(57)【要約】【課題】燃焼化学当量値の大きな変化がない燃料ガスを用いるのに適するガスエンジン装置を提供することを課題とする。【解決手段】ガスエンジン装置は、燃焼化学当量が変動する傾向を有する燃料ガスにより駆動されガスエンジン１と、混合気をガスエンジン１に供給する混合気供給通路２と、混合気供給通路２に設けられたガスエンジン１に供給する混合気の流量を調整可能な流量弁３と、燃料ガスを混合気供給通路２に供給する燃料ガス通路４とを備える。燃料ガス通路４には、燃料ガスの単位時間あたりの流量を制御する燃料弁８が設けられている。制御手段５は、エンジン出力が減少するとき燃料弁８の開度を増加させると共にエンジン出力が増加するとき燃料弁８の開度を減少させる。【選択図】図１
2006009603.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼化学当量が変動する傾向を有する燃料ガスにより駆動されポートをもつガスエンジンと、燃料ガスと空気との混合気を前記ガスエンジンのポートに供給して前記ガスエンジンを駆動させる混合気供給通路と、前記混合気供給通路に設けられ前記ガスエンジンのポートに供給する混合気の流量を調整可能な流量弁と、燃焼化学当量が変動する傾向を有する燃料ガスを混合気供給通路に供給する燃料ガス通路とを具備するガスエンジン装置において、
前記燃料ガス通路に設けられ前記燃料ガス通路を流れる燃料ガスの単位時間あたりの流量を制御する燃料弁と、
エンジン出力が減少するとき前記燃料弁の開度を増加させると共に、エンジン出力が増加するとき前記燃料弁の開度を減少させる制御手段とを具備することを特徴とするガスエンジン装置。
【請求項２】
燃焼化学当量が変動する傾向を有する燃料ガスにより駆動され吸気ポートをもつガスエンジンと、燃料ガスと空気との混合気を前記ガスエンジンのポートに供給する混合気供給通路と、前記混合気供給通路に設けられガスエンジンのポートに供給する混合気の流量を調整可能な流量弁と、燃焼化学当量が変動する傾向を有する燃料ガスを混合気供給通路に供給する燃料ガス通路とを具備するガスエンジン装置において、
前記燃料ガス通路に設けられ前記燃料ガス通路を流れる燃料ガスの単位時間あたりの流量を制御する燃料弁と、
エンジン出力が減少するとき前記流量弁の開度を増加させ且つ前記燃料弁の開度を増加させると共に、エンジン出力が増加するとき前記流量弁の開度を減少させ且つ前記燃料弁の開度を減少させる制御手段とを具備することを特徴とするガスエンジン装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２において、前記制御手段は、前記流量弁の開度を調整する操作の後において、前記燃料弁の開度を調整する操作を行うことを特徴とするガスエンジン装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は燃焼化学当量が変動する傾向を有する燃料ガスにより駆動されるガスエンジン装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
微生物等を利用して生成したバイオガス等の燃料ガスは、燃焼化学当量が変動する傾向を有する。このような燃料ガスを用いてガスエンジンを安定的に駆動させることは必ずしも容易ではない。
【０００３】
従来、特許文献１には、所定の運転条件でガスエンジンのリーン限界を検出し、その結果によりガスの種類を特定すると共に、その特定したガスの種類に応じてガスエンジンの運転条件を補正し、その補正した運転条件によりガスエンジンを連続運転させるガスエンジンの運転制御方法が開示されている。
【０００４】
また特許文献２には、燃料ガスの燃焼化学当量値の変化を検出する検出手段ととしての酸素センサと、燃料ガスの燃焼化学当量値の変化に基づいて空燃比調整手段と、空燃比を予測するフィードフォワード制御する制御手段とが設けられている内燃機関及び空燃比制御装置が開示されている。このものによれば、燃焼後の排ガスに含まれる酸素濃度を検出する手段として酸素センサが設けられており、酸素センサの検出結果に基づいて燃料ガスの燃焼化学当量値の変化傾向を検出することにしている。
【特許文献１】特開２００３−２２７４１５号公報
【特許文献２】特開２００２−２２１０９９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
