JP4256767B2 - ガスエンジンにおける燃焼制御方法及びその装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスエンジンに適用され、ガス通路を通して供給される燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスまたは前記空気を過給機で加圧した給気を給気通路を通してエンジンに導入し着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおける燃焼制御方法及びその装置に関する。

希薄燃焼ガスエンジンにおいては、燃料ガスと空気とを所要の空燃比に空燃比制御して混合し、この混合ガスをスロットル弁等の混合ガス流量調整手段を備えた給気管を通して、エンジンの燃焼室に供給している。
かかるガスエンジンのうち、燃料の発熱量（カロリー）が低く、かつ該発熱量の変動があるガスを燃料とするエンジンにおいては、常時ノッキングや失火を回避した安定運転をすることが要求される。そのためには、燃料ガスの発熱量等の燃料ガス特性に応じた空燃比制御を行ってエンジンを運転することが必須となる。

前記のような、発熱量が低くかつ該発熱量が変動する燃料ガスを用いたガスエンジンの空燃比制御システムの１つとして、特許文献１（特開２００１−５５９５２号公報）の技術が提供されている。
かかる技術においては、ガスエンジンの燃料ガス供給系に該燃料ガスの発熱量（カロリー）を計測する発熱量計測装置を設け、該発熱量計測装置によって燃料ガス供給系における燃料ガスの単位体積当たりの発熱量を計測して空燃比制御装置に入力し、該空燃比制御装置において前記発熱量の計測値に基づいて前記ガスエンジンの空燃比を制御する。これにより、燃料ガスの発熱量が都市ガスやＬＰガスに比べて低くかつ変動する場合であっても、ガスエンジンの安定運転を可能としている。

特開２００１−５５９５２号公報

しかしながら、特許文献１にて提供されている従来技術にあっては、次のような問題点を有している。
即ち、かかる従来技術にあっては、発熱量計測装置によって燃料ガス供給系における燃料ガスの発熱量を計測し、該空燃比制御装置において前記発熱量の計測値に基づいてガスエンジンの空燃比を制御しているので、燃料ガスの発熱量計測に際してガスクマトグラフィー等を使用して燃料ガスの組成を分析するのに時間がかかり（ガス組成をすべて分析すると２分〜１５分を要する）、燃料ガスの発熱量変動が激しい場合には該発熱量変動に迅速に追従した空燃比制御が出来ず、ガスエンジンの安定運転が阻害される。
また、前記ガスクマトグラフィー等を用いての燃料ガスの発熱量分析は分析作業が煩雑で、多くの工数を要する。

さらに、ガスエンジンを安定運転するための適正な空燃比は燃料ガス中の水素量（水素濃度）に大きく影響されるため、前記従来技術のように、燃料ガス供給系における燃料ガスの発熱量を計測し、空燃比制御装置において燃料ガス発熱量の計測値に基づいてガスエンジンの空燃比を制御するのみでは、適正な空燃比制御は困難となり、この面からもガスエンジンの安定運転が阻害される。

従って、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、空燃比制御への影響が大きい水素量の検出値を空燃比制御に持ち込むことにより、発熱量が低くかつ該発熱量の変動が激しい燃料ガスの使用時においても空燃比制御を迅速かつ正確に行うことができて、常時ガスエンジンの安定運転を行い得るとともに、燃料ガスの状態分析を不要としたガスエンジンにおける燃焼制御方法及びその装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、ガス通路を通して供給される燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスまたは前記空気を過給機で加圧し、前記混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンに導入し着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおける燃焼制御方法において、前記燃料ガス中の水素量および前記エンジンの出力を検出し、エンジン出力と燃料ガス中の水素量とにより予めマップ状に設定された必要空気量設定値から、前記水素量の検出値とエンジン出力の検出値とにより必要空気量を算出し、前記エンジンへの実空気量と前記必要空気量との空気量偏差に基づき給気圧力を変化させて前記実空気量が前記必要空気量になるように制御することを特徴とする。

