JP4977752B2 - ガスエンジンの制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガス燃料を主燃料とするガスエンジンの制御装置及び制御方法に関する。

近年、ガスエンジンにより発電機を駆動して電力を発生する発電システムが、産業用プラントなどの設備に導入されている。ガスエンジンの出力は、給気圧及び燃料量により調整され、要求負荷が大きいときほど給気圧が高く且つ燃料量が多くなるよう設定される。

一般にガスエンジンは、一般ガス事業者が提供する燃料供給源からガス燃料の供給を受ける。燃料供給源からのガス燃料は、機関内に流入して気筒ごとに設けられた燃料供給弁へと供給され、燃料供給弁より気筒内又は給気ポート内に噴射され、給気と混合される。

このようにガス燃料は給気に対抗して噴射されるため、機関内に流入して燃料供給弁に供給される直前段階におけるガス燃料の圧力（以下、「ガス機関入口圧力」）が給気圧を上回っていなければ、ガス燃料を適切に噴射することができない。また、このガス機関入口圧力が給気圧よりも高すぎると失火を生じやすくなるため、給気圧とガス機関入口圧力との差圧は、所定範囲内に収まるように制御される（例えば特許文献１参照）。

特開２００２−３１７６６４号公報

ところで、ガス燃料の元圧は、ガスエンジンの運転状況とは関係なく変動し得る。ガス元圧が大きく低下したときには、給気圧に対抗してガス燃料を噴射可能なガス機関入口圧力を確保することができず、ガスエンジンの運転を継続することができない事態が発生することがある。

従来の技術において、かかる非常事態に対する対処手法として、ガス元圧が予め定められた一定の閾値未満であるときにガスエンジンの運転を停止させる、というものが考えられる。この手法を採用した場合には、閾値を、給気圧に対抗してガス燃料を噴射可能なガス機関入口圧力を保証するガス元圧の最小値又はそれ以上の値に設定し、ここでいう給気圧を例えば全負荷に応じて設定される給気圧とすることが考えられる。すなわち、この手法によれば、全負荷での運転を継続し得ない状況となるまでガス元圧が低下した場合、ガスエンジンが停止することとなる。

しかしながら、例えば連続処理を行う化学プラントのように操業を容易に止められない設備には、当該手法を採用したガスエンジンを導入することが運用面から難しくなる。現状このような設備にガスエンジンを導入するためには、ガス燃料の昇圧専用のコンプレッサを別途設置する必要があり、発電システムの設備費用がその分高くなる。

そこで本発明は、ガス燃料昇圧用の機器を設置しなくても、ガス燃料の元圧が低下したときにガスエンジンの運転を継続可能にすることを目的としている。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、本発明に係るガスエンジンの制御装置は、ガス燃料を主燃料とし、燃料供給源からのガス燃料を燃料供給弁へと供給するための燃料通路上にガス圧力調整弁が設けられたガスエンジンの出力を制御するガスエンジンの制御装置であって、ガス燃料のガス元圧が出力に応じて定まる圧力値未満であるときに、当該出力よりも低い出力を目標値として設定する目標値設定部と、前記目標値設定部により設定された前記目標値に基づいて、出力の設定値を設定する設定値設定部と、前記設定値設定部により設定された前記設定値となるよう出力を制御する出力制御部と、出力の低下に応じて給気圧を低下させるよう制御する給気圧制御部と、給気圧の低下に応じて前記ガス圧力調整弁の開度を制御し、それにより前記ガス圧力調整弁と前記燃料供給弁との間のガス機関入口圧力を前記給気圧よりも高い値となるよう制御するガス圧制御部と、を備え、前記給気圧制御部は、出力が上昇するほど給気圧が大きくなるように給気圧を制御し、前記ガス圧制御部は、給気圧に第１所定値を加算した値となるようにガス機関入口圧力を制御し、前記出力に応じて定まる圧力値が、ガス機関入口圧力よりも第２所定値だけ高い圧力値であることを特徴としている。

前記構成によれば、ガス元圧が所定圧力値を下回って所定出力を維持した運転が困難になると、出力の目標値が当該所定出力に対して制限された出力に設定され、当該目標値に基づいて設定された設定値となるよう出力が制御される。このようにして出力が制限されると、給気圧も低下する。このため、たとえガス元圧が上記所定圧力値を下回っても、出力の制限に応じて低下した給気圧に対抗してガス燃料を噴射可能な状況が確保される。かかる制御を実行する制御装置により、ガス元圧が低下したときにおいて、ガス燃料の昇圧に専用の機器を設置しなくても、ガスエンジンの運転を継続可能となる。