特許文献１に係る技術によれば、ガスエンジンのリーン限界を検出することによりガスの種類を特定することにしている。しかしながらこの技術によれば、燃焼化学当量値が変化するといえども、燃焼化学当量値の大きな変化がない燃料ガスを用いることが前提であり、燃焼化学当量値が未知の燃料ガスを用いることは前提とされていない。特許文献１に係る技術によれば、バイオガス等のように、燃焼化学当量値が短時間のうちにかなり変動する燃料ガスを用いるときには、ガスエンジンの駆動の安定性を維持するためには、必ずしも充分ではない。
【０００６】
また特許文献２に係る技術によれば、ガスエンジンのリーン限界を検出することによりガスの種類を特定することにしている。しかしながらこの技術によれば、燃焼後の排ガスに含まれる酸素濃度を検出する手段として酸素センサが必要とされている。更に偏差を是正するフィードバック制御では、ガスエンジンの駆動の安定性が得られないため、空燃比を予測するフィードフォワード制御することにしている。
【０００７】
上記した装置によれば、燃焼化学当量値の大きな変化がある燃料ガスを用いるには必ずしも充分ではない。更に、フィードフォワード制御では、条件の変動が大きいときには、空燃比を必ずしも正確に予測することができるとは限らない。
【０００８】
本発明は上記した実情に鑑みてなされたものであり、バイオガス等のように燃焼化学当量値の変化が大きな燃料ガスを用いるのに適するガスエンジン装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
（１）第１発明に係るガスエンジン装置は、燃焼化学当量が変動する傾向を有する燃料ガスにより駆動されポートをもつガスエンジンと、燃料ガスと空気との混合気をガスエンジンのポートに供給してガスエンジンを駆動させる混合気供給通路と、混合気供給通路に設けられガスエンジンのポートに供給する混合気の流量を調整可能な流量弁と、燃焼化学当量が変動する傾向を有する燃料ガスを混合気供給通路に供給する燃料ガス通路とを具備するガスエンジン装置において、燃料ガス通路に設けられ燃料ガス通路を流れる燃料ガスの単位時間あたりの流量を制御する燃料弁と、エンジン出力が減少するとき燃料弁の開度を増加させると共に、エンジン出力が増加するとき燃料弁の開度を減少させる制御手段とを具備することを特徴とするものである。
【００１０】
燃料ガスの燃焼化学当量が減少して発熱量（kcal／kg）が減少するように変動すると、エンジン出力が減少する。また、燃料ガスの燃焼化学当量が増加して発熱量（kcal／kg）が増加するように変動すると、エンジン出力が増加する。この点について第１発明に係るガスエンジン装置によれば、エンジン出力が減少するとき、制御手段は燃料弁の開度を増加させる。これにより混合気供給通路の混合気に供給される燃料ガスの流量が増加し、混合気の濃度が濃くなり、エンジン出力の減少が是正される。また、エンジン出力が増加するとき、制御手段は燃料弁の開度を減少させる。これにより混合気供給通路の混合気に供給される燃料ガスの流量が減少し、混合気の濃度が薄くなり、エンジン出力の増加が是正される。
【００１１】
燃料弁の開度調整により、ガスエンジンに供給される燃料ガスの絶対量を調整することができるため、混合気供給通路における混合気の空燃比を応答性よく迅速に調整できる利点が得られる。
【００１２】
（２）第２発明に係るガスエンジン装置は、燃焼化学当量が変動する傾向を有する燃料ガスにより駆動され吸気ポートをもつガスエンジンと、燃料ガスと空気との混合気をガスエンジンのポートに供給する混合気供給通路と、混合気供給通路に設けられガスエンジンのポートに供給する混合気の流量を調整可能な流量弁と、燃焼化学当量が変動する傾向を有する燃料ガスを供給通路に供給する燃料ガス通路とを具備するガスエンジン装置において、燃料ガス通路に設けられ燃料ガス通路を流れる燃料ガスの単位時間あたりの流量を制御する燃料弁と、エンジン出力が減少するとき流量弁の開度を増加させ且つ燃料弁の開度を増加させると共に、エンジン出力が増加するとき流量弁の開度を減少させ且つ燃料弁の開度を減少させる制御手段とを具備することを特徴とするものである。
【００１３】