かかる発明において好ましくは、前記必要空気量設定値は、前記水素量の増加に従い増加し前記エンジン出力の増大に従い増加するように設定される。

また本発明は、前記ガスエンジンにおける燃焼制御方法を実施する装置として、ガス通路を通して供給される燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスまたは前記空気を過給機で加圧し、前記混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンに導入し着火燃焼するように構成されたガスエンジンの燃焼制御装置であって、前記ガス通路に設けられて該ガス通路を通流する燃料ガス中の水素量を検出する水素量検出器と、前記ガスエンジンのエンジン出力を検出するエンジン出力検出器と、エンジン出力と燃料ガス中の水素量とにより予めマップ状に設定された必要空気量設定値から、前記水素量検出器からの水素量の検出値と前記エンジン出力検出器からのエンジン出力の検出値とにより必要空気量を算出し、前記エンジンへの実空気量と前記必要空気量との空気量偏差及び該空気量偏差に相当する給気圧力の調整値を算出して、給気圧力の調整信号を出力するコントローラと、前記コントローラからの給気圧力の調整信号に基づき前記給気圧力を変化せしめる給気圧力調整手段とを備えたことを特徴とするガスエンジンの燃焼制御装置を提案する。

かかるガスエンジンの燃焼制御装置の発明において好ましくは、前記給気通路における給気圧力を検出する給気圧力検出器と、前記給気通路における給気温度を検出する給気温度検出器とを備え、前記コントローラは、該給気圧力検出器からの給気圧力の検出値及び該給気温度検出器からの給気温度の検出値に基づき前記実空気量を算出し、該実空気量と前記必要空気量との空気量偏差を算出するように構成されてなる。
さらに好ましくは、前記過給機の排気バイパス通路に設けられて該過給機の排気バイパス量を変化させる排気バイパス弁を備え、前記コントローラは、前記エンジンへの実空気量と前記水素量の検出値及び前記エンジン出力により算出した前記必要空気量との空気量偏差に基づき、前記排気バイパス弁を操作して該過給機の排気バイパス量を調整することにより前記給気圧力を変化させるように構成する。

かかる発明によれば、ガス通路に設けられた水素量検出器で燃料ガス中の水素量を検出するとともに、エンジン出力を検出あるいは設定してコントローラに入力し、該コントローラにおいて、水素量の検出値とエンジン出力の検出値とにより当該水素量検出値及びエンジン出力に対応する必要空気量を算出する。さらに、給気圧力検出器からの給気圧力の検出値及び該給気温度検出器からの給気温度の検出値に基づき実空気量を算出し、次いで該実空気量と前記必要空気量との空気量偏差を算出し、該空気量偏差に相当する給気圧力の調整値を算出して給気圧力調整手段に出力する。
そして給気圧力調整手段として好ましくは過給機の排気バイパス通路に設けられて該過給機の排気バイパス量を変化させる排気バイパス弁を用い、前記コントローラは、前記給気圧力の調整値に基づき前記排気バイパス弁を操作して該過給機の排気バイパス量を調整して、実空気量が前記必要空気量になるように給気圧力を変化させる。

しかして、図４に示されるように、燃料ガスの発熱量が一定の場合においても、給気圧力は該燃料ガス中の水素濃度（水素量）の増加に従い大きくなる。つまり、給気圧力によってきまる必要空気量は、燃料ガスの発熱量が一定でも水素濃度（水素量）に大きく依存し、該必要空気量は水素量の増加に従い増加する。
従って本発明によれば、水素濃度（水素量）の変化を検出して、エンジン出力毎の必要空気量を設定し、実空気量が前記必要空気量になるように給気圧力を制御するので、燃料ガスの発熱量が一定の場合においても該発熱量が変化する場合においても、燃料ガス中の水素濃度（水素量）の変化に従い空気過剰率をエンジン出力毎の適正値に保持して運転でき、これにより、ノッキングや失火の発生を回避した安定運転が可能となる。

