実施の形態の圧力差制御においては、スロットル弁１５０を制御感度の高い動作範囲で使用するため、これらのフィードバックゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄを高めに設定した場合には高応答になりすぎて、かえってハンチング等が生じて不安定となることを抑制するためである。
【００６０】
フィードバックゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄの設定値としては、たとえば、圧力差を固定値に設定する場合がＫｐ＝１，Ｋｉ＝１，Ｋｄ＝１００であるとしたときには、本制御においては、Ｋｐ＝０．０１〜０．１，Ｋｉ＝０，０１〜０．１，Ｋｄ＝１〜１００の範囲で設定することが好ましい。さらに好ましくは、Ｋｐ＝０．０５，Ｋｉ＝０．０５，Ｋｄ＝９８と設定するようにしてもよい。
【００６１】
その後、圧力制御部３３０は、Ｓ１１０にて、エンジン本体部１１０が起動中であるか否かを判定する。なお、エンジン起動中には、エンジン本体部１１０の起動開始（始動）の場合および運転継続中の場合が含まれる。
【００６２】
エンジン本体部１１０が起動中でない場合（Ｓ１１０にてＮＯ）は、当該圧力差制御は必要ないので、圧力制御部３３０は以降の処理をスキップして処理を終了する。
【００６３】
エンジン本体部１１０が起動中の場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）は、Ｓ１２０に処理が進められ、圧力制御部３３０は、現在のエンジン本体部１１０の負荷率ＬＤＲを取得する。そして、圧力制御部３３０は、Ｓ１３０にて、取得した負荷率ＬＤＲを用いて、負荷率ＬＤＲに応じた圧力差目標ΔＰＲを演算する。Ｓ１３０の詳細な制御は、図８にて後述する。
【００６４】
その後、圧力制御部３３０は、Ｓ１４０にて、圧力計３４０，３５０でそれぞれ検出された圧力検出値ＰＩＮ，ＰＯＵＴから現在の実圧力差ΔＰＡを演算する。そして、圧力制御部３３０は、Ｓ１５０にて、圧力差目標値ΔＰＲおよび実圧力差ΔＰＡを用いてバイパス弁１６０の開度指令値を演算するとともに、図６で示したようなフィードバック制御を行なって、バイパス弁１６０の開度を制御する。
【００６５】
そして、圧力制御部３３０は、処理をＳ１６０に進めて、エンジン本体部１１０が停止されたか否かを判定する。
【００６６】
エンジン本体部１１０が停止されておらず、運転が継続される場合（Ｓ１６０にてＮＯ）は、処理がＳ１２０に戻されて、圧力制御部３３０は、負荷率ＬＤＲに応じたバイパス弁１６０の開度制御を継続する。
【００６７】
エンジン本体部１１０が停止された場合（Ｓ１６０にてＹＥＳ）は、圧力制御部３３０は、当該処理を終了する。
【００６８】
次に、図８を用いて、図７のステップＳ１３０における圧力差目標値ΔＰＲの演算処理の詳細を説明する。なお、図８においては、図５で示した設定マップを用いる場合を例として説明する。
【００６９】
図８を参照して、圧力制御部３３０は、Ｓ２００にて、図７のＳ１２０で取得した負荷率ＬＤＲがＬ５以上（ＬＤＲ≧Ｌ５）であるか否かを判定する。
【００７０】
負荷率ＬＤＲがＬ５以上の場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）は、処理がＳ２０５に進められて、圧力制御部３３０は、圧力差目標値ΔＰＲをＰ５に設定する。そして、圧力制御部３３０は、処理を図７のＳ１４０へ進める。
【００７１】
負荷率ＬＤＲがＬ５未満の場合（Ｓ２００にてＮＯ）は、処理がＳ２１０に進められ、圧力制御部３３０は、負荷率ＬＤＲがＬ４以上Ｌ５未満（Ｌ４≦ＬＤＲ＜Ｌ５）であるか否かを判定する。
【００７２】
負荷率ＬＤＲがＬ４以上Ｌ５未満である場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２１５に進められ、圧力制御部３３０は、図５の点Ａ４と点Ａ５とを直線補完した直線上における、取得した負荷率ＬＤＲに対応する圧力差目標値ΔＰＲを、以下の式（１）によって演算し、その後、処理をＳ１４０に進める。
【００７３】
ΔＰＲ＝｛（Ｐ５−Ｐ４）／（Ｌ５−Ｌ４）｝・（ＬＤＲ−Ｌ４）＋Ｐ４ … （１）
負荷率ＬＤＲがＬ４未満である場合（Ｓ２１０にてＮＯ）は、処理がＳ２２０に進められ、圧力制御部３３０は、負荷率ＬＤＲがＬ３以上Ｌ４未満（Ｌ３≦ＬＤＲ＜Ｌ４）であるか否かを判定する。
【００７４】
負荷率ＬＤＲがＬ３以上Ｌ４未満である場合（Ｓ２２０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２２５に進められ、圧力制御部３３０は、圧力差目標値ΔＰＲを、以下の式（２）によって演算し、その後、処理をＳ１４０に進める。
【００７５】
ΔＰＲ＝｛（Ｐ４−Ｐ３）／（Ｌ４−Ｌ３）｝・（ＬＤＲ−Ｌ３）＋Ｐ３ … （２）
負荷率ＬＤＲがＬ３未満である場合（Ｓ２２０にてＮＯ）は、処理がＳ２３０に進められ、圧力制御部３３０は、負荷率ＬＤＲがＬ２以上Ｌ３未満（Ｌ２≦ＬＤＲ＜Ｌ３）であるか否かを判定する。
【００７６】
負荷率ＬＤＲがＬ２以上Ｌ３未満である場合（Ｓ２３０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２３５に進められ、圧力制御部３３０は、圧力差目標値ΔＰＲを、以下の式（３）によって演算し、その後、処理をＳ１４０に進める。
【００７７】
ΔＰＲ＝｛（Ｐ３−Ｐ２）／（Ｌ３−Ｌ２）｝・（ＬＤＲ−Ｌ２）＋Ｐ２ … （３）
負荷率ＬＤＲがＬ２未満である場合（Ｓ２３０にてＮＯ）は、処理がＳ２４０に進められ、圧力制御部３３０は、負荷率ＬＤＲがＬ１以上Ｌ２未満（Ｌ１≦ＬＤＲ＜Ｌ２）であるか否かを判定する。
【００７８】
負荷率ＬＤＲがＬ１以上Ｌ２未満である場合（Ｓ２４０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２４５に進められ、圧力制御部３３０は、圧力差目標値ΔＰＲを、以下の式（４）によって演算し、その後、処理をＳ１４０に進める。
【００７９】
ΔＰＲ＝｛（Ｐ２−Ｐ１）／（Ｌ２−Ｌ１）｝・（ＬＤＲ−Ｌ１）＋Ｐ１ … （４）
負荷率ＬＤＲがＬ１未満である場合（Ｓ２４０にてＮＯ）は、処理がＳ２５０に進められ、圧力制御部３３０は、圧力差目標値ΔＰＲを、以下の式（５）によって演算し、その後、処理をＳ１４０に進める。
【００８０】
ΔＰＲ＝｛（Ｐ１−Ｐ０）／（Ｌ１−Ｌ０）｝・（ＬＤＲ−Ｌ０）＋Ｐ０ … （５）
ここで、負荷率ＬＤＲが０％の場合はエンジン本体部１１０の始動時を示しており、このときの圧力目標値ΔＰＲは、負荷率ＬＤＲがゼロより大きいエンジン本体部１１０の運転中に比べて大きく設定される。これは、上述の問題点において説明したように、エンジン始動時にバイパス弁１６０が開いてしまうことによって、燃焼室１１１へ供給される混合ガス量が少なくなり、それによってエンジンが適切に始動ができなくなることを防止するためである。すなわち、圧力目標値ΔＰＲを大きくすることでバイパス弁１６０を閉止状態とする。
【００８１】
圧力差目標値ΔＰＲは、たとえば、エンジン運転中（Ｐ１〜Ｐ５）は約１０〜３５ｋＰａの範囲で適宜設定され、一方エンジン始動時（Ｐ０）は約５０〜７０ｋＰａの範囲で設定される。より好ましくは、エンジン始動時の圧力差目標値ΔＰＲは、約６０ｋＰａに設定される。
【００８２】
なお、図８に示されたステップＳ１３０の処理については、採用される設定マップや設定式、設定テーブルに応じて適宜変更される。
【００８３】
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、混合ガスのバイパスラインを有する過給機付きの予混合式ガスエンジンシステムにおいて、スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との圧力差の目標値をガスエンジンの負荷に応じて可変に設定し、圧力差が目標値となるようにバイパス弁の開度を調整することができる。これによって、ガスエンジン始動時の混合ガス量を確保できるとともに、ガスエンジン運転中は、制御感度の高い範囲でスロットル弁の開度が維持されるので、始動時および負荷変動が生じた場合でも応答よく、かつ安定した運転をすることが可能となる。
【００８４】
［本実施の形態を適用した場合の実行例］
以下、図９から図１２を用いて、本実施の形態を適用した場合の効果について説明する。これらの図は、本実施の形態の制御を適用した場合と、制御の一部を適用しない比較例の場合とを比較したシミュレーションの結果を示したものである。
【００８５】
なお、図９から図１２においては、横軸には時間が示され、縦軸には、圧力差の目標値ΔＰＲと実績値ΔＰＡ（上段）、スロットル弁およびバイパス弁の弁開度（中段）、および、エンジン回転数と発電電力（下段）が示される。また、図中において、実線は本実施の形態の制御を適用した場合であり、破線は比較例の場合を示す。
【００８６】
（始動時の圧力差目標値設定の効果）
図９は、エンジン始動時の圧力差目標値ΔＰＲを、本実施の形態の制御のように他の運転中よりも高く設定した場合、および他の運転中と同程度とした比較例の場合のシミュレーション結果を示す図である。
【００８７】
図９を参照して、時刻０においてエンジンが始動されるが、このとき比較例では圧力差目標値ΔＰＲが上段のグラフにおける破線Ｗ１１のように、実線Ｗ１０と比べて低く設定されている。
【００８８】