燃料ガスの燃焼化学当量が小さくなり発熱量（kcal／kg）が小さくなるように変動すると、エンジン出力が減少する。また、燃料ガスの燃焼化学当量が増加して発熱量（kcal／kg）が増加するように変動すると、エンジン出力が増加する。この点について第２発明に係るガスエンジン装置によれば、エンジン出力が減少するとき、制御手段は流量弁の開度を増加させ且つ燃料弁の開度を増加させる操作を実行する。
【００１４】
エンジン出力が減少するとき、制御手段は流量弁の開度を増加させ、且つ、燃料弁の開度を増加させる。この場合、ガスエンジンに供給される混合気の流量が流量弁の開度の増加により増加する。更に、混合気供給通路の混合気に供給される燃料ガスの流量が燃料弁の開度の増加により増加し、混合気の濃度が濃くなる。この結果エンジン出力の減少が是正される。
【００１５】
またエンジン出力が増加するとき、制御手段は流量弁の開度を減少させ且つ燃料弁の開度を減少させる操作を実行する。この場合、流量弁の開度の減少によりガスエンジンに供給される混合気の流量が減少する。更に、燃料弁の開度の減少により、混合気供給通路の混合気に供給される燃料ガスの流量が減少し、混合気の濃度が薄くなる。この結果エンジン出力の増加が是正される。
【００１６】
燃料弁の開度調整により、ガスエンジンに供給される燃料ガスの絶対量を調整することができるため、混合気供給通路における混合気の空燃比を応答性よく迅速に調整できる利点が得られる。しかしながら事情によっては、燃料弁の開度調整だけでは、ガスエンジンに供給される混合気の空燃比の微調整には限界があることがある。そこで第２発明に係るガスエンジン装置によれば、燃料ガスの絶対量を調整する燃料弁の開度調整の他に、燃料ガス及び空気の混合気の絶対量を調整する流量弁の開度調整を行うことにしている。この場合、燃料弁の調整により、混合気供給通路に供給される燃料ガスの絶対量を応答性よく迅速に調整することができめるため、ガスエンジンに供給される混合気の空燃比を応答性よく迅速に調整できる。また、流量弁の調整により、ガスエンジンに供給される混合気の空燃比の微調整を行うのに有利となる。
【００１７】
また第１発明及び第２発明に係るガスエンジン装置によれば、制御手段は、流量弁の開度を調整する操作の後において、燃料弁の開度を調整する操作を行なう形態を採用できる。この場合、燃料ガス源の燃料ガスの燃焼化学当量の変動が少ないときには、流量弁の開度の調整でエンジン出力の変動に対処することができる。流量弁の開度の調整でエンジン出力の変動対処することができないとき、燃料弁の開度を調整する操作を行なう。しかしながら流量弁の開度の調整でエンジン出力の変動に対処することができるときには、燃料弁の開度を調整する操作を行わずとも良い。
【００１８】
また第１発明及び第２発明に係るガスエンジン装置によれば、制御手段は、燃料弁の開度を調整した操作の後において、流量弁の開度を調整する操作を行なう形態を採用することもできる。燃料弁の調整により混合気供給通路における空燃比を応答性よく迅速に調整できる。更に流量弁の開度の調整により空燃比を微調整することができる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、燃焼化学当量値の大きな変化がない燃料ガスを用いるのに適するガスエンジン装置を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。本実施形態に係るガスエンジン装置は、エンジンとしてのガスエンジン１と、混合気供給通路２と、混合気供給通路２に設けられた流量弁としてのスロットル弁３と、燃料ガスを混合気供給通路２に供給する燃料ガス通路４と、制御装置５（ＥＣＵ）とを備える。ガスエンジン１は、燃料ガスと空気とが混合した混合気を吸い込む吸気ポート１０と、混合気が燃焼した排気ガスを排出する排気ポート１２とをもつ。ガスエンジン１の駆動軸１ａは発電機６に接続されており、発電機６を回転駆動させる。発電機６で生成された電気エネルギは、発電機６で発生した交流を直流に変換する整流器７３、直流を交流に変換するインバータ７０をもつ変換器７４を介して、発電出力として電気機器７に給電される。
【００２１】
インバータ７０における電力は検出器７２によりモニタリングされており、その信号Ｓ１は制御装置５に入力される。または、整流器７３とインバータ７０との間において検出器によりモニタリングし、その信号を制御装置５に入力しても良い。制御装置５はメモリ等の記憶媒体５２を有する。