また、水素量検出器で燃料ガス中の水素量を検出するのみで、燃料ガスの発熱量が変化する場合あるいは一定の場合の何れにおいても、前記のように空気過剰率をエンジン出力毎の適正値に保持してノッキングや失火の発生を回避した安定運転ができるので、従来技術に係る、燃料発熱量を計測し、組成分析結果を用いて空燃比制御を行うもののような制御の遅れがなく、燃料ガスの性状に迅速に追従して空燃比制御を行うことができ、安定運転が実現できる。
また、水素量検出器で燃料ガス中の水素量を検出するのみで前記のような空燃比制御が可能となるので、従来技術のような、煩雑で多くの工数を要する発熱量分析作業は不要となる。

また、かかる発明において好ましくは、給気通路を流れる給気の温度を所定温度に制御し、前記実空気量を給気温度の検出値を用いることなく算出する。
そしてその装置としては、前記給気通路に給気を冷却する給気冷却器及び該給気冷却器出口の給気温度を一定に制御する給気温度制御手段を設けるとともに、前記給気通路における給気圧力を検出する給気圧力検出器を設け、前記コントローラは、給気温度制御手段で制御された一定給気温度のもとで前記給気圧力検出器からの給気圧力の検出値に基づき前記実空気量を算出するように構成される。

このように構成すれば、給気温度制御手段給気通路に設けた給気冷却器出口の給気温度を一定に制御することにより、コントローラに給気温度の検出値を入力することなく、水素量を検出値と給気圧力の検出値で空燃比制御を行うことができる。

また、かかる発明において好ましくは、前記燃料ガス中の水素量を検出して、該水素量の検出値に対応する前記エンジンの着火タイミングを算出し、該着火タイミングにて前記エンジンを運転制御する。
前記着火タイミングは、前記水素量の増加に従い遅らせ、前記水素量の減少に従い早めるように設定する。

そして、かかる燃焼制御方法を実施する装置として、前記水素量検出器からの水素量の検出値に基づき前記エンジンの着火タイミングを算出し、該着火タイミングを前記水素量の増加に従い遅らせ、水素量の減少に従い早めるように前記エンジンを運転制御する着火時期コントローラとを備える。

かかる発明によれば、燃料ガス中の水素濃度（水素量）によって、ガスエンジンを安定運転するための適正な着火時期が変化することに着目し、水素量検出器による燃料ガス中の水素量の検出値を着火時期コントローラに入力し、該着火時期コントローラにおいて水素量の検出値に対応するエンジンの着火タイミング、つまり水素量の増加に従い遅らせ水素量の減少に従い早めるような着火タイミングを算出し、該着火タイミングにてエンジンを運転制御することにより、エンジンの全運転域において、燃料ガスの性状に適応した着火タイミングでエンジンを運転できる。

また本発明は、ガス通路を通して供給される燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスまたは前記空気を過給機で加圧し、前記混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンに導入し着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおける燃焼制御方法において、
前記燃料ガス中の水素量および前記エンジンの出力を検出し、エンジン出力と燃料ガス中の水素量とにより予めマップ状に設定された目標空燃比から、前記水素量の検出値とエンジン出力の検出値とにより目標空燃料比を算出し、前記混合ガスが前記目標空燃比となるように前記燃料ガス量を制御することを特徴とする。
また、かかる発明において、好ましくは、前記目標空燃比は、前記水素量の増加に従い増加するように設定される。

かかる発明によれば、水素濃度（水素量）の変化を検出して、該水素量の検出値に基づき前記目標空燃比を補正し、つまり、前記水素量の検出値に基づき水素濃度とエンジン出力とによりエンジン出力毎の目標空燃比を設定し、実際の空燃比（実空燃比）が前記目標空燃比になるように燃料ガス通路に設けられた燃料ガス流量制御弁の開度を制御する。
従って、かかる発明によれば、水素濃度（水素量）の変化を検出して、エンジン出力毎の目標空燃比を設定し、実空燃比が前記目標空燃比になるように燃料ガス流量を制御するので、燃料ガスの発熱量が一定の場合においても該発熱量が変化する場合においても、燃料ガス中の水素濃度（水素量）の変化に従い空燃比をエンジン出力毎の適正値に保持して運転でき、これにより、ノッキングや失火の発生を回避した安定運転が可能となる。