前記目標値設定部が、ガス燃料のガス元圧の検出値に応じて前記ガスエンジンの出力の一次目標値を設定する一次設定部と、前記一次設定部により設定された前記一次目標値の変化率を許容変化率と比較し、前記許容変化率を超えるときに、前記目標値を前記許容変化率に従って変化させるべく二次目標値を定め、当該二次目標値を前記目標値として設定する二次設定部と、を有していてもよい。これにより、目標値が急変しても、出力をなだらかに変化させることができる。

前記二次設定部は、前記一次目標値が大きくなるよう変化したときには、前記一次目標値の変化率を第１の前記許容変化率と比較し、前記一次目標値が小さくなるよう変化したときには、前記一次目標値の変化率を前記第１の許容変化率よりも大きい第２の前記許容変化率と比較してもよい。これにより、ガス元圧の低下が生じても出力を比較的速やかに低下させることができ、元圧低下に好適に対処可能となる。また、ガス元圧が上昇しても出力を緩やかに回復させるようにしており、ハンチング現象を好適に抑制することができる。

前記設定値設定部は、出力の要求値と、前記目標値設定部により設定された前記目標値とを比較し、前記目標値が前記要求値を下回るときには、前記目標値に応じて前記設定値を設定し、前記目標値が前記要求値を上回るときには、前記要求値に応じて前記設定値を設定してもよい。これにより、要求負荷が例えば定格出力に定められているときであって、定格出力よりも小さい出力に目標値が設定されたときには、ガス燃料の圧力低下に対処して出力を低下させることができる。他方、要求負荷が例えば部分負荷であるときであって、ガス燃料の圧力が所定圧力値を超えているようなときには、ガスエンジンの出力を要求負荷に応じて制御することができる。

また、本発明に係るガスエンジンの制御方法は、ガス燃料を主燃料とし、燃料供給源からのガス燃料を燃料供給弁へと供給するための燃料通路上にガス圧力調整弁が設けられたガスエンジンの出力を制御する方法であって、ガス燃料のガス元圧を検出する元圧検出ステップと、前記元圧検出ステップにおいて検出されたガス燃料のガス元圧の検出値が、出力に応じて定まる所定値未満であるときに、当該出力よりも低い出力を目標値として設定する目標値設定ステップと、前記目標値設定ステップにおいて設定された前記目標値に基づいて、出力の設定値を設定する設定値設定ステップと、前記設定値設定ステップにおいて設定された前記設定値となるよう出力を制御する出力制御ステップと、出力の低下に応じて給気圧を低下させるよう制御する給気圧制御ステップと、給気圧に応じて前記ガス圧力調整弁の開度を制御し、それにより前記ガス圧力調整弁と前記燃料供給弁との間のガス機関入口圧力を前記給気圧よりも高い値となるよう制御するガス圧制御ステップと、を有し、前記給気圧制御ステップにおいて、出力が上昇するほど給気圧が大きくなるように給気圧を制御し、前記ガス圧制御ステップにおいて、前記給気圧に第１所定値を加算した値となるようにガス機関入口圧力を制御し、前記出力に応じて定まる圧力値が、前記ガス機関入口圧力よりも第２所定値だけ高い圧力値であることを特徴としている。

前記方法によれば、前述した本発明に係るガスエンジンの制御装置と同様、ガス元圧が低下したときにおいて、ガス燃料の昇圧に専用の機器を設置しなくても、ガスエンジンの運転を継続可能となる。

以上の本発明によれば、ガス燃料昇圧用の機器を設置しなくても、ガス燃料の元圧が低下したときにガスエンジンの運転を継続させることができる。

本発明の一実施形態に係るガスエンジンの構成を示す模式図である。 図１に示すガスエンジンの部分断面図である。 図１に示すガスエンジンの制御系の構成を示すブロック線図である。 図３に示すガス圧制御部により参照される、給気圧に対するガス機関入口圧力の設定値のマップを示すグラフである。 図３に示す一次設定部により参照される、ガス燃料の圧力に対する出力の目標値のマップを示すグラフである。 図３に示す制御装置によって制御される出力の推移を示す図であって、ガス元圧が変動したときの出力の推移の一例を示すタイミングチャートである。

以下、図面を参照しながら本発明に係る実施形態について説明する。図１に示すガスエンジン１は、ガス燃料を主燃料とするレシプロ型の多気筒４サイクルエンジンである。ガスエンジン１の出力軸２は発電機５０と接続されている。発電機５０は、ガスエンジン１により駆動され、ガスエンジン１の発生出力に応じた電力を発電する。この発電機５０の出力がガスエンジン１の負荷となる。かかる発電用のガスエンジン１は商用系統との系統連携を行う構成でもよく、商用系統から切り離して単独運転する構成でもよい。本実施形態では、系統連携が行われるものとしている。