【００２２】
混合気供給通路２は、燃料ガスと空気との混合気をガスエンジン１の吸気ポート１０に供給するものである。混合気供給通路２は、ベンチェリ効果を発生させる絞り通路２０を有する。絞り通路２０を流れる空気により生じるベンチェリ効果により、燃料ガス通路４の開口４ｃから燃料を吸引する機能が得られる。スロットル弁３は混合気供給通路２に設けられており、混合気供給通路２に回動可能に設けられた開閉用のバタフライ弁３０と、バタフライ弁３０の弁軸を回動させる駆動モータ３１とで形成されている。スロットル弁３は、ガスエンジン１の吸気ポート１０に混合気を供給する単位時間当たりの流量を調整可能なものである。
【００２３】
燃料ガス通路４は、燃料ガス源４０の燃料ガスを混合気供給通路２に供給するものであり、燃料ガス源４０と混合気供給通路２とを繋いでいる。この燃料ガスは燃料ガス源４０から燃料ガス通路４に供給される。燃料ガス源４０の燃料ガスはバイオガス等を主要成分としており、燃焼化学当量がかなり変動する傾向を有する。空気通路２８は空気を混合気供給通路２に供給するものである。燃料弁８は燃料ガス通路４に設けられており、燃料ガス通路４を流れる燃料ガスの単位時間あたりの流量を制御する。燃料弁８は、弁部８０と弁部８０を駆動するアクチュエータ８２とを有する。アクチュエータ８２は制御装置５により制御され、燃料弁８の開度が調整される。
【００２４】
ガスエンジン１の水温検出器１１からの水温信号Ｓ２、ガスエンジン１の油温検出器１２からの油温信号Ｓ３、スロットル弁３のスロットル開度検出器３５からのスロットル開度信号Ｓ４、燃料弁８の開度検出器８５からの開度信号Ｓ７、エンジン回転数検出器１５からエンジン回転数信号Ｓ８が制御装置５にそれぞれ入力される。
【００２５】
制御装置５は、上記した各信号に基づいて、スロットル弁３のスロットル開度を制御する制御信号Ｓ５をスロットル弁３の駆動モータ３１に出力すると共に、燃料弁８の開度を制御する制御信号Ｓ６を燃料弁８のアクチュエータ８２に出力する。
【００２６】
燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量が減少して発熱量（kcal／kg）が減少するように変動すると、エンジン出力が減少して発電出力が減少する。発電出力の減少は信号Ｓ１として制御装置５に入力される。このようなとき制御装置５は、スロットル弁３の開度を増加させ、且つ、燃料弁８の開度を増加させる指令を出力する。これによりガスエンジン１の吸気ポート１０に供給される混合気の空燃比が調整される。よって、エンジン出力及び発電出力が減少したとしても、エンジン出力の減少量が小さくなると共に発電出力の減少量が小さくなるように是正され、エンジン出力及び発電出力が一定領域または一定値に維持される。
【００２７】
これに対して、燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量が増加して発熱量が増加するように変動すると、エンジン出力が増加して発電出力が増加する。発電出力の増加は信号Ｓ１として制御装置５に入力される。このようなとき制御装置５は、スロットル弁３の開度を減少させ、且つ、燃料弁８の開度を減少させる指令を出力する。これによりガスエンジン１の吸気ポート１０に供給される混合気の空燃比が調整される。よって、エンジン出力の増加量が小さくなると共に発電出力の増加量が小さくなるように是正され、エンジン出力及び発電出力が一定領域に維持される。この結果、燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量が変動しエンジン出力及び発電出力が増加したとしても、エンジン出力及び発電出力が一定領域または一定値に維持される。このため本実施形態は、燃焼化学当量値の大きな変化がない燃料ガスを用いるのに適するガスエンジン装置を提供することができる。
【００２８】