本発明によれば、燃料ガスの発熱量が一定の場合においても、ガスエンジンを安定運転するために必要な給気量は水素濃度（水素量）に大きく依存することに着目し、水素量の変化を検出して、エンジン出力毎の必要空気量を設定し、実空気量が前記必要空気量になるように給気圧力を制御し、あるいはエンジン出力毎の目標空燃比を設定し、実空燃比が前記目標空燃比になるように燃料ガス流量を制御するので、燃料ガスの発熱量が一定の場合においても、燃料ガス中の水素量の変化に従い空気過剰率をエンジン出力毎の適正値に保持して運転でき、これにより、ノッキングや失火の発生を回避した安定運転を行うことができる。

また本発明によれば、水素量検出器で燃料ガス中の水素量を検出するのみで、燃料ガスの発熱量が変化する場合あるいは一定の場合の何れにおいても、前記のように空気過剰率をエンジン出力毎の適正値に保持してノッキングや失火の発生を回避した安定運転できるので、制御の遅れがなく、燃料ガスの性状に迅速に追従して空燃比制御を行うことができて、前記のような安定運転が実現できる。
また、水素量検出器で燃料ガス中の水素量を検出するのみで前記のような空燃比制御が可能となるので、煩雑で多くの工数を要する発熱量分析作業は不要となる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の第１実施例に係るガスエンジンの燃焼制御装置の全体構成図、図２は前記第１実施例における制御ブロック図、図３はエンジン出力及び水素濃度と必要空気量の関係線図である。図４は燃料ガスの発熱量が一定の場合の水素濃度と給気圧力との関係線図である。図５はエンジン性能及び燃料ガス中の水素濃度の時間変化を示す線図である。図６は本発明の第２実施例を示す図１対応図である。図７は本発明の第３実施例を示す図１対応図、図８は制御ブロック図である。図９は水素濃度及び点火タイミングの時間変化を示す線図である。

本発明の第１実施例を示す図１において、１はエンジン（ガスエンジン）、２は該エンジン１に直結駆動される発電機、３は排気タービン３ａ及びコンプレッサ３ｂからなる過給機である。８は前記コンプレッサ３ｂの給気出口とエンジン１の給気ポートとを接続する給気管、７は該給気管８を流れる給気を冷却する給気冷却器である。
４は前記エンジン１の排気ポートと前記排気タービン３ａの排気ガス入口とを接続する排気管である。４ａは該排気タービン３ａの排気ガス出口からの排気ガスを排出するための排気出口管である。

５は排気バイパス管で、前記排気管４の排気タービン３ａ入口側から分岐されて該排気タービン３ａをバイパスし、該排気タービン３ａ出口側の排気出口管４ａに接続されている。６は該排気バイパス管５の通路面積を変化せしめる排気バイパス弁で、後述するコントローラ１３によって開度を制御される。
２１は外部から空気が導入される空気管、２０はガス燃料を収容する燃料ガスタンク（図示省略）からガス燃料が導入される燃料ガス管で、該燃料ガス管２０と空気管２１とは前記過給機３のコンプレッサ３ｂ上流側の混合部２３ａで合流して、該コンプレッサ３ｂの空気入口に接続されている。２０ａは前記燃料ガス管２０の通路面積即ち燃料ガス流量を制御する燃料ガス流量制御弁である。該燃料ガス流量制御弁２０ａは、後述するコントローラ１３によって開度を制御される。

３０は前記エンジン１あるいは発電機２の負荷つまりエンジン出力を検出するエンジン出力検出器である。また、１０は前記給気管８における給気圧力を検出する給気圧力センサ、９は前記給気管８における給気温度を検出する給気温度センサである。
１２は前記燃料ガス管２０に取り付けられた水素量検出器で、前記燃料ガス管２０を通流する燃料ガス中の水素濃度（水素量）を検出するものである。
１３はコントローラ（この実施例の場合は空燃比コントローラ）で、水素量検出器１２から入力される水素濃度（水素量）の検出値、前記エンジン出力検出器３０から入力されるエンジン出力の検出値、前記給気圧力センサ１０から入力される給気圧力の検出値、及び前記給気温度センサ９から入力される給気温度の検出値に基づき、後述するような制御、演算を行い、その結果により排気バイパス弁１０の開度を制御するものである。