ガスエンジン１には過給機３が備え付けられている。過給機３には、ガスエンジン１からの排気が排気通路４を介して供給され、外部からの吸気が吸気通路５を介して取り入れられる。過給機３は排気により駆動されて吸気を圧縮する。過給機３からの給気は、給気通路６を介してガスエンジン１に供給される。

図２はガスエンジン１の部分断面図である。図２には複数の気筒のうち１つのみが示されているが、他の気筒も同様である。気筒８内にはピストン９が往復可能に挿入され、ピストン９の上方に主燃焼室１０が形成される。主燃焼室１０は、給気ポート１１及び排気ポート１２と連通している。給気ポート１１は給気弁１３により開閉され、排気ポート１２は排気弁１４により開閉される。給気ポート１１の上流部は前述した給気通路６（図１参照）と接続され、排気ポート１２の下流部は前述した排気通路４（図１参照）と接続される。給気ポート１１には、ガス燃料を噴射する主燃料供給弁１５が設けられている。主燃焼室１０には副燃焼室１６が隣接している。副燃焼室１６は、隔壁１７によって主燃焼室１０と区画される一方、隔壁１７に形成された１以上の連通孔１８を介して主燃焼室１０と連通している。副燃焼室１６には、ガス燃料を噴射する副燃料供給弁１９と、混合気を点火するための点火プラグ２０とが設けられている。

このガスエンジン１によれば、主燃焼室１０に、過給機３（図１）からの給気と主燃料供給弁１５が噴射したガス燃料とを含む混合気が給気ポート１１より供給され、副燃焼室１６に、当該混合気に更に副燃料供給弁１９が噴射したガス燃料を含んだ混合気が供給される（給気工程）。主燃焼室１０及び副燃焼室１６内の混合気が圧縮された（圧縮工程）後に、点火プラグ２０が適宜タイミングで動作して副燃焼室１６内の圧縮混合気が着火される。副燃焼室１６内で発生した火炎は連通孔１８を通じて主燃焼室１０内に伝播し、この火炎により主燃焼室１０内の圧縮混合気が燃焼する。これによりピストン９が下動し（膨張行程）、その後に主燃焼室１０内のガスが排気ポート１２へと排出される（排気工程）。

図１に戻り、給気圧ＰＢが高くなり、気筒８に供給される燃料量が多くなるとガスエンジン１の出力は大きくなる。ガスエンジン１の出力が大きくなると、過給機３の回転数が上昇して給気量及び給気圧ＰＢが上昇する。排気通路４には、過給機３に供給される排気量を調節する排気バイパス弁７が設けられている。排気バイパス弁７の開度を調整することにより、給気圧ＰＢを微調整することができる。

気筒８ごとに設けられた主燃料供給弁１５及び副燃料供給弁１９は、燃料通路２１の下流端部に並列的に接続されている。燃料通路２１の上流端部は、一般ガス事業者によって提供される外部の燃料供給源（図示せず）に接続されている。燃料供給源からのガス燃料は、燃料通路２１を介して主燃料供給弁１５及び副燃料供給弁１９へと供給される。

燃料通路２１上には、ガス遮断弁２２及びガス圧力調整弁２３が上流側よりこの順で設けられている。ガス遮断弁２２は、通常燃料通路２１を開放し、ガスエンジン１を非常停止させる際に燃料通路２１を閉鎖する。ガス圧力調整弁２３は、燃料通路２１を開度可変に開閉し、これによりガス機関入口圧力Ｐ１が調整される。この「ガス機関入口圧力Ｐ１」は、機関内に流入して各燃料供給弁１５，１９に分配供給される直前段階でのガス燃料の圧力である。ガス機関入口圧力Ｐ１は、昇圧用の機器を設置した場合を除き、燃料通路２１及びガス圧力調整弁２３における圧力損失のため、ガス元圧Ｐ０を超える値に設定することができない。ガス元圧Ｐ０は、燃料供給源におけるガス燃料の圧力、より広く言えばガス圧力調整弁２３よりも上流側におけるガス燃料の圧力であり、ガスエンジン１の運転状況とは関係なく変動し得る。

主燃料供給弁１５及び副燃料供給弁１９は電磁開閉弁から成る。ガス機関入口圧力Ｐ１とともに、主燃料供給弁１５及び副燃料供給弁１９の開期間を調整することにより、主燃料供給弁１５及び副燃料供給弁１９から噴射される燃料量を制御することができる。