具体例について更に説明を加える。この例では、ガスエンジン１のエンジン回転数Ｎが維持され、発電機６の発電出力Ｗが一定領域に維持されることを目標として制御される。ガスエンジン１のエンジン回転数Ｎが一定領域に維持されると、ガスエンジン１の燃費コストの低減、ガスエンジン１の耐久性向上に有利となると共に、発電機６の回転数を一定領域に維持するのに有利となる利点が得られる。発電機６の発電出力が一定領域に維持されると、発電された電圧の周波数を一定領域に維持するのに有利となる利点が得られ、後工程における処理がし易い。先ず、ガスエンジン１を始動させるには、スロットル弁３のスロットル開度、燃料弁８の開度を共に初期開度とする。ガスエンジン１が始動すれば、アイドリング状態でスロットル開度が所定の範囲内となるように燃料弁８の開度を調整する。またガスエンジン１が始動しなかったときには、燃料ガスが濃くなるように燃料弁８の開度を変更し、ガスエンジン１を再び始動させる。
【００２９】
図２は、燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量が減少して発熱量が減少するように変動するときにおける制御形態を示す。特性線Ａは燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量を模式的に示す。特性線Ｂは発電機６の発電出力を示す。特性線Ｃはガスエンジン１のエンジン回転数を示す。特性線Ｄはスロットル弁３のスロットル開度を示す。特性線Ｅは燃料弁８の開度を示す。
【００３０】
燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量がＡ１のとき、特性線Ｃの部分Ｃ１に示すようにエンジン回転数（エンジン出力）がほぼ一定であると共に、特性線Ｂの部分Ｂ１に示すように発電出力がほぼ一定である。この場合、ガスエンジン１のエンジン回転数が一定領域Ｎに維持され、発電機６の発電出力が一定領域Ｗに維持される。この場合、図２から理解できるように、スロットル弁３のスロットル開度はＤ１とほぼ一定とされ、燃料弁８の開度はＥ１とほぼ一定されている。
【００３１】
図２に示す時刻Ｔ１で、燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量がＡ１からＡ２に低下するように変動すると仮定する。すると、燃料ガスの燃焼化学当量の変動とほぼ同時に、特性線Ｃの部分Ｃ２に示すようにエンジン回転数（エンジン出力）が初期値から次第に減少すると共に、特性線Ｂの部分Ｂ２に示すように発電出力が初期値から次第に減少する。発電出力の減少は検出器７２から信号Ｓ１として制御装置５に入力される。このようなとき制御装置５は、特性線Ｄの部分Ｄ２に示すように、スロットル弁３のスロットル開度を増加させる（増加開始時刻Ｔ２）。スロットル弁３のスロットル開度の増加により時刻Ｔ３からエンジン回転数（エンジン出力）が次第に増加し始める。このように燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量が少し小さくなり、発熱量が少し小さくなるように変動したとしても、スロットル開度を増加させれば、燃料ガスと空気との混合気がガスエンジン１の吸気ポート１０に供給される単位時間当たりの流量が増加するため、一般的にはエンジン回転数の減少及び発電出力の減少が是正されることになる。しかしながら燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量がもっと小さくなるように変動して発熱量がもっと小さくなったとき、スロットル開度を増加させたとしても、エンジン回転数の減少及び発電出力の減少が是正されないときがある。この場合、時刻Ｔ４（スロットル開度が所定の上限値に達した時刻）において、燃料弁８の開度を増加させる（特性線Ｅの部分Ｅ２）。これにより混合気供給通路２に供給される燃料ガスの単位時間当たりの流量が大きくなり、混合気供給通路２における混合気の燃料ガスの濃度が増加する。よって混合気供給通路２を流れる混合気の空燃比（空気重量／燃料重量）が減少し、ガスエンジン１の吸気ポート１０に送られる混合気が濃くなる。これにより特性線Ｃの部分Ｃ３に示すようにエンジン回転数が増加すると共に、特性線Ｂの部分Ｂ３に示すように発電出力が増加し、時刻Ｔ５で初期の部分Ｃ１のエンジン回転数、部分Ｂ１の発電出力となる。特性線Ｅの部分Ｅ２に対応する時刻（時刻Ｔ４と時刻Ｔ５の間）の特性線Ｄの部分Ｄ３のスロットル開度はその上限値に固定される。エンジン回転数、発電出力が初期値になった時刻Ｔ５以降についても、特性線Ｅの部分Ｅ３に示すように燃料弁８の開度を増加させる。それと同時にエンジン回転数、発電出力が一定のままとなるようにスロットル開度を特性線Ｄの部分Ｄ４に示すように減少させる。スロットル開度が初期値（特性線Ｄの部分Ｄ１と同じ値）に戻ったら（時刻Ｔ６）、燃料弁８の開度を制御装置５は固定する（部分Ｅ４）。