そして、エンジンが始動されると、バイパス弁開度について、本実施の形態の制御を適用した場合（中段の実線Ｗ１６）に比べて比較例（中段の破線Ｗ１７）のほうが、早く動き出している。これによって、混合ガスがバイパスされてスロットル弁への混合ガスの流入量が減少するために、スロットル弁前後の圧力差ΔＰＡの上昇が遅れる（上段の破線Ｗ１３）。
【００８９】
これに応答して、燃焼室へ供給する混合ガス量を増加させるためにスロットル弁開度量が増加されるが、スロットル弁開度が開度上限ＵＬにまで達してしまい（中段の破線Ｗ１５）、結果として、始動直後のガスエンジンの出力が低い状態で停滞してしまう（下段の破線Ｗ２０）。
【００９０】
これに対して、本実施の形態の制御を適用した場合には、始動時の圧力差目標値ΔＰＲが高く、エンジン始動直後のバイパス弁の開度が緩やかに増加するので（中段の実線Ｗ１６）、圧力差ΔＰＡが迅速に立ち上がる（上段の実線Ｗ１２）。そして、スロットル弁開度が上限に達することなく制御感度が相対的に高い範囲で動作する（中段の実線Ｗ１４）。これによって、始動直後におけるエンジン出力の停滞が抑制される。
【００９１】
（負荷に応じた圧力差目標値設定の効果−１）
図１０は、本実施の形態の制御のように負荷に応じて圧力差目標値ΔＰＲを変化させた場合、および圧力差目標値ΔＰＲを低負荷時に適合させたときの値に固定した比較例の場合のシミュレーション結果を示す図である。なお、差異を明確にするために、比較例における始動時の圧力差目標値ΔＰＲは、本実施の形態と同様に設定している。
【００９２】
図１０を参照して、エンジン始動後、エンジン出力が低い低負荷時においては、圧力差目標値ΔＰＲが適切に設定されているために、本実施の形態の制御と同様の挙動を示している。しかしながら、圧力差目標値ΔＰＲが低負荷時に適合されているため、負荷が増加するに連れて、圧力目標値ΔＰＲが最適な値よりも低くなってしまう（上段の破線Ｗ３１）。これに応答して、スロットル弁への給入圧力を低下させるために、最適な状態に比べてバイパス弁開度が大きくなる（中段の破線Ｗ３７）。
【００９３】
そうすると、混合ガス量を増加させるためにスロットル弁開度が大きくなり、開度上限ＵＬに到達する（中段の破線Ｗ３５）。これによって、必要とされる混合ガス量が確保できなくなり、エンジン出力が低下する（下段の破線Ｗ４０）。
【００９４】
これに対して、本実施の形態の制御を適用した場合には、高負荷時における圧力差目標値ΔＰＲが低負荷時に比べて高く設定されるので（上段の実線Ｗ３０）、高負荷時のバイパス弁の開度が大きくなることが抑制される（中段の実線Ｗ３６）。そして、スロットル弁開度が上限に達することなく制御感度が相対的に高い範囲で動作する（中段の実線Ｗ３４）。これによって、高負荷時のエンジン出力の停滞が抑制される（下段の実線Ｗ３９）。
【００９５】
（負荷に応じた圧力差目標値設定の効果−２）
図１１は、本実施の形態の制御のように負荷に応じて圧力差目標値ΔＰＲを変化させた場合、および圧力差目標値ΔＰＲを高負荷時に適合させたときの値に固定した比較例の場合のシミュレーション結果を示す図である。
【００９６】
図１１を参照して、この場合には、圧力差目標値ΔＰＲが高負荷時に適合されているので、低負荷時においては最適な目標値に比べて高い目標値に設定される（上段の破線Ｗ５１）。そのため、高負荷の状態においては最適な制御がなされるが、エンジン始動直後の低負荷時においては、バイパス弁開度が小さく設定され（中段の破線Ｗ５７）、実際の圧力差ΔＰＡが大きくなる（上段の破線Ｗ５３）。そして、燃焼室への混合ガス量を低下させるためにスロットル弁開度が小さく設定される（中段の破線Ｗ５５）。これによって、スロットル弁の動作範囲が制御感度の低い領域となってしまうため、エンジン出力が不安定になる（下段の破線Ｗ６０）。
【００９７】
これに対して、本実施の形態の制御を適用した場合には、低負荷時における圧力差目標値ΔＰＲが高負荷時に比べて低く設定されるので（上段の実線Ｗ５０）、低負荷時のバイパス弁の開度が小さくなることが抑制され（中段の実線Ｗ５６）、スロットル弁開度低下させられることなく制御感度が相対的に高い範囲で動作する（中段の実線Ｗ５４）。これによって、高負荷時のエンジン出力の停滞が抑制される（下段の実線Ｗ５９）。
【００９８】
（フィードバックゲイン低減の効果）
図１２は、本実施の形態の制御のようにフィードバックゲインを低下させた場合、およびフィードバックゲインを高く設定した比較例の場合のシミュレーション結果を示す図である。
【００９９】
図１２を参照して、圧力差目標値ΔＰＲについては、比較例の場合も本実施の形態における制御の場合と同じであるが（上段のＷ７０，Ｗ７１）、比較例においてはフィードバックゲインが高く設定されているために、バイパス弁開度の変化が早く、過制御となってハンチング状態となる（中段の破線Ｗ７７）。これによって、実際の圧力差ΔＰＡも振動的に変化する（上段の破線Ｗ７３）。そうすると、この圧力差ΔＰＡの変動に応答してスロットル弁開度が変動し（中段の破線Ｗ７５）、結果としてエンジン出力についても不安定な状態となる（下段の破線Ｗ８０）。
【０１００】
これに対して、本実施の形態の制御を適用した場合には、フィードバックゲインを小さく設定することによって、バイパス弁開度が過制御状態となることが防止されるので（中断の実線Ｗ７６）、実際の圧力差およびスロットル弁開度の変動が抑制されて（上段の実線Ｗ７２，中段の実線Ｗ７４）、エンジン出力のハンチングが抑制される（下段の実線Ｗ８０）。
【０１０１】
以上説明したように、混合ガスのバイパスラインを有する過給機付きの予混合式ガスエンジンシステムに、本実施の形態の制御を適用することによって、当該制御を適用しない場合と比較して、より安定したガスエンジンの運転を可能とすることができる。
【０１０２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０３】
１００ ガスエンジンシステム、１１０ エンジン本体部、１１１ 燃焼室、１１２ ピストン、１２０ エアフィルタ、１３０ 燃料ガス量調整器、１４０ ミキサ、１５０ スロットル弁、１６０ バイパス弁、１７０ 過給機、１７１ タービン、１７２ コンプレッサ、２００ 減算部、２１０，２２０，２３０ 係数部、２４０ 積分部、２５０ 微分部、２６０ 加算部、３００ 制御装置、３１０ 制御部、３２０ 空燃比制御部、３２１ 空気過剰率設定部、３２２，３３２ 記憶部、３２３，３３５ 制御信号生成部、３３０ 圧力制御部、３３１ 目標圧力差設定部、３３３ 圧力差演算部、３３４ 開度設定部、３４０，３５０ 圧力計。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと空気とが予め混合されて燃焼室に供給される予混合式ガスエンジンの制御装置および予混合式ガスエンジンの制御方法、ならびに予混合式ガスエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
化石エネルギーの代替として熱分解ガスや消化ガスなどのバイオガスの有効利用が求められている。バイオガスの利用法の１つとして、バイオガスを燃料としたガスエンジンによる発電システムが注目されている。
【０００３】
ガスエンジンにおいて、燃料ガスと燃焼用の空気との比（空燃比）は重要な調整要素である。燃料ガスに対して空気が多すぎれば失火・燃焼変動が発生し、空気が少なすぎれば排気温度上昇・ノッキングといった燃焼異常の現象が発生して、安定して運転を継続できない。このため、予混合式ガスエンジンにおいては、あらかじめ目標とする空燃比を設定し、混合気の量を計測することにより、空燃比を一定に保っている。この場合、空燃比の設定値は、予め決めた代表的な燃料ガスの性状を用いて設定する。
【０００４】
たとえば、特開２００９−３６１１１号公報（特許文献１）に記載のガスエンジンでは、高カロリーガス（たとえば、ＬＰＧ（液化天然ガス）、都市ガス）を用いて運転する始動時には、空燃比の目標値は燃料が過不足なく反応するとされる理論空燃比の値に設定される。高カロリーガスから低カロリーガス（バイオガス）に切替えるときには、空燃比の目標値は、理論空燃比の値に設定されるか、もしくは混合気が一気にリーンになってしまい失火する可能性を避けるために理論空燃比の値よりもリッチになるように設定される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−３６１１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
予混合式ガスエンジンにおいては、燃焼室へ供給される混合ガスの量は、一般的に、スロットル弁の開度を調整することによって行なわれる。また、過給機が吐出する混合ガスの量は、気温などの周囲環境温度によって変化し、特に冬場のような低温の場合には、過給機が吐出する混合ガスの量が多くなるため、スロットル弁はエンジン出力を調整するために、その開度を閉じる。この結果、過給機吐出圧力が高くなり、過給機が吐出する混合ガスの量が急激に減少してしまう、いわゆるサージングが発生する場合がある。
【０００７】
このようなサージングを防止するために、スロットル弁への流入側に混合ガスのバイパスラインを設け、バイパス弁の開度を調整することによって混合ガスの一部を逃がし、スロットル弁前後の圧力差（すなわち、スロットル弁へ供給される混合ガスの給気圧力と、スロットル弁から燃焼室へ供給される混合ガスの吐出圧力との差）を制御することで燃焼室へ供給される燃料ガス量を調整する構成が採用される場合がある。