ガス圧力調整弁２３の開度は、ガス機関入口圧力Ｐ１が給気圧ＰＢよりも第１所定圧ΔＰ₁だけ高くなるよう変更される（Ｐ１＝ＰＢ＋ΔＰ₁）。これにより、燃料供給弁１５，１９は、過給機３からの給気が流れる給気ポート１１内にガス燃料を給気圧ＰＢに対抗して良好に噴射可能になる。

本実施形態に係るガスエンジン１においては、ガスエンジン１のガス元圧Ｐ０が低下したときに、給気圧ＰＢに対抗して主燃料供給弁１５及び副燃料供給弁１９よりガス燃料を噴射可能としてガスエンジン１の運転を継続可能とすべく、ガスエンジン１の出力を制御するよう構成されている。前述したようにガスエンジン１の出力により発電機５０の出力が定まることから、発電機５０の出力を制御すればガスエンジン１の出力を制御することができ、その逆もまた同様となる。本実施形態では、発電機５０の出力制御を通じてガスエンジン１の出力を制御するとしている。また、燃料量を変更する制御、すなわち主燃料供給弁１５及び／又は副燃料供給弁１９の開期間を変更する制御を通じ、ガス元圧Ｐ０に応じて発電機５０の出力ＫＷを変更する制御を実行することとしている。

この制御を実行するため、ガスエンジン１には、給気圧ＰＢを検知する給気圧センサ２４、ガス機関入口圧力Ｐ１を検知する入口圧センサ２５、ガス元圧Ｐ０を検知する元圧センサ２６、発電機５０の出力（すなわちガスエンジン１の負荷）を検知する出力センサ２７を備えている。

図３は、図１に示すガスエンジン１の制御系を示すブロック線図である。ガスエンジン１は、主制御装置３１及び燃料制御装置３２を含む制御装置３０を備えている。主制御装置３１は、給気圧制御部４１、ガス圧制御部４２、目標値設定部４３、設定値設定部４４、及び出力制御部４５を有している。なお、主制御装置３１は、出力軸２の回転数を当該ガスエンジン１との系統連携先の電力周波数に対応する回転数に制御する速度制御部４６と、発電機５０の位相を系統連携先の位相と同期させた上で発電機５０を系統に接続するための同期投入装置（図示せず）とを更に有している。

給気圧設定部４１は、設定値設定部５１及び給気圧制御部５２を有している。設定値設定部５１は、給気圧制御マップを参照して、出力センサ２７（図１参照）により検出された出力ＫＷに応じて給気圧の設定値ＰＢ_SETを設定する。給気圧制御部５２は、給気圧センサ２４により検出された給気圧の測定値ＰＢ_Pと、設定値設定部５１により設定された給気圧の設定値ＰＢ_SETとを比較する。給気圧制御部５２は、測定値ＰＢ_P及び設定値ＰＢ_SETの偏差に応じて、給気圧ＰＢが設定値ＰＢ_SETとなるよう排気バイパス弁７の開度を制御する。

ガス圧制御部４２は、給気圧センサ２４（図１参照）により検出される給気圧ＰＢ_Pに第１所定圧ΔＰ₁だけ加算することにより得られるガス機関入口圧力の設定値Ｐ１_SETと、入口圧センサ２５（図１参照）により検出されるガス機関入口圧力の測定値Ｐ１_Pとを比較する。ガス圧制御部４２は、測定値Ｐ１_P及び設定値Ｐ１_SETの偏差に応じて、ガス機関入口圧力Ｐ１が設定値Ｐ１_SETとなるようガス圧力調整弁２３の開度を制御する。

図４に示すように、出力ＫＷが上昇するほど、給気圧ＰＢの設定値ＰＢ_SETがより大きい値に設定される。本実施形態では、出力ＫＷに対する設定値ＰＢ_SETの推移が下に凸とした場合を例示している。例示する推移は、ガスエンジン１の出力に対する給気圧の推移に倣うものとなっている。これにより、排気バイパス弁７の開度調整による給気圧ＰＢの微細な調整によって、排気温や大気温の違いによる過給機３の性能の微細な変動を吸収可能となり、給気圧ＰＢを設定値ＰＢ_SETとなるよう制御することができる。

図４には、出力ＫＷに対するガス機関入口圧力Ｐ１も併せて示している。ガス機関入口圧力Ｐ１は、出力ＫＷの大小に関わらず、給気圧ＰＢよりも第１所定値ΔＰ₁だけ高い値に制御される。すなわち、出力ＫＷに対するガス機関入口圧力Ｐ１の推移は、給気圧ＰＢの設定値ＰＢ_SETの推移と平行となる。