【００３２】
以上のようにエンジン回転数（エンジン出力）及び発電出力が一定領域に維持される。従って本実施形態によれば、バイオガス等の燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量が小さくなり発熱量が小さくなるように変動したとしても、ガスエンジン１のエンジン回転数が部分Ｃ４に示すように一定領域に維持され、部分Ｂ４に示すように発電機６の発電出力が一定領域に維持される。この場合、ガスエンジン１のエンジン回転数が一定領域Ｎに維持され、発電機６の発電出力が一定領域Ｗに維持される。
【００３３】
図３は、燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量が大きくなり発熱量が増加するように変動するときにおける制御形態を示す。前記したように特性線Ａは燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量を模式的に示す。特性線Ｂは発電機６の発電出力を示す。特性線Ｃはガスエンジン１のエンジン回転数を示す。特性線Ｄはスロットル弁３のスロットル開度を示す。特性線Ｅは燃料弁８の開度を示す。
【００３４】
燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量がＡ１のとき、特性線Ｃの部分Ｃ１に示すようにエンジン回転数がほぼ一定であると共に、特性線Ｂの部分Ｂ１に示すように発電出力がほぼ一定である。この場合、ガスエンジン１のエンジン回転数が一定領域Ｎに維持され、発電機６の発電出力が一定領域Ｗに維持される。この場合、図３に示すように、スロットル弁３のスロットル開度はＤ１とほぼ一定とされ、燃料弁８の開度はＥ１とほぼ一定されている。
【００３５】
図３に示す時刻Ｔ１で、燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量がＡ１からＡ２に増加するように変動すると仮定する。すると、燃料ガスの燃焼化学当量の変動とほぼ同時に、特性線Ｃの部分Ｃ２に示すようにエンジン回転数（エンジン出力）が初期値から次第に増加すると共に、特性線Ｂの部分Ｂ２に示すように発電出力が初期値から次第に増加する。発電出力の増加は検出器７２から信号Ｓ１として制御装置５に入力される。このようなとき制御装置５は、特性線Ｄの部分Ｄ２に示すように、スロットル弁３のスロットル開度を減少させる（減少開始時刻Ｔ２）。スロットル弁３のスロットル開度の減少により時刻Ｔ３からエンジン回転数（エンジン出力）が次第に減少し始める。このように燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量が少し大きくなり、発熱量が少し大きくなるように変動したとしても、スロットル弁３のスロットル開度を減少させれば、燃料ガスと空気との混合気がガスエンジン１の吸気ポート１０に供給される単位時間当たりの流量が減少するため、一般的にはエンジン回転数の増加及び発電出力の増加が是正されることになる。
【００３６】
しかしながら燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量がもっと大きくなるように変動して発熱量がもっと大きくなったとき、スロットル弁３のスロットル開度を減少させたとしても、エンジン回転数の増加及び発電出力の増加が是正されないときがある。この場合、時刻Ｔ４（スロットル弁３のスロットル開度が所定の下限値に達した時刻）において、燃料弁８の開度を減少させる（特性線Ｅの部分Ｅ２）。これにより混合気供給通路２に供給される燃料ガスの単位時間当たりの流量が小さくなり、混合気供給通路２における混合気の燃料ガスの濃度が減少する。よって混合気供給通路２を流れる混合気の空燃比（空気重量／燃料重量）が増加し、ガスエンジン１の吸気ポート１０に送られる混合気が薄くなる。これにより特性線Ｃの部分Ｃ３に示すようにエンジン回転数が減少すると共に、特性線Ｂの部分Ｂ３に示すように発電出力が減少し、時刻Ｔ５で初期の部分Ｃ１のエンジン回転数、部分Ｂ１の発電出力となる。特性線Ｅの部分Ｅ２に対応する時刻（時刻Ｔ４と時刻Ｔ５との間）の特性線Ｄの部分Ｄ３のスロットル開度はその下限値に固定される。エンジン回転数、発電出力が初期値になった時刻Ｔ５以降も、特性線Ｅの部分Ｅ３に示すように燃料弁８の開度を減少させる。それと同時にエンジン回転数、発電出力が一定のままとなるようにスロットル開度を特性線Ｄの部分Ｄ４に示すように増加させる。スロットル開度が初期値（特性線Ｄの部分Ｄ１と同じ値）になったら（時刻Ｔ６）、燃料弁８の開度を制御装置５は固定する（部分Ｅ４）。