【０００８】
上記のようなバイパスラインを有するガスエンジンにおいて、安定した運転状態を確保するためには、スロットル弁およびバイパス弁を適切に制御することが必要となる。
【０００９】
本発明は、このような課題を解決するためのなされたものであって、その目的は、バイパスラインを有する予混合式ガスエンジンを安定して運転することである。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明による予混合式ガスエンジンの制御装置は、燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンを制御するための制御装置である。ガスエンジンは、混合ガスを燃焼するための燃焼室と、燃焼室への給気経路に設けられ、燃焼室への混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、混合ガスを圧縮してスロットル弁へ供給するように構成された過給機と、過給機の吐出経路と過給機への混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、スロットル弁へ供給される混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含む。制御装置は、スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するための圧力検出部と、スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、ガスエンジンの負荷に応じて圧力差の目標値を可変に設定するとともに、圧力差が設定された目標値となるようにバイパス弁の開度を調整する制御部とを備える。
【００１１】
好ましくは、制御部は、ガスエンジンの始動時に用いる圧力差の目標値を、ガスエンジンの運転中に用いる圧力差の目標値よりも高い値に設定する。
【００１２】
好ましくは、制御部は、ガスエンジンの始動時に用いる圧力差の目標値を、５０〜７０ｋＰａの範囲で設定する。
【００１３】
好ましくは、制御部は、ガスエンジンの運転中に用いる圧力差の目標値を、ガスエンジンの負荷率が高い場合には、負荷率が低い場合の値以上に設定する。
【００１４】
好ましくは、制御部は、ガスエンジンの運転中に用いる圧力差の目標値を、１０〜３５ｋＰａの範囲で設定する。
【００１５】
好ましくは、スロットル弁の開度についての所定範囲は、スロットル弁の特性において、制御感度が相対的に高くなる範囲に設定される。
【００１６】
好ましくは、スロットル弁の開度についての所定範囲は、スロットル弁を全開にした場合の開度の３０〜６０％に設定される。
【００１７】
好ましくは、スロットル弁の開度についての所定範囲は、スロットル弁を全開にした場合の開度の４０〜４５％に設定される。
【００１８】
好ましくは、制御部は、バイパス弁の開度をフィードバック制御により制御し、圧力差の目標値を可変に設定する場合は、圧力差の目標値を固定値とする場合に比べて、フィードバック制御に用いるゲインを小さく設定する。
【００１９】
好ましくは、制御部は、ＰＩＤ制御によりフィードバック制御を実行する。制御部は、ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、比例ゲインを０．０１〜０．１の範囲で設定する。
【００２０】
好ましくは、制御部は、ＰＩＤ制御によりフィードバック制御を実行する。制御部は、ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、積分ゲインを０．０１〜０．１の範囲で設定する。
【００２１】
好ましくは、制御部は、ＰＩＤ制御によりフィードバック制御を実行する。制御部は、ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、微分ゲインを１〜１００の範囲で設定する。
【００２２】
好ましくは、制御部は、ＰＩＤ制御によりフィードバック制御を実行する。制御部は、ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、比例ゲインを０．０５に設定し、積分ゲインを０．０５に設定し、微分ゲインを９８に設定する。
【００２３】
本発明による予混合式ガスエンジンの制御方法は、燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンについての制御方法である。ガスエンジンは、混合ガスを燃焼するための燃焼室と、燃焼室への給気経路に設けられ、燃焼室への混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、混合ガスを圧縮してスロットル弁へ供給するように構成された過給機と、過給機の吐出経路と過給機への混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、スロットル弁へ供給される混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含む。制御方法は、スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するステップと、スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、ガスエンジンの負荷に応じて圧力差の目標値を可変に設定するステップと、圧力差が設定された目標値となるようにバイパス弁の開度を調整するステップとを備える。
【００２４】
本発明による予混合式ガスエンジンシステムは、燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンと、ガスエンジンを制御するための制御装置とを備える。ガスエンジンは、混合ガスを燃焼するための燃焼室と、燃焼室への給気経路に設けられ、燃焼室への混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、混合ガスを圧縮してスロットル弁へ供給するように構成された過給機と、過給機の吐出経路と過給機への混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、スロットル弁へ供給される混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含む。制御装置は、スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するための圧力検出部と、スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、ガスエンジンの負荷に応じて圧力差の目標値を可変に設定するとともに、圧力差が設定された目標値となるようにバイパス弁の開度を調整する制御部とを含む。
【発明の効果】
【００２５】
本発明によれば、バイパスラインを有する予混合式ガスエンジンを安定して運転することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本実施の形態に従う予混合式ガスエンジンシステムの全体ブロック図である。
【図２】バタフライ弁の流量特性の一例を示す図である。
【図３】本実施の形態に従う予混合式ガスエンジンシステムにおける制御装置の構成の一例を示す機能ブロック図である。
【図４】図３の空燃比制御部の記憶部に記憶される空気過剰率の設定テーブルの一例を示す図である。
【図５】図３の圧力制御部の記憶部に記憶される目標圧力差の設定マップの一例を示す図である。
【図６】図３の圧力制御部の制御信号生成部で実行されるフィードバック制御を説明するための図である。
【図７】本実施の形態において、圧力制御部で実行されるスロットル弁の圧力差制御処理を説明するためのフローチャートである。
【図８】図７のＳ１３０における圧力差目標値演算処理の詳細の一例を示すフローチャートである。
【図９】本実施の形態に従う圧力差制御処理における、始動時圧力差設定制御を適用した場合の効果を説明するための図である。
【図１０】本実施の形態に従う圧力差制御処理における、負荷に応じた圧力差設定制御を適用した場合の効果を説明するための第１の図である。
【図１１】本実施の形態に従う圧力差制御処理における、負荷に応じた圧力差設定制御を適用した場合の効果を説明するための第２の図である。
【図１２】本実施の形態に従う圧力差制御処理における、フィードバック制御におけるゲイン変更制御を適用した場合の効果を説明するための図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照して詳しく説明する。なお、同一または相当する部分には同一の参照符号を付して、その説明を繰返さない。
【００２８】
［予混合ガスエンジンシステムの基本構成］
図１は、本実施の形態に従う予混合式ガスエンジンシステム１００の全体ブロック図である。予混合式ガスエンジンシステム１００は、ガスエンジンを構成する、エンジン本体部１１０と、エアフィルタ１２０と、燃料ガス量調整器１３０と、ミキサ１４０と、スロットル弁１５０と、バイパス弁１６０と、過給機１７０とを備える。また、予混合式ガスエンジンシステム１００は、ガスエンジンを制御するための制御装置を形成する、制御部３１０と、圧力計３４０，３５０とを備える。制御部３１０は、空燃比制御部３２０と、圧力制御部３３０とを含む。