図４には、ガス機関入口圧力Ｐ１を保証するガス元圧Ｐ０の下限値Ｐ０_mを示している。当該下限値Ｐ０_mは、ガス機関入口圧力Ｐ１に対し、前述した圧力損失分を加味した第２所定値ΔＰ₂だけ高い値に設定される。例えば全負荷（１００％ＬＤ）に応じた出力ＫＷ₁₀₀に応じて給気圧ＰＢ₁₀₀が定められると、給気圧ＰＢ₁₀₀に対抗して燃料を噴射するガス機関入口圧力Ｐ１が当該給気圧ＰＢ₁₀₀から第１所定値ΔＰ₁だけ高い圧力Ｐ１₁₀₀に設定される必要があるが、当該ガス機関入口圧力Ｐ１₁₀₀の確保を保証するためには、ガス元圧Ｐ０が、このガス機関入口圧力Ｐ１₁₀₀から第２所定値ΔＰ₂だけ高い圧力値（Ｐ０_{m_100}）以上であることを要する。逆に、ガス元圧Ｐ０が当該下限値Ｐ０_{m_100}未満であれば、当該出力ＫＷ₁₀₀に応じた給気圧ＰＢ₁₀₀に対抗してガス燃料を噴射することができず、結果としてガスエンジン１の運転を継続させることができなくなる。

前述したように、元圧低下時における従来の対処手法は、ガス元圧Ｐ０がこの下限値Ｐ０_{m_100}未満であるときにガスエンジン１を停止し、又はガス燃料を昇圧する、というものである。これに対し、本実施形態における対処手法は、図４に破線で示すように、ガス元圧Ｐ０が、負荷に応じて設定される給気圧ＰＢよりも第１所定値ΔＰ₁と第２所定値ΔＰ₂との和だけ高い圧力値Ｐ０_m以上であれば、給気圧ＰＢに対抗してガス燃料を噴射して当該負荷でのガスエンジン１の運転を継続可能となる、という点に着眼している。この場合、負荷に対するガス元圧Ｐ０の下限値Ｐ０_mの推移が、給気圧の設定値ＰＢ_SETの推移、及びガス機関入口圧力Ｐ１の推移と平行となる。

図３に戻り、目標値設定部４３は、ガス元圧Ｐ０に応じてガスエンジン１の出力の目標値を設定する。より具体的には、ガスエンジン１の出力に応じた発電機５０の出力ＫＷの目標値ＫＷ_Tを設定する。設定値設定部４４は、目標値設定部４３により設定された目標値ＫＷ_Tと、発電機５０の出力の要求値ＫＷ_Dとを比較し、発電機５０の出力ＫＷの設定値ＫＷ_SETを設定する。

出力制御部４５は、設定値設定部４４により設定された設定値ＫＷ_SETと、出力センサ２７により検出される発電機５０の出力ＫＷの測定値ＫＷ_Pとを比較する。出力制御部４５は、設定値ＫＷ_SETと測定値ＫＷ_Pとの偏差に応じて、発電機５０の出力ＫＷが設定値ＫＷ_SETとなるために必要となる主燃料供給弁１５の開期間の指令値ＩＮＪを燃料制御部３２に出力する。燃料制御部３２は、出力制御部４５より入力した指令値ＩＮＪに従って主燃料供給弁１５を制御する。これにより、発電機５０の出力ＫＷを設定値ＫＷ_SETとなるよう制御することができる。

以下、前述の着眼点に基づき目標値設定部４３により設定される目標値ＫＷ_Tと、設定値設定部４４により設定される設定値ＫＷ_SETとについて詳細に説明する。

目標値設定部４３は、一次設定部５３及び二次設定部５４を有している。一次設定部５３は、制限出力マップを参照して、元圧センサ２６により測定されるガス元圧Ｐ０の測定値に応じて、ガスエンジン１の出力ＫＷの一次目標値ＫＷ_T1を設定する。二次設定部５４は、一次設定部５３により設定された一次目標値ＫＷ_T1に基づき、ガスエンジン１の二次目標値ＫＷ_T2を求め、求めた二次目標値ＫＷ_T2を上記目標値ＫＷ_Tとして設定する。

図５は図３に示す一次設定部５３により参照される制限出力マップを示している。図５に示すように、ガス元圧Ｐ０が、全負荷に応じた出力ＫＷ₁₀₀での運転の継続を保証する圧力値Ｐ０_{m_100}以上であるときには、一次目標値ＫＷ_T1は当該出力ＫＷ₁₀₀に設定される。ガス元圧Ｐ０が、当該圧力値Ｐ０_{m_100}未満であるときには、当該出力ＫＷ₁₀₀に対して制限された出力が一次目標値ＫＷ_T1として設定される。この場合、ガス元圧Ｐ０が小さくなればなるほど、一次目標値ＫＷ_T1がより小さい値に設定される。ガス元圧Ｐ０に対する一次目標値ＫＷ_T1の推移は、図４に破線で示したガス元圧Ｐ０の下限値Ｐ０_mの推移に基づいて設定される。