かかるガスエンジンの運転時において、前記燃料ガス管２０からの燃料ガスは、混合部２３ａにおいて空気管２１から導入された空気と混合され、混合ガスとなって過給機３のコンプレッサ３ｂに導入される。該コンプレッサ３ｂは排気タービン３ａによって回転駆動されて前記混合ガスを加圧する。該コンプレッサ３ｂで加圧、昇温された混合ガスは、給気冷却器７で冷却、降温され給気管８を通ってエンジン１に供給される。
そして、該エンジン１からの排気ガスは排気管４を通って過給機３の排気タービン３ａに供給されて該排気タービン３ａを駆動した後、排気出口管４ａを通って外部に排出される。
また、前記コントローラ１３からの後述するような制御操作信号によって排気バイパス弁６が開かれると、前記排気管４内の排気ガスの一部は前記排気タービン３ａをバイパスして排気出口管４ａに排出される。

次に、図２、図１及び図３〜図５に基づきかかるガスエンジンの燃焼制御装置の動作を説明する。
図２において、前記水素量検出器１２からの燃料ガス中の水素濃度（水素量）の検出値、及びエンジン出力検出器３０からのエンジン出力の検出値は、コントローラ１３の必要空気量算出部１３１に入力される。該必要空気量算出部１３１においては、図３に示されるように、シミュレーション計算によって算出されたエンジン出力及び水素濃度（水素量）と必要空気量との関係が、水素濃度をパラメータとして予めマップ状に設定されている。
即ち、図３及び図５に示されるように、必要空気量の設定値は、水素濃度（水素量）の増加に従い増加し該水素濃度の減少に従い減少し、かつエンジン出力の上昇に従い増加し該エンジン出力の低下に従い減少するように設定されている。
そして、該必要空気量算出部１３１においては、前記エンジン出力の検出値及び水素濃度（水素量）の検出値に相当する必要空気量を抽出し、空気量偏差算出部１３３に入力する。

また、前記給気圧力センサ１０からの給気圧力の検出値及び給気温度センサ９からの給気温度の検出値は、コントローラ１３の空気量算出部１３２に入力される。該空気量算出部１３２においては、前記給気圧力の検出値及び給気温度の検出値を用いて実空気量を算出し、空気量偏差算出部１３３に入力する。該空気量偏差算出部１３３においては、前記必要空気量と実空気量との偏差（空気量偏差）を算出し、給気圧力調整値算出部１３４に入力する。
ここで、図５に示されるように、空気量（必要空気量）は給気圧力と比例関係にあり該給気圧力の増減に従い増減する。しかして、該給気圧力調整値算出部１３４においては、前記空気量偏差に相当する給気圧力の調整値を算出して排気バイパス弁開度算出部１３５に入力する。

かかるエンジンにおいては、排気バイパス弁６の開度を大きくし排気タービン３ａをバイパスする排気ガス量を増加して排気タービン３ａ出力を低下させると給気圧力が減少し、前記排気バイパス弁６の開度を小さくし排気タービン３ａをバイパスする排気ガス量を減少して排気タービン３ａ出力を上昇させると給気圧力が増大する。
従って、前記排気バイパス弁開度算出部１３５においては、前記のような給気圧力と排気バイパス弁６の開度との関係から、前記給気圧力の調整値に相当する排気バイパス弁６の開度の調整量を算出し、この排気バイパス弁開度調整量を該排気バイパス弁６を駆動する排気バイパス弁駆動装置（図示省略）に出力し、該排気バイパス弁６の開度を前記調整量だけ調整する。
これにより、エンジンの実空気量が前記必要空気量になるように給気圧力が変化せしめられ、実空気量は前記必要空気量と一致し、エンジンは前記水素濃度（水素量）の適応した空気過剰率で以って運転される。