【００２９】
ガスエンジンは、燃料ガスと空気とが予め混合された混合ガスが燃焼室１１１に吸入される予混合式のガスエンジンである。本実施の形態におけるガスエンジンにおいては、燃料ガスとして熱分解ガスや消化ガスなどのバイオガスを用いることができる。吸入された混合ガスは、燃焼室１１１内で点火されて燃焼し、発生する熱エネルギによってピストン１１２を駆動する。ガスエンジンの出力軸（図示せず）は、たとえば発電機（図示せず）に結合され、ガスエンジンの駆動力を用いて発電が行なわれる。
【００３０】
ミキサ１４０は、エアフィルタ１２０を通して供給される空気と、燃料ガス量調整器１３０で調整された燃料ガスとを混合して混合ガスを生成する。エアフィルタ１２０は、ミキサ１４０に供給する空気に含まれるゴミなどを除去する。燃料ガス量調整器１３０は、空燃比制御部３２０からの制御信号ＧＳＲによって制御され、外部の燃料タンク（図示せず）等から供給される燃料ガスの流量を調整する。
【００３１】
過給機１７０は、排気タービン駆動式の過給機（いわゆる、ターボチャージャ）である。過給機１７０は、たとえば、同じ回転軸に結合されたタービン１７１およびコンプレッサ１７２を含む。タービン１７１は、燃焼室１１１から排出された排気ガスによって回転する。コンプレッサ１７２は、タービン１７１が回転することに連動して回転し、ミキサ１４０で生成された混合ガスを加圧して、スロットル弁１５０を介して燃焼室１１１へ供給する。
【００３２】
スロットル弁１５０は、過給機１７０のコンプレッサ１７２と燃焼室１１１との間の、混合ガスの流れる経路に設けられる。スロットル弁１５０は、エンジン本体部１１０の出力に応じて開度を調整し、燃焼室１１１へ供給する混合ガスの流量を調整する。
【００３３】
バイパス弁１６０は、コンプレッサ１７２からスロットル弁１５０への混合ガスの吐出経路と、ミキサ１４０からコンプレッサ１７２への混合ガスの流入経路とを連通させる経路（バイパスライン）に設けられる。バイパス弁１６０が開かれると、コンプレッサ１７２からスロットル弁１５０へ供給される混合ガスの一部が、バイパス弁１６０を通って、コンプレッサ１７２の流入側の経路へバイパスされる。このバイパス弁１６０の開度を制御することによって、スロットル弁１５０へ供給される混合ガスの流入圧力を調整することができる。
【００３４】
制御部３１０に含まれる空燃比制御部３２０および圧力制御部３３０は、いずれも図１には図示しないがＣＰＵ（Central Processing Unit）、記憶装置および入出力バッファを含む。空燃比制御部３２０および圧力制御部３３０は、各センサ等からの信号の入力に基づいて各機器への制御信号の出力を行なって、ガスエンジンの各機器を制御する。なお、これらの制御については、ソフトウェアによる処理に限られず、専用のハードウェア（電子回路）で処理することも可能である。
【００３５】
空燃比制御部３２０は、エンジン本体部１１０の回転速度ＮＲＥおよび負荷率（定格出力に対する現在のエンジン出力の比率）ＬＤＲに応じた空気過剰率を設定する。空燃比制御部３２０は、燃料ガスの種類に応じて予め設定される理論空気量に上記空気過剰率を乗じることによって空燃比の目標値を設定する。そして、空燃比制御部３２０は、圧力計３５０によって検出された圧力から混合ガスの流量を算出し、さらに現在の供給ガス量から空気量を算出することにより、実際の空燃比が設定された空燃比の目標値となるように、燃料ガス量調整器１３０への制御信号ＧＳＲを生成する。この制御信号ＧＳＲに基づいて燃料ガス量調整器１３０が制御されて、燃料ガスの流量が調整される。
【００３６】
圧力計３４０は、スロットル弁１５０の流入側の経路に設けられ、スロットル弁１５０へ供給される混合ガスの圧力（すなわち、過給機１７０の吐出圧）を検出し、その検出値ＰＩＮを圧力制御部３３０へ出力する。圧力計３５０は、スロットル弁１５０の吐出側の経路に設けられ、スロットル弁１５０から燃焼室１１１へ供給される混合ガスの圧力を検出し、その検出値ＰＯＵＴを圧力制御部３３０へ出力する。
【００３７】
圧力制御部３３０は、圧力計３４０，３５０で検出されたスロットル弁１５０の流入圧力ＰＩＮおよび吐出圧力ＰＯＵＴを受ける。圧力制御部３３０は、これら情報に基づいて、制御信号ＳＩＧを生成してバイパス弁１６０の開度を制御する。
【００３８】
［ガスエンジンシステムの問題点］
予混合式ガスエンジンシステムにおいては、上述のように、燃焼室へ供給される混合ガスの量は、スロットル弁の開度を調整することによって行なわれる。過給機が吐出する混合ガスの量は、気温などの周囲環境温度によって変化し、夏場のように温度が高くなると過給機が吐出する混合ガスの量が減少する。そうすると、スロットル弁はエンジン出力を調整するために、その開度を開ける。それでも混合ガスが足りないと、エンジン出力が低下する場合がある。逆に、冬場のような低温の場合には、過給機が吐出する混合ガスの量が多くなる。そうすると、スロットル弁はエンジン出力を調整するために、その開度を閉じる。この結果、過給機吐出圧力が高くなり、過給機から供給される混合ガスが急激に減少してしまう、いわゆるサージングが発生する場合がある。
【００３９】
このようなサージングを防止するために、図１のように、スロットル弁への流入側に混合ガスのバイパスラインを設ける構成とし、バイパス弁の開度を調整することによって混合ガスの一部を逃がして過給機吐出圧力を低減する手法が採用される場合がある。
【００４０】
スロットル弁としては、たとえば、バタフライ弁が用いられる場合がある。このバタフライ弁の開度に対する流量特性は、図２に示されるように、一般的に弁開度が中央付近の領域ＡＲ１（３０〜６０％）であるときに、開度変化量に対する流量変化量が大きく（すなわち、制御感度が高く）、制御性が良くなる特性を有している。逆に、弁開度が小さい場合（０〜３０％）あるいは、弁開度が大きい場合（６０〜１００％）では、相対的に制御感度が低くなる。そのため、負荷変動に対して応答よく混合ガスの流量を調整する場合には、スロットル弁の制御性が高くなる動作範囲（３０〜６０％）を使用することが望ましい。また、特に、弁開度が４０〜４５％の動作範囲となるようにすることがより好ましい。
【００４１】
混合ガスの流量は、エンジン出力によって概ね決まる。また、同じ混合ガス量であれば、スロットル弁前後の圧力差によって、スロットル弁の開度は概ね決まる。図１に示したようなバイパスラインを有するガスエンジンにおける混合ガスの流量制御においては、スロットル弁前後の圧力差を、バイパス弁開度を調整することによって所定の圧力差（固定値）になるように制御し、負荷変動に応じてスロットル弁の開度を調整する手法が採用される場合がある。
【００４２】
しかしながら、このような場合においては、圧力差の設定を低負荷状態に適合させたときには高負荷時にスロットル開度が開きすぎ、また高負荷状態に適合させたときには低負荷時にスロットル開度が閉じすぎるといった状態となり、エンジンの負荷状態の全域にわたって、スロットル弁の制御性が高くなる動作範囲を使用することができなくなる。そうすると、エンジンの安定した運転状態を保つことができない場合が生じ得る。
【００４３】
また、ガスエンジンの始動の際にもバイパス弁が開いてしまうため、エンジンの始動に必要な混合ガス量が十分に確保できず、エンジンの回転上昇や負荷上昇ができなくなったりする場合もあり得る。
【００４４】
そのため、本実施の形態においては、負荷状態に応じてスロットル弁前後の圧力差を可変に設定し、それによって、エンジンの負荷状態の全域にわたって、スロットル弁を制御性が高くなる動作範囲で使用する混合ガスの流量制御を行なう。
【００４５】
［制御構成の説明］
図３は、本実施の形態に従う予混合式ガスエンジンシステム１００における制御装置３００の構成の一例を示す機能ブロック図であり、特に、空燃比制御部３２０および圧力制御部３３０の詳細な構成が示される。図３に示される各機能ブロックは、ハードウェア的あるいはソフトウェア的な処理によって実現される。
【００４６】
図１および図３を参照して、空燃比制御部３２０は、空気過剰率設定部３２１と、記憶部３２２と、制御信号生成部３２３とを含む。
【００４７】
空気過剰率設定部３２１は、図示しないエンジン制御部から、エンジン本体部１１０の回転速度ＮＲＥおよび負荷率ＬＤＲを受ける。空気過剰率設定部３２１は、これらの情報に基づいて、記憶部３２２に予め記憶された図４のような設定テーブル、あるいは設定マップを用いて、空気過剰率ＡＩＲを設定する。そして、空気過剰率設定部３２１は、設定された空気過剰率ＡＩＲを制御信号生成部３２３へ出力する。
【００４８】
制御信号生成部３２３は、空気過剰率設定部からの空気過剰率ＡＩＲと、圧力計３５０によって検出された圧力ＰＯＵＴとを受ける。制御信号生成部３２３は、圧力ＰＯＵＴから、燃焼室１１１へ供給される混合ガスの流量ＦＬＷを算出する。また、制御信号生成部３２３は、燃料ガスの種類によって予め定められた理論空気量と空気過剰率ＡＩＲとから目標となる空燃比を決定する。そして、制御信号生成部３２３は、算出した流量ＦＬＷと現在の供給ガス量から求めた空気量に応じて、算出した空燃比が得られるように、燃料ガス量調整器１３０から供給される燃料ガスの流量を調整するための制御信号ＧＳＲを生成する。
【００４９】
圧力制御部３３０は、目標圧力差設定部３３１と、記憶部３３２と、圧力差演算部３３３と、開度設定部３３４と、制御信号生成部３３５とを含む。