【００３７】
以上のようにしてエンジン回転数（エンジン出力）及び発電出力が一定領域に維持される。従って本実施形態によれば、バイオガス等の燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量が大きくなり発熱量が大きくなるように変動したとしても、ガスエンジン１のエンジン回転数が部分Ｃ４に示すように一定領域に維持され、部分Ｂ４に示すように発電機６の発電出力が一定領域に維持される。この場合、ガスエンジン１のエンジン回転数が一定領域Ｎに維持され、発電機６の発電出力が一定領域Ｗに維持される。
【００３８】
本実施形態によれば、図１に示すように、燃料弁８は、燃料ガス通路４において混合気供給通路２に寄せて配置されているため、燃料弁８を混合気供給通路２に接近させることができる。ひいては燃料弁８をガスエンジン１の吸気ポート１０に接近させることができ、燃料弁８を介しての燃料ガスの供給応答性を高めることができる。従って、上記したよう燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量及び発熱量の変動頻度が高いときにおける制御に適する。
【００３９】
更に説明を加える。発電機６の発電出力とスロットル弁３のスロットル開度との関係は、図４に示すように基準値領域Ｍとして規定されている。この関係は、制御装置５に搭載されているメモリ等の記憶媒体５２にマップとして記憶されている。この場合、基準値領域Ｍは、発電機６の発電出力が増加するにつれて、スロットル弁３のスロットル開度を増加させるように設定されている。上記した基準値領域Ｍ内であれば、燃費コスト及び発電性能等が良好とされる。基準値領域Ｍによれば、スロットル開度ａ0のとき、発電出力が本来的にＷ0である。しかしながらスロットル開度がａ0であるにもかかわらず、発電出力がＷＡと過剰に大きいときがある。この場合、スロットル弁３のスロットル開度を小さくなる方向に調整して、発電出力をＷＡからＷ0に戻すようにスロットル弁３を制御する。これでも戻らないときには、燃料弁８の開度を小さくなる方向に制御して混合気を薄くして発電出力をＷ0に戻す。そして発電出力をＷ0に維持しつつ、燃料弁８の開度を調整しながら、再びスロットル開度をａ0に戻す。これによりスロットル開度ａ0のとき発電出力がＷ0となり、図４に示すように基準値領域Ｍ内に設定される。
【００４０】
図５は制御装置５が実行する上記した制御則の一例を示す。図５に示すように、各検出器からデータを読み込む（ステップＳ１０２）。データとしては発電出力、エンジン回転数、スロットル弁３のスロットル開度、燃料弁８の開度が挙げられる。次に、基準値領域Ｍ内となるようにスロットル弁３のスロットル開度を制御する（ステップＳ１０４）。つまり、発電機６の発電出力が減少すれば、スロットル開度を増加させる。発電機６の発電出力が増加すれば、スロットル開度を減少させる。発電機６の発電出力が目標どおりであれば、スロットル開度を維持する。このような通常制御を行う。そしてマップから基準値領域Ｍを読み込む（ステップＳ１０６）。実際のスロットル開度が基準値領域Ｍの範囲内か否か求める（ステップＳ１０８）。実際のスロットル開度が基準値領域Ｍの範囲から外れていれば、燃料弁８の開度を増加または減少させる（ステップＳ１１０）。実際のスロットル開度が基準値領域Ｍの範囲内であれば、燃料弁８の開度を維持し、ステップＳ１０２に戻る。
【００４１】
このように本実施形態によれば、燃焼化学当量の変動が大きく発熱量の変動が大きいバイオガス等の燃料ガスを用いてガスエンジン１を駆動させるとき、スロットル弁３のスロットル開度の制御だけでは、ガスエンジン１の吸気ポート１０に供給される混合気の空燃比の調整は必ずしも充分ではない。しかし、スロットル弁３の上流である燃料ガス通路４には燃料弁８が設けられており、燃料弁８は、空気と燃料ガスとの混合気の流量を調整するものではなく、混合気供給通路２に供給する燃料ガスの流量を調整するものであるため、燃料弁８の開度の調整により混合気の空燃比の調整を応答性よく迅速に行うことができる。よって、燃焼化学当量の変動が大きく発熱量の変動が大きいバイオガス等の燃料ガスを用いてガスエンジン１を駆動させるときに適する。