具体的には、図５に示すガス元圧Ｐ０に対する一次目標値ＫＷ_T1の推移は、図４に示すガス元圧Ｐ０の下限値Ｐ０_mの推移を縦軸と横軸とを互いに入れ替えた形にして表現したものに相当している。本実施形態では、図４において負荷の上昇に応じて給気圧ＰＢが下に凸の傾向で上昇する場合を例示しており、これに付随して図５では、ガス元圧Ｐ０の低下に応じて一次目標値ＫＷ_T1が上に凸の傾向で低下する場合を例示している。但し、これは単なる一例であり、一次目標値ＫＷ_T1の推移は、適宜変更可能である。また、本実施形態では、ガス元圧Ｐ０が、全負荷に応じた出力に応じた給気圧に対抗してガス燃料を噴射するために必要であるとして定まる圧力値Ｐ０_{m_100}未満であるときに、当該出力に対して制限された出力が一次目標値として設定されるとしているが、これも単なる一例に過ぎず、適宜変更可能である。すなわち、要求負荷に応じた出力に応じて定まる圧力値未満であるときに、同様にして一次目標値が設定されてもよいし、その他の所定の出力に応じて定まる圧力値未満であるときに同様にして一次目標値が設定されてもよい。また、当該所定の出力は複数の値であってもよい。

図３に戻り、二次設定部５４では所定のランプ関数が用いられる。つまり、二次設定部５４は、一次設定部５３により設定される一次目標値ＫＷ_T1の変化率が所定の許容変化率未満であるときには、当該一次目標値ＫＷ_T1をそのまま目標値ＫＷ_Tとして設定する。一方、一次目標値ＫＷ_T1の変化率が許容変化率以上であるときには、許容変化率に従って目標値ＫＷ_Tを変化させるような二次目標値ＫＷ_T2を求め、当該二次目標値ＫＷ_T2を目標値ＫＷ_Tとして設定する。一次目標値ＫＷ_T1の変化率は、今回の処理において一次設定部５３により設定された一次目標値と、前回の処理において設定された一次目標値又は二次目標値との差分であってもよい。

ここでランプ関数は、一次目標値ＫＷ_T1が上昇するよう変化したときに比較される第１の許容変化率が、一次目標値ＫＷ_T1が低下するよう変化したときに比較される第２の許容変化率よりも小さくなるように設定される。つまり、ガス元圧Ｐ０が全負荷に対応する上記下限値Ｐ０_{m_100}を下回っているときであって低下傾向にある場合、目標値ＫＷ_T（即ち二次目標値ＫＷ_T2）の変化率を、第２の許容変化率による制限はあるものの、比較的大きい値に設定することができる。また、ガス元圧Ｐ０が当該下限値Ｐ０_{m_100}を下回っているときであって上昇傾向にある場合には、目標値ＫＷ_T（即ち二次目標値ＫＷ_T2）の変化率が第１の許容変化率に応じた比較的小さい値に設定される。

設定値設定部４４は、このようにして目標値設定部４３により設定された目標値ＫＷ_Tと、要求負荷に応じて定まる発電機５０の出力の要求値ＫＷ_Dとを比較し、比較結果に応じて設定値ＫＷ_SETを設定する。

目標値ＫＷ_Tが要求値ＫＷ_Dを上回るときには、設定値ＫＷ_SETが要求値ＫＷ_Dに基づいて設定される。これにより、ガス元圧Ｐ０が上記下限値Ｐ０_{m_100}を上回るような十分に高い圧力であるが要求負荷が例えば部分負荷であるようなときに、出力を要求どおりに制御することができる。目標値ＫＷ_Tが要求値ＫＷ_Dを下回るときには、設定値ＫＷ_SETが目標値ＫＷ_Tに基づいて設定される。これにより、要求負荷が例えば全負荷に定められているときであって、ガス元圧Ｐ０が上記下限値Ｐ０_{m_100}を下回っているようなときに、このガス元圧Ｐ０の低下に対処して出力を低下させることができる。