【００５０】
目標圧力差設定部３３１は、エンジン制御部（図示せず）からの負荷率ＬＤＲを受ける。目標圧力差設定部３３１は、この負荷率ＬＤＲに基づいて、記憶部３３２に予め記憶された設定テーブルあるいは設定マップを用いて目標圧力差ΔＰＲを設定し、その設定値を開度設定部３３４へ出力する。
【００５１】
図５は、記憶部３３２に記憶される目標圧力差ΔＰＲの設定マップの一例を示す図である。図５の設定マップにおいては、負荷率ＬＤＲがＬ０（＝０％）からＬ５（＝１００％）までの６点に対応する、圧力差目標値ΔＰＲ Ｐ０からＰ５が設定されている。そして、たとえば、取得した負荷率ＬＤＲが、Ｌ１とＬ２との間のＬｘである場合には、目標値はＰ１とＰ２とを直線補完した直線上の点に対応した値（図５中のＰｘ）として算出される。なお、図５の設定マップは一例であり、圧力差目標値ΔＰＲはエンジン本体部１１０の特性に応じて任意に設定可能である。また、図５のようなマップに代えて、所定の演算式や、図４に示したような設定テーブルを用いて設定するようにしてもよい。
【００５２】
再び図３を参照して、圧力差演算部３３３は、圧力計３４０，３５０でそれぞれ検出された圧力ＰＩＮ，ＰＯＵＴから、スロットル弁１５０前後の実際の圧力差ΔＰＡを演算する。圧力差演算部３３３は、演算により求めた圧力差ΔＰＡを開度設定部３３４へ出力する。
【００５３】
開度設定部３３４は、目標圧力差設定部３３１からの圧力差目標値ΔＰＲと、圧力差演算部３３３からの圧力差の実績値ΔＰＡを受ける。開度設定部３３４は、圧力差目標値ΔＰＲと実際の圧力差ΔＰＡに基づいて、ＰＩＤ制御（比例積分微分制御）を用いたフィードバック制御を行ない、バイパス弁１６０の開度目標値ＯＰＲを設定し、その設定値を制御信号生成部３３５へ出力する。
【００５４】
制御信号生成部３３５は、開度設定部３３４からの開度目標値ＯＰＲに基づいて、バイパス弁１６０を駆動するための制御信号ＳＩＧを生成する。
【００５５】
図６は、制御信号生成部３３５で実行されるフィードバック制御を説明するための図である。図３および図６を参照して、制御信号生成部３３５は、減算部２００と、係数部２１０，２２０，２３０と、積分部２４０と、微分部２５０と、加算部２６０とを含む。
【００５６】
減算部２００は、目標圧力差設定部３３１で設定された圧力差目標値ΔＰＲから、圧力差演算部３３３で検出された圧力差ΔＰＡを減じて、それらの偏差を算出する。係数部２１０は、算出された偏差に比例ゲイン（１／Ｋｐ）を乗じる。係数部２２０は、算出された偏差に積分ゲイン（１／Ｋｉ）を乗じる。そして、係数部２２０の出力は、積分部２４０によって積分される。係数部２３０は、算出された偏差に微分ゲイン（Ｋｄ）を乗じる。係数部２３０の出力は、微分部２５０によって微分される。加算部２６０は、係数部２１０、積分部２４０、および微分部２５０からの出力を加算することによって、バイパス弁１６０を駆動するための制御信号ＳＩＧを生成する。
【００５７】
以上の操作によって、設定された開度目標値ＯＰＲに応じた制御信号ＳＩＧが設定される。
【００５８】
図７は、本実施の形態において、圧力制御部３３０で実行されるスロットル弁１５０の圧力差制御処理を説明するためのフローチャートである。図７および以降に説明する図８に示すフローチャートは、圧力制御部３３０に予め格納されたプログラムがメインルーチンから呼び出されて、所定周期で実行されることによって処理が実現される。あるいは、一部のステップについては、専用のハードウェア（電子回路）を構築して処理を実現することも可能である。
【００５９】
図１および図７を参照して、圧力制御部３３０は、ステップ（以下、ステップをＳと略す。）１００にて、フィードバックゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄを設定する。このときのフィードバックゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄは、負荷率にかかわらず圧力差を固定値に設定する場合に比べて低く設定することが好ましい。これは、本実施の形態の圧力差制御においては、スロットル弁１５０を制御感度の高い動作範囲で使用するため、これらのフィードバックゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄを高めに設定した場合には高応答になりすぎて、かえってハンチング等が生じて不安定となることを抑制するためである。
【００６０】
フィードバックゲインＫｐ，Ｋｉ，Ｋｄの設定値としては、たとえば、圧力差を固定値に設定する場合がＫｐ＝１，Ｋｉ＝１，Ｋｄ＝１００であるとしたときには、本制御においては、Ｋｐ＝０．０１〜０．１，Ｋｉ＝０，０１〜０．１，Ｋｄ＝１〜１００の範囲で設定することが好ましい。さらに好ましくは、Ｋｐ＝０．０５，Ｋｉ＝０．０５，Ｋｄ＝９８と設定するようにしてもよい。
【００６１】
その後、圧力制御部３３０は、Ｓ１１０にて、エンジン本体部１１０が起動中であるか否かを判定する。なお、エンジン起動中には、エンジン本体部１１０の起動開始（始動）の場合および運転継続中の場合が含まれる。
【００６２】
エンジン本体部１１０が起動中でない場合（Ｓ１１０にてＮＯ）は、当該圧力差制御は必要ないので、圧力制御部３３０は以降の処理をスキップして処理を終了する。
【００６３】
エンジン本体部１１０が起動中の場合（Ｓ１１０にてＹＥＳ）は、Ｓ１２０に処理が進められ、圧力制御部３３０は、現在のエンジン本体部１１０の負荷率ＬＤＲを取得する。そして、圧力制御部３３０は、Ｓ１３０にて、取得した負荷率ＬＤＲを用いて、負荷率ＬＤＲに応じた圧力差目標ΔＰＲを演算する。Ｓ１３０の詳細な制御は、図８にて後述する。
【００６４】
その後、圧力制御部３３０は、Ｓ１４０にて、圧力計３４０，３５０でそれぞれ検出された圧力検出値ＰＩＮ，ＰＯＵＴから現在の実圧力差ΔＰＡを演算する。そして、圧力制御部３３０は、Ｓ１５０にて、圧力差目標値ΔＰＲおよび実圧力差ΔＰＡを用いてバイパス弁１６０の開度指令値を演算するとともに、図６で示したようなフィードバック制御を行なって、バイパス弁１６０の開度を制御する。
【００６５】
そして、圧力制御部３３０は、処理をＳ１６０に進めて、エンジン本体部１１０が停止されたか否かを判定する。
【００６６】
エンジン本体部１１０が停止されておらず、運転が継続される場合（Ｓ１６０にてＮＯ）は、処理がＳ１２０に戻されて、圧力制御部３３０は、負荷率ＬＤＲに応じたバイパス弁１６０の開度制御を継続する。
【００６７】
エンジン本体部１１０が停止された場合（Ｓ１６０にてＹＥＳ）は、圧力制御部３３０は、当該処理を終了する。
【００６８】
次に、図８を用いて、図７のステップＳ１３０における圧力差目標値ΔＰＲの演算処理の詳細を説明する。なお、図８においては、図５で示した設定マップを用いる場合を例として説明する。
【００６９】
図８を参照して、圧力制御部３３０は、Ｓ２００にて、図７のＳ１２０で取得した負荷率ＬＤＲがＬ５以上（ＬＤＲ≧Ｌ５）であるか否かを判定する。
【００７０】
負荷率ＬＤＲがＬ５以上の場合（Ｓ２００にてＹＥＳ）は、処理がＳ２０５に進められて、圧力制御部３３０は、圧力差目標値ΔＰＲをＰ５に設定する。そして、圧力制御部３３０は、処理を図７のＳ１４０へ進める。
【００７１】
負荷率ＬＤＲがＬ５未満の場合（Ｓ２００にてＮＯ）は、処理がＳ２１０に進められ、圧力制御部３３０は、負荷率ＬＤＲがＬ４以上Ｌ５未満（Ｌ４≦ＬＤＲ＜Ｌ５）であるか否かを判定する。
【００７２】
負荷率ＬＤＲがＬ４以上Ｌ５未満である場合（Ｓ２１０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２１５に進められ、圧力制御部３３０は、図５の点Ａ４と点Ａ５とを直線補完した直線上における、取得した負荷率ＬＤＲに対応する圧力差目標値ΔＰＲを、以下の式（１）によって演算し、その後、処理をＳ１４０に進める。
【００７３】
ΔＰＲ＝｛（Ｐ５−Ｐ４）／（Ｌ５−Ｌ４）｝・（ＬＤＲ−Ｌ４）＋Ｐ４ … （１）
負荷率ＬＤＲがＬ４未満である場合（Ｓ２１０にてＮＯ）は、処理がＳ２２０に進められ、圧力制御部３３０は、負荷率ＬＤＲがＬ３以上Ｌ４未満（Ｌ３≦ＬＤＲ＜Ｌ４）であるか否かを判定する。
【００７４】
負荷率ＬＤＲがＬ３以上Ｌ４未満である場合（Ｓ２２０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２２５に進められ、圧力制御部３３０は、圧力差目標値ΔＰＲを、以下の式（２）によって演算し、その後、処理をＳ１４０に進める。
【００７５】
ΔＰＲ＝｛（Ｐ４−Ｐ３）／（Ｌ４−Ｌ３）｝・（ＬＤＲ−Ｌ３）＋Ｐ３ … （２）
負荷率ＬＤＲがＬ３未満である場合（Ｓ２２０にてＮＯ）は、処理がＳ２３０に進められ、圧力制御部３３０は、負荷率ＬＤＲがＬ２以上Ｌ３未満（Ｌ２≦ＬＤＲ＜Ｌ３）であるか否かを判定する。
【００７６】
負荷率ＬＤＲがＬ２以上Ｌ３未満である場合（Ｓ２３０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２３５に進められ、圧力制御部３３０は、圧力差目標値ΔＰＲを、以下の式（３）によって演算し、その後、処理をＳ１４０に進める。
【００７７】
ΔＰＲ＝｛（Ｐ３−Ｐ２）／（Ｌ３−Ｌ２）｝・（ＬＤＲ−Ｌ２）＋Ｐ２ … （３）