ここで、かかるガスエンジンにおいては、図４に示されるように、燃料ガスの発熱量が一定の場合においても、給気圧力は該燃料ガス中の水素濃度（水素量）にほぼ比例し、該水素濃度の増加に従い上昇する。即ち、給気圧力によってきまる必要空気量は燃料ガスの発熱量が一定でも水素濃度によって変化し、該必要空気量は水素量の増加に従い増加する。
従ってかかる実施例によれば、水素量検出器１２により水素濃度（水素量）の変化を検出して、コントローラ１３に入力し、該コントローラ１３において、エンジン出力毎の必要空気量を設定し、実空気量が前記必要空気量になるように給気圧力を制御するように構成したので、燃料ガスの発熱量が一定の場合においても該発熱量が変化する場合においても、燃料ガス中の水素濃度（水素量）の変化に従い空気過剰率をエンジン出力毎の適正値に保持して運転でき、これにより、ノッキングや失火の発生を回避した安定運転が可能となる。

また、水素量検出器１２で燃料ガス中の水素濃度（水素量）を検出するのみで、燃料ガスの発熱量が変化する場合あるいは一定の場合の何れにおいても、前記のように空気過剰率をエンジン出力毎の適正値に保持してノッキングや失火の発生を回避した安定運転できるので、従来技術のような、燃料発熱量を計測し、組成分析結果を用いて空燃比制御を行うもののような制御の遅れがなく、燃料ガスの性状に迅速に追従して空燃比制御を行うことができる。

また、図１において、前記コントローラ１３は、前記水素量検出器１２からの燃料ガス中の水素量（水素濃度）の検出値及びエンジン出力検出器３０からのエンジン出力の検出値とにより、エンジン出力毎の目標空燃比を算出し、図３の必要空気量を目標空燃比に置き換えた形態で、エンジン出力及び水素濃度と目標空燃比との関係として設定する。該目標空燃比は、前記水素量の増加に従い増加しエンジン出力の増加に従い増加するように設定される。
そして、該コントローラ１３においては、実際の空燃比が前記目標空燃比になるような燃料ガス流量を算出して前記燃料ガス流量制御弁２０ａに出力し、該燃料ガス流量制御弁２０ａの開度を制御する。

このように構成すれば、水素量検出器１２により水素濃度（水素量）の変化を検出して、コントローラ１３において、エンジン出力毎の目標空燃比を設定し、実空燃比が前記目標空燃比になるように燃料ガス流量を制御するので、燃料ガスの発熱量が一定の場合においても該発熱量が変化する場合においても、燃料ガス中の水素濃度（水素量）の変化に従い空燃比をエンジン出力毎の適正値に保持して運転できる。

図６に示される第２実施例においては、前記給気冷却器７出口の給気温度を一定に制御する給気温度制御手段として、該給気冷却器７を循環して給気を冷却するための冷却水管２２に該冷却水管２２の通路面積を変化させる冷却水量調節弁２３を設け、前記給気温度センサ９からの給気温度の検出値に基づき該冷却水量調節弁２３の開度を変化させ、前記給気温度を目標温度に調整している。
従って、かかる第２実施例においては、前記のようにして冷却水量調節弁２３で制御された一定給気温度（目標温度）のもとで、前記第１実施例と同様に、前記コントローラ１３において、給気圧力センサ１０からの給気圧力の検出値に基づき前記実空気量を算出する。

かかる第２実施例によれば、前記冷却水量調節弁２３により、給気管８に設けた給気冷却器７出口の給気温度を一定に制御することにより、コントローラ１３に給気温度の検出値を入力することなく、水素濃度（水素量）の検出値と給気圧力の検出値とにより空燃比制御を行うことができる。
その他の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

図７〜図９に示される第３実施例において、１４は前記エンジン１の各シリンダに設けられた着火装置である。この実施例では該着火装置１４として副室（図示省略）に点火プラグを設けているが、パイロット燃料噴射弁等の他の着火装置でもよい。