【００４２】
しかしながら、燃料弁８の開度調整により、ガスエンジン１の吸気ポート１０に供給される燃料ガスの絶対量を調整することができるが、事情によっては、燃料弁８の開度調整だけでは、ガスエンジン１の吸気ポート１０に供給される混合気の空燃比の微調整を図るには限界があることがある。そこで本実施形態のように、燃料ガスの絶対量を調整する燃料弁８の開度調整の他に、燃料ガス及び空気の混合気の絶対量を調整するスロットル弁３の開度調整を行う。これにより発電機６による発電出力の微調整を行うことができる。
【００４３】
一般的なコージェネシステムでは、発電機６により発電した発電出力を検出器７２によりモニタリングしている。本実施形態によれば、発電機６による発電出力をモニタリングする検出器７２の信号に基づいて、燃料ガスの燃焼化学当量及び発熱量が変動していると推定する。そして、その推定に基づいてスロットル弁３のスロットル開度及び燃料弁８の開度を調整することにより、ガスエンジン１に供給される混合気の流量、混合気の空燃比を調整し、発電出力の変動を是正している。このため本実施形態によれば、特許文献２に係る技術とは異なり、燃焼後の排ガスに含まれる酸素濃度を検出する酸素センサを設けずとも良い。
【００４４】
（他の実施形態）
図６は他の実施形態を示す。この実施形態は前記した実施形態１と基本的には同様の構成、作用効果を有する。以下、実施形態１と異なる部分を中心として説明する。この場合、ガスエンジン１の駆動軸１ａと空調用のコンプレッサ９０とが連結されている。ガスエンジン１の駆動軸１ａが駆動すると、コンプレッサ９０が回転駆動し、空調用冷媒の圧縮、吸込を行い、空調回路９１に空調作用（冷房または暖房）を発生させる。ガスエンジン１の駆動軸１ａには、トルクセンサ９３が設けられている。トルクセンサ９３はガスエンジン１のエンジン負荷（前記した実施形態における発電出力に相当するもの）を測定するものである。トルクセンサ９３の信号Ｓ９は制御装置５に入力される。
【００４５】
本実施形態においても、燃料ガス源４０の燃料ガスの燃焼化学当量が減少して発熱量が減少するとき、エンジン出力が変動する。エンジン出力の減少は、エンジントルクの変動信号Ｓ９として制御装置５に入力される。このようなとき制御装置５は、スロットル弁３の開度を調整させ、且つ、燃料弁８の開度を調整させる。これによりガスエンジン１の吸気ポート１０に供給される混合気の空燃比が調整される。よって、エンジン出力の変動量が是正されると共に空調出力の変動が是正され、エンジン出力及び空調出力が一定領域または一定値に維持される。その他、本発明は上記した実施形態にのみ限定されるものではなく、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施できるものである。
【産業上の利用可能性】
【００４６】
本発明は、燃焼化学当量の変動が大きく発熱量の変動が大きいバイオガス等の燃料ガスを用いるガスエンジン装置に利用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】実施形態１に係るブロック図である。
【図２】実施形態１に係り、燃料ガスの燃焼化学当量が減少して発熱量が減少する場合における制御形態を示すタイミングチャートである。
【図３】実施形態１に係り、燃料ガスの燃焼化学当量が増加して発熱量が増加する場合における制御形態を示すタイミングチャートである。
【図４】スロットル弁のスロットル開度と発電出力との関係を示すグラフである。
【図５】制御装置が実行する制御則の一例を表すフローチャートである。
【図６】実施形態２に係るブロック図である。
【符号の説明】
【００４８】
図中、１はガスエンジン、２は混合気供給通路、３はスロットル弁（流量弁）、４は燃料ガス通路、５は制御装置、６は発電機、８は燃料弁を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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