負荷率ＬＤＲがＬ２未満である場合（Ｓ２３０にてＮＯ）は、処理がＳ２４０に進められ、圧力制御部３３０は、負荷率ＬＤＲがＬ１以上Ｌ２未満（Ｌ１≦ＬＤＲ＜Ｌ２）であるか否かを判定する。
【００７８】
負荷率ＬＤＲがＬ１以上Ｌ２未満である場合（Ｓ２４０にてＹＥＳ）は、処理がＳ２４５に進められ、圧力制御部３３０は、圧力差目標値ΔＰＲを、以下の式（４）によって演算し、その後、処理をＳ１４０に進める。
【００７９】
ΔＰＲ＝｛（Ｐ２−Ｐ１）／（Ｌ２−Ｌ１）｝・（ＬＤＲ−Ｌ１）＋Ｐ１ … （４）
負荷率ＬＤＲがＬ１未満である場合（Ｓ２４０にてＮＯ）は、処理がＳ２５０に進められ、圧力制御部３３０は、圧力差目標値ΔＰＲを、以下の式（５）によって演算し、その後、処理をＳ１４０に進める。
【００８０】
ΔＰＲ＝｛（Ｐ１−Ｐ０）／（Ｌ１−Ｌ０）｝・（ＬＤＲ−Ｌ０）＋Ｐ０ … （５）
ここで、負荷率ＬＤＲが０％の場合はエンジン本体部１１０の始動時を示しており、このときの圧力目標値ΔＰＲは、負荷率ＬＤＲがゼロより大きいエンジン本体部１１０の運転中に比べて大きく設定される。これは、上述の問題点において説明したように、エンジン始動時にバイパス弁１６０が開いてしまうことによって、燃焼室１１１へ供給される混合ガス量が少なくなり、それによってエンジンが適切に始動ができなくなることを防止するためである。すなわち、圧力目標値ΔＰＲを大きくすることでバイパス弁１６０を閉止状態とする。
【００８１】
圧力差目標値ΔＰＲは、たとえば、エンジン運転中（Ｐ１〜Ｐ５）は約１０〜３５ｋＰａの範囲で適宜設定され、一方エンジン始動時（Ｐ０）は約５０〜７０ｋＰａの範囲で設定される。より好ましくは、エンジン始動時の圧力差目標値ΔＰＲは、約６０ｋＰａに設定される。
【００８２】
なお、図８に示されたステップＳ１３０の処理については、採用される設定マップや設定式、設定テーブルに応じて適宜変更される。
【００８３】
以上のような処理に従って制御を行なうことによって、混合ガスのバイパスラインを有する過給機付きの予混合式ガスエンジンシステムにおいて、スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との圧力差の目標値をガスエンジンの負荷に応じて可変に設定し、圧力差が目標値となるようにバイパス弁の開度を調整することができる。これによって、ガスエンジン始動時の混合ガス量を確保できるとともに、ガスエンジン運転中は、制御感度の高い範囲でスロットル弁の開度が維持されるので、始動時および負荷変動が生じた場合でも応答よく、かつ安定した運転をすることが可能となる。
【００８４】
［本実施の形態を適用した場合の実行例］
以下、図９から図１２を用いて、本実施の形態を適用した場合の効果について説明する。これらの図は、本実施の形態の制御を適用した場合と、制御の一部を適用しない比較例の場合とを比較したシミュレーションの結果を示したものである。
【００８５】
なお、図９から図１２においては、横軸には時間が示され、縦軸には、圧力差の目標値ΔＰＲと実績値ΔＰＡ（上段）、スロットル弁およびバイパス弁の弁開度（中段）、および、エンジン回転数と発電電力（下段）が示される。また、図中において、実線は本実施の形態の制御を適用した場合であり、破線は比較例の場合を示す。
【００８６】
（始動時の圧力差目標値設定の効果）
図９は、エンジン始動時の圧力差目標値ΔＰＲを、本実施の形態の制御のように他の運転中よりも高く設定した場合、および他の運転中と同程度とした比較例の場合のシミュレーション結果を示す図である。
【００８７】
図９を参照して、時刻０においてエンジンが始動されるが、このとき比較例では圧力差目標値ΔＰＲが上段のグラフにおける破線Ｗ１１のように、実線Ｗ１０と比べて低く設定されている。
【００８８】
そして、エンジンが始動されると、バイパス弁開度について、本実施の形態の制御を適用した場合（中段の実線Ｗ１６）に比べて比較例（中段の破線Ｗ１７）のほうが、早く動き出している。これによって、混合ガスがバイパスされてスロットル弁への混合ガスの流入量が減少するために、スロットル弁前後の圧力差ΔＰＡの上昇が遅れる（上段の破線Ｗ１３）。
【００８９】
これに応答して、燃焼室へ供給する混合ガス量を増加させるためにスロットル弁開度量が増加されるが、スロットル弁開度が開度上限ＵＬにまで達してしまい（中段の破線Ｗ１５）、結果として、始動直後のガスエンジンの出力が低い状態で停滞してしまう（下段の破線Ｗ２０）。
【００９０】
これに対して、本実施の形態の制御を適用した場合には、始動時の圧力差目標値ΔＰＲが高く、エンジン始動直後のバイパス弁の開度が緩やかに増加するので（中段の実線Ｗ１６）、圧力差ΔＰＡが迅速に立ち上がる（上段の実線Ｗ１２）。そして、スロットル弁開度が上限に達することなく制御感度が相対的に高い範囲で動作する（中段の実線Ｗ１４）。これによって、始動直後におけるエンジン出力の停滞が抑制される。
【００９１】
（負荷に応じた圧力差目標値設定の効果−１）
図１０は、本実施の形態の制御のように負荷に応じて圧力差目標値ΔＰＲを変化させた場合、および圧力差目標値ΔＰＲを低負荷時に適合させたときの値に固定した比較例の場合のシミュレーション結果を示す図である。なお、差異を明確にするために、比較例における始動時の圧力差目標値ΔＰＲは、本実施の形態と同様に設定している。
【００９２】
図１０を参照して、エンジン始動後、エンジン出力が低い低負荷時においては、圧力差目標値ΔＰＲが適切に設定されているために、本実施の形態の制御と同様の挙動を示している。しかしながら、圧力差目標値ΔＰＲが低負荷時に適合されているため、負荷が増加するに連れて、圧力目標値ΔＰＲが最適な値よりも低くなってしまう（上段の破線Ｗ３１）。これに応答して、スロットル弁への給入圧力を低下させるために、最適な状態に比べてバイパス弁開度が大きくなる（中段の破線Ｗ３７）。
【００９３】
そうすると、混合ガス量を増加させるためにスロットル弁開度が大きくなり、開度上限ＵＬに到達する（中段の破線Ｗ３５）。これによって、必要とされる混合ガス量が確保できなくなり、エンジン出力が低下する（下段の破線Ｗ４０）。
【００９４】
これに対して、本実施の形態の制御を適用した場合には、高負荷時における圧力差目標値ΔＰＲが低負荷時に比べて高く設定されるので（上段の実線Ｗ３０）、高負荷時のバイパス弁の開度が大きくなることが抑制される（中段の実線Ｗ３６）。そして、スロットル弁開度が上限に達することなく制御感度が相対的に高い範囲で動作する（中段の実線Ｗ３４）。これによって、高負荷時のエンジン出力の停滞が抑制される（下段の実線Ｗ３９）。
【００９５】
（負荷に応じた圧力差目標値設定の効果−２）
図１１は、本実施の形態の制御のように負荷に応じて圧力差目標値ΔＰＲを変化させた場合、および圧力差目標値ΔＰＲを高負荷時に適合させたときの値に固定した比較例の場合のシミュレーション結果を示す図である。
【００９６】
図１１を参照して、この場合には、圧力差目標値ΔＰＲが高負荷時に適合されているので、低負荷時においては最適な目標値に比べて高い目標値に設定される（上段の破線Ｗ５１）。そのため、高負荷の状態においては最適な制御がなされるが、エンジン始動直後の低負荷時においては、バイパス弁開度が小さく設定され（中段の破線Ｗ５７）、実際の圧力差ΔＰＡが大きくなる（上段の破線Ｗ５３）。そして、燃焼室への混合ガス量を低下させるためにスロットル弁開度が小さく設定される（中段の破線Ｗ５５）。これによって、スロットル弁の動作範囲が制御感度の低い領域となってしまうため、エンジン出力が不安定になる（下段の破線Ｗ６０）。
【００９７】
これに対して、本実施の形態の制御を適用した場合には、低負荷時における圧力差目標値ΔＰＲが高負荷時に比べて低く設定されるので（上段の実線Ｗ５０）、低負荷時のバイパス弁の開度が小さくなることが抑制され（中段の実線Ｗ５６）、スロットル弁開度低下させられることなく制御感度が相対的に高い範囲で動作する（中段の実線Ｗ５４）。これによって、高負荷時のエンジン出力の停滞が抑制される（下段の実線Ｗ５９）。
【００９８】
（フィードバックゲイン低減の効果）
図１２は、本実施の形態の制御のようにフィードバックゲインを低下させた場合、およびフィードバックゲインを高く設定した比較例の場合のシミュレーション結果を示す図である。
【００９９】
図１２を参照して、圧力差目標値ΔＰＲについては、比較例の場合も本実施の形態における制御の場合と同じであるが（上段のＷ７０，Ｗ７１）、比較例においてはフィードバックゲインが高く設定されているために、バイパス弁開度の変化が早く、過制御となってハンチング状態となる（中段の破線Ｗ７７）。これによって、実際の圧力差ΔＰＡも振動的に変化する（上段の破線Ｗ７３）。そうすると、この圧力差ΔＰＡの変動に応答してスロットル弁開度が変動し（中段の破線Ｗ７５）、結果としてエンジン出力についても不安定な状態となる（下段の破線Ｗ８０）。
【０１００】
これに対して、本実施の形態の制御を適用した場合には、フィードバックゲインを小さく設定することによって、バイパス弁開度が過制御状態となることが防止されるので（中断の実線Ｗ７６）、実際の圧力差およびスロットル弁開度の変動が抑制されて（上段の実線Ｗ７２，中段の実線Ｗ７４）、エンジン出力のハンチングが抑制される（下段の実線Ｗ８０）。
【０１０１】
以上説明したように、混合ガスのバイパスラインを有する過給機付きの予混合式ガスエンジンシステムに、本実施の形態の制御を適用することによって、当該制御を適用しない場合と比較して、より安定したガスエンジンの運転を可能とすることができる。