１５は着火時期コントローラで、前記水素量検出器１２から水素濃度（水素量）の検出値が入力され、次のような演算、制御を行う。
即ち、図８において、前記水素量検出器１２から水素濃度（水素量）の検出値は、前記着火時期コントローラ１５の着火タイミング調整量算出部１５２に入力される。１５１は着火タイミング設定部で、図９に示されるように、エンジン１の点火タイミング（着火タイミング）を、前記水素濃度（水素量）の増加に従い遅らせ、該水素濃度の減少に従い早めるように設定している。

そして、前記着火タイミング調整量算出部１５２においては、前記着火タイミング設定部１５１から前記水素濃度（水素量）の検出値に対応する点火タイミング即ち目標点火タイミングを抽出して、前記着火装置１４を該目標点火タイミングで作動するように制御する。
従って、かかる第３実施例によれば、燃料ガス中の水素濃度（水素量）によって、ガスエンジンの着火タイミング（点火タイミング）が変化することに着目し、水素量検出器１２による燃料ガス中の水素量の検出値を着火時期コントローラ１５に入力し、該着火時期コントローラ１５において水素濃度（水素量）の検出値に対応するエンジン１の着火タイミング（点火タイミング）、つまり水素濃度（水素量）の増加に従い遅らせ水素量の減少に従い早めるような着火タイミングを算出し、該着火タイミングにてエンジン１を運転制御するように構成したので、該エンジン１の全運転域において、水素濃度（水素量）つまり燃料ガスの性状に適応した着火タイミングで該エンジン１を運転できる。
その他の構成は前記第１実施例と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

本発明によれば、空燃比制御への影響が大きい水素量の検出値を空燃比制御に持ち込むことにより、発熱量が低くかつ該発熱量の変動が激しい燃料ガスの使用時においても空燃比制御を迅速かつ正確に行うことができて、常時ガスエンジンの安定運転を行い得るとともに、燃料ガスの状態分析を不要としたガスエンジンを提供できる。

本発明の第１実施例に係るガスエンジンの燃焼制御装置の全体構成図である。 前記第１実施例における制御ブロック図である。 エンジン出力及び水素濃度と必要空気量の関係線図である。 燃料ガスの発熱量が一定の場合の水素濃度と給気圧力との関係線図である。 エンジン性能及び燃料ガス中の水素濃度の時間変化を示す線図である。 本発明の第２実施例を示す図１対応図である。 本発明の第３実施例を示す図１対応図である。 前記第３実施例における制御ブロック図である。 前記第３実施例における水素濃度及び点火タイミングの時間変化を示す線図である。

符号の説明

１ エンジン（ガスエンジン）
２ 発電機
３ 過給機
３ａ 排気タービン
３ｂ コンプレッサ
４ 排気管
５ 排気バイパス管
６ 排気バイパス弁
７ 給気冷却器
８ 給気管
９ 給気温度センサ
１０ 給気圧力センサ
１２ 水素量検出器
１３ コントローラ
１４ 着火装置
１５ 着火時期コントローラ
２０ 燃料ガス管
２１ 空気管
２３ 冷却水量調整弁
２３ａ 混合部
３０ エンジン出力検出器

Claims (12)