なお、設定値設定部４４においても所定のランプ関数を用いて最終的な設定値が設定される。これにより設定値ＫＷ_SETが要求値ＫＷ_Dに基づいて設定される場合に、要求負荷が急変してもなだらかに出力を変更することができる。設定値ＫＷ_SETが目標値ＫＷ_Tに基づいて設定される場合は、目標値ＫＷ_Tには二次設定部５４にて既にランプ関数のフィルタがかけられているため、この目標値ＫＷ_Tをそのまま設定値ＫＷ_SETとして設定することができる。

そして、出力制御部４５及び燃料制御部３２により、出力がこのようにして設定された設定値ＫＷ_SETとなるよう制御される。

次に、図６を参照して、ガス元圧Ｐ０が低下した場合における出力の挙動について説明する。図６の横軸は時間、縦軸上部はガスエンジン１の負荷（発電機５０の出力ＫＷ）、縦軸下部は圧力である。ここでは要求負荷が全負荷に設定されているときに、ガス元圧Ｐ０の低下と上昇が生じた場合の挙動を例示している。

ガス元圧Ｐ０が全負荷に応じた下限値Ｐ０_{m_100}以上であるときには、一次設定部５３が一次目標値ＫＷ_T1を全負荷に設定し続ける。よって、設定値設定部４４では全負荷に対応する出力が設定値ＫＷ_SETとして設定される。

ガス元圧Ｐ０が下限値Ｐ０_{m_100}未満になると、一次設定部５３が、出力の一次目標値ＫＷ_T1を全負荷に対応する出力ＫＷ₁₀₀よりも制限された出力に設定する。すると、目標値設定部４３により設定される目標値ＫＷ_Tが要求値ＫＷ_Dを下回り、設定値設定部４４が当該目標値ＫＷ_Tを設定値ＫＷ_SETとして設定する。この設定値ＫＷ_Tに基づいて主燃料供給弁１５の開期間が短くなるように変更されるため、燃料供給量が減少して出力ＫＷが低下する。出力ＫＷの低下により、過給機３の回転数が緩やかではあるものの低下傾向に転じ、且つ給気圧設定部４１において設定される設定値ＰＢ_SETが緩やかではあるものの徐々に小さくなるよう変更され、結果として給気圧ＰＢが低下していく。

給気圧ＰＢが低下すると、ガス機関入口圧力Ｐ１がその分低下し、更にガス元圧Ｐ０の下限値Ｐ０_mもその分低下する。したがって、ガス元圧Ｐ０が全負荷に応じた下限値Ｐ０_{m_100}を下回っても、そのときの負荷に応じて定まる下限値Ｐ０_m以上とすることができる。このため、主燃料供給弁１５よりガス燃料を給気ポート１１内に給気圧ＰＢに対抗して噴射可能な状況が確保され、ガスエンジン１の運転を継続させることができる。なお、このようにガス元圧Ｐ０の低下のため出力ＫＷを低下させている間は、系統連携している商用系統に負荷が分担されることとなる。

このようにガス元圧Ｐ０が低下傾向にある間は、一次目標値ＫＷ_T1が小さくなるよう変化していく。前述したように、一次目標値ＫＷ_T1が小さくなるよう変化するときには目標値の許容変化率が比較的大きい値に設定される。したがって、ガス元圧Ｐ０の低下が急速であっても、出力ＫＷを速やかに低下させることが可能となり、これにより給気圧ＰＢ及びガス元圧Ｐ０の下限値Ｐ０_mも同様にして速やかに低下させることが可能となる。このため、ガス元圧Ｐ０の急速な低下に好適に対処し、ガスエンジン１の運転を継続させることができるようになる。

ガス元圧Ｐ０が上昇に転じると、一次目標値ＫＷ_T1が大きくなるよう変化していく。前述したように、一次目標値ＫＷ_T1が大きくなるよう変化するときには目標値ＫＷ_Tの許容変化率が比較的小さい値に設定される。これにより、ガス元圧Ｐ０の上昇速度に対して、出力ＫＷが緩やかに上昇していき、給気圧ＰＢ及びガス元圧Ｐ０の下限値Ｐ０_mも同様にして緩やかに上昇させることができる。これによりガス元圧Ｐ０と下限値Ｐ０_mとの偏差を大きく確保することができる。したがって、ガス元圧Ｐ０が安定的に上昇しないようなことがあっても、ガス燃料を給気圧ＰＢに対抗して噴射可能な状況を確保することができるとともに、ハンチング現象を好適に抑制することができる。

以上、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。例えば元圧低下時のガスエンジン１の出力を低下させる手法は、主燃料供給弁の開期間を短縮させる（即ち主燃料供給弁１５が噴射する燃料量を減少させる）だけでなく、副燃料供給弁１９を同様にして制御してもよい。