【０１０２】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものでないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【０１０３】
１００ ガスエンジンシステム、１１０ エンジン本体部、１１１ 燃焼室、１１２ ピストン、１２０ エアフィルタ、１３０ 燃料ガス量調整器、１４０ ミキサ、１５０ スロットル弁、１６０ バイパス弁、１７０ 過給機、１７１ タービン、１７２ コンプレッサ、２００ 減算部、２１０，２２０，２３０ 係数部、２４０ 積分部、２５０ 微分部、２６０ 加算部、３００ 制御装置、３１０ 制御部、３２０ 空燃比制御部、３２１ 空気過剰率設定部、３２２，３３２ 記憶部、３２３，３３５ 制御信号生成部、３３０ 圧力制御部、３３１ 目標圧力差設定部、３３３ 圧力差演算部、３３４ 開度設定部、３４０，３５０ 圧力計。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンを制御するための制御装置であって、
前記ガスエンジンは、
前記混合ガスを燃焼するための燃焼室と、
前記燃焼室への給気経路に設けられ、前記燃焼室への前記混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、
前記燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、前記混合ガスを圧縮して前記スロットル弁へ供給するように構成された過給機と、
前記過給機の吐出経路と前記過給機への前記混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、前記スロットル弁へ供給される前記混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含み、
前記制御装置は、
前記スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するための圧力検出部と、
前記スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、前記ガスエンジンの負荷に応じて前記圧力差の目標値を可変に設定するとともに、前記圧力差が設定された目標値となるように前記バイパス弁の開度を調整する制御部とを備える、予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記ガスエンジンの始動時に用いる前記圧力差の目標値を、前記ガスエンジンの運転中に用いる前記圧力差の目標値よりも高い値に設定する、請求項１に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記ガスエンジンの始動時に用いる前記圧力差の目標値を、５０〜７０ｋＰａの範囲で設定する、請求項２に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記ガスエンジンの運転中に用いる前記圧力差の目標値を、前記ガスエンジンの負荷率が高い場合には、前記負荷率が低い場合の値以上に設定する、請求項１または２に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記ガスエンジンの運転中に用いる前記圧力差の目標値を、１０〜３５ｋＰａの範囲で設定する、請求項４に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項６】
前記スロットル弁の開度についての前記所定範囲は、前記スロットル弁の特性において、制御感度が相対的に高くなる範囲に設定される、請求項１に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項７】
前記スロットル弁の開度についての前記所定範囲は、前記スロットル弁を全開にした場合の開度の３０〜６０％に設定される、請求項６に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項８】
前記スロットル弁の開度についての前記所定範囲は、前記スロットル弁を全開にした場合の開度の４０〜４５％に設定される、請求項７に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記バイパス弁の開度をフィードバック制御により制御し、前記圧力差の目標値を可変に設定する場合は、前記圧力差の目標値を固定値とする場合に比べて、前記フィードバック制御に用いるゲインを小さく設定する、請求項１に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項１０】
前記制御部は、ＰＩＤ制御により前記フィードバック制御を実行し、
前記制御部は、前記ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、前記比例ゲインを０．０１〜０．１の範囲で設定する、請求項９に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項１１】
前記制御部は、ＰＩＤ制御により前記フィードバック制御を実行し、
前記制御部は、前記ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、前記積分ゲインを０．０１〜０．１の範囲で設定する、請求項９または１０に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項１２】
前記制御部は、ＰＩＤ制御により前記フィードバック制御を実行し、
前記制御部は、前記ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、前記微分ゲインを１〜１００の範囲で設定する、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項１３】
前記制御部は、ＰＩＤ制御により前記フィードバック制御を実行し、
前記制御部は、前記ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、前記比例ゲインを０．０５に設定し、前記積分ゲインを０．０５に設定し、前記微分ゲインを９８に設定する、請求項９に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項１４】
燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンの制御方法であって、
前記ガスエンジンは、
前記混合ガスを燃焼するための燃焼室と、
前記燃焼室への給気経路に設けられ、前記燃焼室への前記混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、
前記燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、前記混合ガスを圧縮して前記スロットル弁へ供給するように構成された過給機と、
前記過給機の吐出経路と前記過給機への前記混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、前記スロットル弁へ供給される前記混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含み、
前記制御方法は、
前記スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するステップと、
前記スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、前記ガスエンジンの負荷に応じて前記圧力差の目標値を可変に設定するステップと、
前記圧力差が設定された目標値となるように前記バイパス弁の開度を調整するステップとを備える、予混合式ガスエンジンの制御方法。
【請求項１５】
燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンと、
前記ガスエンジンを制御するための制御装置とを備え、
前記ガスエンジンは、
前記混合ガスを燃焼するための燃焼室と、
前記燃焼室への給気経路に設けられ、前記燃焼室への前記混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、
前記燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、前記混合ガスを圧縮して前記スロットル弁へ供給するように構成された過給機と、
前記過給機の吐出経路と前記過給機への前記混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、前記スロットル弁へ供給される前記混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含み、
前記制御装置は、
前記スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するための圧力検出部と、
前記スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、前記ガスエンジンの負荷に応じて前記圧力差の目標値を可変に設定するとともに、前記圧力差が設定された目標値となるように前記バイパス弁の開度を調整する制御部とを含む、予混合式ガスエンジンシステム。