1. ガス通路を通して供給される燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスまたは前記空気を過給機で加圧し、前記混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンに導入し着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおける燃焼制御方法において、
   前記燃料ガス中の水素量および前記エンジンの出力を検出し、エンジン出力と燃料ガス中の水素量とにより予めマップ状に設定された必要空気量設定値から、前記水素量の検出値とエンジン出力の検出値とにより必要空気量を算出し、前記エンジンへの実空気量と前記必要空気量との空気量偏差に基づき給気圧力を変化させて前記実空気量が前記必要空気量になるように制御することを特徴とするガスエンジンにおける燃焼制御方法。
2. 前記必要空気量設定値は、前記水素量の増加に従い増加し前記エンジン出力の増大に従い増加するように設定されたことを特徴とする請求項１記載のガスエンジンにおける燃焼制御方法。
3. 前記給気通路を流れる給気の温度を所定温度に制御し、前記実空気量を給気温度の検出値を用いることなく算出することを特徴とする請求項１記載のガスエンジンにおける燃焼制御方法。
4. 前記燃料ガス中の水素量を検出して、該水素量の検出値に対応する前記エンジンの着火タイミングを算出し、該着火タイミングにて前記エンジンを運転制御することを特徴とする請求項１記載のガスエンジンにおける燃焼制御方法。
5. 前記エンジンの前記着火タイミングは、前記水素量の増加に従い遅らせ、前記水素量の減少に従い早めるように設定してなることを特徴とする請求項４記載のガスエンジンにおける燃焼制御方法。
6. ガス通路を通して供給される燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスまたは前記空気を過給機で加圧し、前記混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンに導入し着火燃焼するように構成されたガスエンジンの燃焼制御装置において、
   前記ガス通路に設けられて該ガス通路を通流する燃料ガス中の水素量を検出する水素量検出器と、前記ガスエンジンのエンジン出力を検出するエンジン出力検出器と、エンジン出力と燃料ガス中の水素量とにより予めマップ状に設定された必要空気量設定値から、前記水素量検出器からの水素量の検出値と前記エンジン出力検出器からのエンジン出力の検出値とにより必要空気量を算出し、前記エンジンへの実空気量と前記必要空気量との空気量偏差及び該空気量偏差に相当する給気圧力の調整値を算出して、給気圧力の調整信号を出力するコントローラと、前記コントローラからの給気圧力の調整信号に基づき前記給気圧力を変化せしめる給気圧力調整手段とを備えたことを特徴とするガスエンジンの燃焼制御装置。
7. 前記給気通路における給気圧力を検出する給気圧力検出器と、前記給気通路における給気温度を検出する給気温度検出器とを備え、前記コントローラは、該給気圧力検出器からの給気圧力の検出値及び該給気温度検出器からの給気温度の検出値に基づき前記実空気量を算出し、該実空気量と前記必要空気量との空気量偏差を算出するように構成されてなることを特徴とする請求項６記載のガスエンジンの燃焼制御装置。
8. 前記過給機の排気バイパス通路に設けられて該過給機の排気バイパス量を変化させる排気バイパス弁を備え、前記コントローラは、前記エンジンへの実空気量と前記水素量の検出値及び前記エンジン出力により算出した前記必要空気量との空気量偏差に基づき、前記排気バイパス弁を操作して該過給機の排気バイパス量を調整することにより前記給気圧力を変化させるように構成されてなることを特徴とする請求項６記載のガスエンジンの燃焼制御装置。
9. 前記給気通路に給気を冷却する給気冷却器及び該給気冷却器出口の給気温度を一定に制御する給気温度制御手段を設けるとともに、前記給気通路における給気圧力を検出する給気圧力検出器を設け、前記コントローラは、給気温度制御手段で制御された一定給気温度のもとで前記給気圧力検出器からの給気圧力の検出値に基づき前記実空気量を算出するように構成されてなることを特徴とする請求項６記載のガスエンジンの燃焼制御装置。
10. 前記水素量検出器からの水素量の検出値に基づき前記エンジンの着火タイミングを算出し、該着火タイミングを前記水素量の増加に従い遅らせ、水素量の減少に従い早めるように前記エンジンを運転制御する着火時期コントローラとを備えたことを特徴とする請求項６記載のガスエンジンの燃焼制御装置。
11. ガス通路を通して供給される燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスまたは前記空気を過給機で加圧し、前記混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンに導入し着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおける燃焼制御方法において、
    前記燃料ガス中の水素量および前記エンジンの出力を検出し、エンジン出力と燃料ガス中の水素量とにより予めマップ状に設定された目標空燃比から、前記水素量の検出値とエンジン出力の検出値とにより目標空燃料比を算出し、前記混合ガスが前記目標空燃比となるように前記燃料ガス量を制御することを特徴とするガスエンジンにおける燃焼制御方法。
12. 前記目標空燃比は、前記水素量の増加に従い増加するように設定されたことを特徴とする請求項１１記載のガスエンジンにおける燃焼制御方法。

Images