本発明は、ガス燃料昇圧用の機器を別途設置しなくても、ガス燃料の元圧が低下したときにガスエンジンの運転を継続することができ、外部の燃料供給源からガス燃料の供給を受ける発電用ガスエンジンに適用すると有益である。

１ ガスエンジン
１５ 主燃料供給弁
１９ 副燃料供給弁
２１ 燃料通路
２２ ガス遮断弁
２３ ガス圧力調整弁
２４ 給気圧センサ
２５ 入口圧センサ
２６ 元圧センサ
３１ 主制御装置
４１ 給気圧設定部
４２ ガス圧制御部
４３ 目標値設定部
４４ 設定値設定部
４５ 出力制御部
５３ 一次設定部
５４ 二次設定部

Claims (5)

1. ガス燃料を主燃料とし、燃料供給源からのガス燃料を燃料供給弁へと供給するための燃料通路上にガス圧力調整弁が設けられたガスエンジンの出力を制御するガスエンジンの制御装置であって、
   ガス燃料のガス元圧が、出力に応じて定まる圧力値未満であるときに、当該出力よりも低い出力を目標値として設定する目標値設定部と、
   前記目標値設定部により設定された前記目標値に基づいて、出力の設定値を設定する設定値設定部と、
   前記設定値設定部により設定された前記設定値となるよう出力を制御する出力制御部と、
   出力の低下に応じて給気圧を低下させるよう制御する給気圧制御部と、
   前記給気圧に応じて前記ガス圧力調整弁の開度を制御し、それにより前記ガス圧力調整弁と前記燃料供給弁との間のガス機関入口圧力を前記給気圧よりも高い値となるよう制御するガス圧制御部と、を備え、
   前記給気圧制御部は、出力が上昇するほど給気圧が大きくなるように給気圧を制御し、
   前記ガス圧制御部は、前記給気圧に第１所定値を加算した値となるようにガス機関入口圧力を制御し、
   前記出力に応じて定まる圧力値が、前記ガス機関入口圧力よりも第２所定値だけ高い圧力値であることを特徴とするガスエンジンの制御装置。
2. 前記目標値設定部が、
   ガス元圧に応じて出力の一次目標値を設定する一次設定部と、
   前記一次設定部により設定された前記一次目標値の変化率を許容変化率と比較し、前記許容変化率を超えるときに、前記目標値を前記許容変化率に従って変化させるべく定められた二次目標値を前記目標値として設定する二次設定部と、
   を有していることを特徴とする請求項１に記載のガスエンジンの制御装置。
3. 前記二次設定部は、前記一次目標値が大きくなるよう変化したときには、前記一次目標値の変化率を第１の前記許容変化率と比較し、前記一次目標値が小さくなるよう変化したときには、前記一次目標値の変化率を前記第１の許容変化率よりも大きい第２の前記許容変化率と比較することを特徴とする請求項２に記載のガスエンジンの制御装置。
4. 前記設定値設定部は、出力の要求値と、前記目標値設定部により設定された前記目標値とを比較し、前記目標値が前記要求値を下回るときには前記目標値に応じて前記設定値を設定し、前記目標値が前記要求値を上回るときには前記要求値に応じて前記設定値を設定することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のガスエンジンの制御装置。
5. ガス燃料を主燃料とし、燃料供給源からのガス燃料を燃料供給弁へと供給するための燃料通路上にガス圧力調整弁が設けられたガスエンジンの出力を制御する方法であって、
   ガス燃料のガス元圧を検出する元圧検出ステップと、
   前記元圧検出ステップにおいて検出されたガス元圧が出力に応じて定まる圧力値未満であるときに、当該出力よりも低い出力を目標値として設定する目標値設定ステップと、
   前記目標値設定ステップにおいて設定された前記目標値に基づいて、出力の設定値を設定する設定値設定ステップと、
   前記設定値設定ステップにおいて設定された前記設定値となるよう出力を制御する出力制御ステップと、
   出力の低下に応じて給気圧を低下させるよう制御する給気圧制御ステップと、
   給気圧に応じて前記ガス圧力調整弁の開度を制御し、それにより前記ガス圧力調整弁と前記燃料供給弁との間のガス機関入口圧力を前記給気圧よりも高い値となるよう制御するガス圧制御ステップと、を有し、
   前記給気圧制御ステップにおいて、出力が上昇するほど給気圧が大きくなるように給気圧を制御し、
   前記ガス圧制御ステップにおいて、前記給気圧に第１所定値を加算した値となるようにガス機関入口圧力を制御し、
   前記出力に応じて定まる圧力値が、前記ガス機関入口圧力よりも第２所定値だけ高い圧力値であることを特徴とするガスエンジンの制御方法。

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