【請求項１】
燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンを制御するための制御装置であって、
前記ガスエンジンは、
前記混合ガスを燃焼するための燃焼室と、
前記燃焼室への給気経路に設けられ、前記燃焼室への前記混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、
前記燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、前記混合ガスを圧縮して前記スロットル弁へ供給するように構成された過給機と、
前記過給機の吐出経路と前記過給機への前記混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、前記スロットル弁へ供給される前記混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含み、
前記制御装置は、
前記スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するための圧力検出部と、
前記スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、前記ガスエンジンの負荷に応じて前記圧力差の目標値を可変に設定するとともに、前記圧力差が設定された目標値となるように前記バイパス弁の開度を調整する制御部とを備える、予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項２】
前記制御部は、前記ガスエンジンの始動時に用いる前記圧力差の目標値を、前記ガスエンジンの運転中に用いる前記圧力差の目標値よりも高い値に設定する、請求項１に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項３】
前記制御部は、前記ガスエンジンの始動時に用いる前記圧力差の目標値を、５０〜７０ｋＰａの範囲で設定する、請求項２に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項４】
前記制御部は、前記ガスエンジンの運転中に用いる前記圧力差の目標値を、前記ガスエンジンの負荷率が高い場合には、前記負荷率が低い場合の値以上に設定する、請求項１または２に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項５】
前記制御部は、前記ガスエンジンの運転中に用いる前記圧力差の目標値を、１０〜３５ｋＰａの範囲で設定する、請求項４に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項６】
前記スロットル弁の開度についての前記所定範囲は、前記スロットル弁の特性において、制御感度が相対的に高くなる範囲に設定される、請求項１に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項７】
前記スロットル弁の開度についての前記所定範囲は、前記スロットル弁を全開にした場合の開度の３０〜６０％に設定される、請求項６に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項８】
前記スロットル弁の開度についての前記所定範囲は、前記スロットル弁を全開にした場合の開度の４０〜４５％に設定される、請求項７に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項９】
前記制御部は、前記バイパス弁の開度をフィードバック制御により制御し、前記圧力差の目標値を可変に設定する場合は、前記圧力差の目標値を固定値とする場合に比べて、前記フィードバック制御に用いるゲインを小さく設定する、請求項１に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項１０】
前記制御部は、ＰＩＤ制御により前記フィードバック制御を実行し、
前記制御部は、前記ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、前記比例ゲインを０．０１〜０．１の範囲で設定する、請求項９に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項１１】
前記制御部は、ＰＩＤ制御により前記フィードバック制御を実行し、
前記制御部は、前記ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、前記積分ゲインを０．０１〜０．１の範囲で設定する、請求項９または１０に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項１２】
前記制御部は、ＰＩＤ制御により前記フィードバック制御を実行し、
前記制御部は、前記ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、前記微分ゲインを１〜１００の範囲で設定する、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項１３】
前記制御部は、ＰＩＤ制御により前記フィードバック制御を実行し、
前記制御部は、前記ゲインとして、比例ゲイン、積分ゲイン、および微分ゲインを用い、前記比例ゲインを０．０５に設定し、前記積分ゲインを０．０５に設定し、前記微分ゲインを９８に設定する、請求項９に記載の予混合式ガスエンジンの制御装置。
【請求項１４】
燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンの制御方法であって、
前記ガスエンジンは、
前記混合ガスを燃焼するための燃焼室と、
前記燃焼室への給気経路に設けられ、前記燃焼室への前記混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、
前記燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、前記混合ガスを圧縮して前記スロットル弁へ供給するように構成された過給機と、
前記過給機の吐出経路と前記過給機への前記混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、前記スロットル弁へ供給される前記混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含み、
前記制御方法は、
前記スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するステップと、
前記スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、前記ガスエンジンの負荷に応じて前記圧力差の目標値を可変に設定するステップと、
前記圧力差が設定された目標値となるように前記バイパス弁の開度を調整するステップとを備える、予混合式ガスエンジンの制御方法。
【請求項１５】
燃料ガスと空気とを混合した混合ガスが供給される予混合式ガスエンジンと、
前記ガスエンジンを制御するための制御装置とを備え、
前記ガスエンジンは、
前記混合ガスを燃焼するための燃焼室と、
前記燃焼室への給気経路に設けられ、前記燃焼室への前記混合ガスの供給量を調整するためのスロットル弁と、
前記燃焼室からの排気ガスを用いて駆動され、前記混合ガスを圧縮して前記スロットル弁へ供給するように構成された過給機と、
前記過給機の吐出経路と前記過給機への前記混合ガスの給気経路とを連通させるように配置され、前記スロットル弁へ供給される前記混合ガスの一部をバイパスさせるためのバイパス弁とを含み、
前記制御装置は、
前記スロットル弁の給気圧力と吐出圧力との間の圧力差を検出するための圧力検出部と、
前記スロットル弁の開度が予め定められた所定範囲内に維持されるように、前記ガスエンジンの負荷に応じて前記圧力差の目標値を可変に設定するとともに、前記圧力差が設定された目標値となるように前記バイパス弁の開度を調整する制御部とを含む、予混合式ガスエンジンシステム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【公開番号】特開２０１３−８７７１６（Ｐ２０１３−８７７１６Ａ）
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−２３０５３７（Ｐ２０１１−２３０５３７）
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（５０３１１６８９９）新潟原動機株式会社 (61)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年５月１３日（２０１３．５．１３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１０月２０日（２０１１．１０．２０）
【出願人】（０００１５６９３８）関西電力株式会社 (1,442)
【出願人】（５０３１１６８９９）新潟原動機株式会社 (61)
【Ｆターム（参考）】
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