(57)【要約】【課題】エンジン停止操作の際に負荷遮断装置からの負荷遮断信号により無負荷運転を行う際において、排気通路に設置した触媒装置の過大な温度上昇を回避して触媒の機能低下を防止しその久性を向上させるとともに、無負荷から軽負荷運転への移動領域における余剰出力を確保しスムーズに負荷運転に移行できて発電システムの運転性能を高く保持可能とした発電機駆動用エンジンの空燃比制御装置を提供する。【解決手段】排気通路に触媒装置を設置するとともに、エンジンの負荷を遮断する負荷遮断装置及び商用電力との同期装置をそなえた発電機駆動用エンジンにおいて、前記負荷遮断装置からのエンジンの負荷遮断信号が発信されたとき、前記エンジンの空燃比を一定空燃比以下のリーン空燃比に設定し、前記同期装置からの前記発電機の発電電力と商用電力と同期させる同期信号が発信されたとき前記空燃比を前記一定空燃比を超えるノーマル空燃比に設定するコントローラをそなえたことを特徴とする。【選択図】図２
2008138568.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
排気通路に触媒装置を設置するとともに、エンジンの負荷を遮断する負荷遮断装置及び商用電力との同期装置をそなえた発電機駆動用エンジンにおいて、前記負荷遮断装置からのエンジンの負荷遮断信号が発信されたとき、前記エンジンの空燃比を一定空燃比以下のリーン空燃比に設定し、前記同期装置からの前記発電機の発電電力と商用電力とを同期させる同期信号が発信されたとき前記空燃比を前記一定空燃比を超えるノーマル空燃比に設定するコントローラをそなえたことを特徴とする発電機駆動用エンジンの空燃比制御装置。
【請求項２】
前記エンジンの排気温度を検出して前記コントローラに入力する排気温度センサと、前記エンジンの油温を検出して前記コントローラに入力するエンジン油温センサとを設け、前記コントローラは、前記排気温度の検出値が予め設定された基準排気温度以上、あるいは前記エンジン油温の検出値が予め設定された基準エンジン油温以上のいずれかの場合または双方の場合に、前記エンジンの負荷遮断信号を発信して前記リーン空燃比制御に移行するように構成されたことを特徴とする請求項１記載の発電機駆動用エンジンの空燃比制御装置。
【請求項３】
前記酸化触媒装置における排気温度上昇度を検出して前記コントローラに入力する触媒装置温度上昇検出手段を設け、前記コントローラは、前記排気温度上昇度が予め設定された基準排気温度上昇度以下のとき、負荷遮断後の前記リーン空燃比運転から同期信号が発信された後のノーマル空燃比運転に移行させるように構成されたことを特徴とする請求項１記載の発電機駆動用エンジンの空燃比制御装置。
【請求項４】
請求項１〜３に記載の空燃比制御装置を備えたことを特徴とする発電機駆動用エンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、排気通路に触媒装置を設置した発電機駆動用エンジンであって、エンジンの負荷遮断装置及び発電機の発電電力と商用電力と同期させる同期装置をそなえた発電機駆動用エンジンの空燃比制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
エンジン（内燃機関）においては、過給機出口の排気通路のＮＯｘ還元触媒装置、ＨＣ等の酸化触媒装置が装備されており、かかる触媒装置の活性化を促進する手段として多くの技術が提供されている。
かかる触媒装置の活性化技術の一つに、特許文献１（特開２０００−２５７４７９号公報）の技術がある。
【０００３】
かかる技術においては、排気通路に設置した触媒の温度を検出するとともに、エンジン負荷等のエンジン運転状態を検出し、該エンジン運転状態によってエンジンの目標空燃比を制御する空燃比制御手段を設け、触媒温度が目標の活性温度よりも低い場合には目標空燃比を通常時の空燃比よりも高く且つ理論空燃比よりも高い活性化リーン空燃比に設定するようにして、エンジンの始動時に触媒温度を上昇させ、触媒機能の立ち上がり性を良化し、触媒装置の排気ガス浄化性能を向上せしめている。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−２５７４７９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ガスエンジン駆動の発電システムでは、エンジン停止操作の際は、通常、無負荷運転を一定時間行ってからエンジンを停止している。かかるエンジンでは、無負荷から軽負荷運転に移行する移動領域において、余剰出力を稼ぐために空燃比を無負荷定常時要求空燃比に対して過濃側（高リッチ側）に設定しているため、前記のようなエンジン停止操作の際の無負荷領域での空燃比は要求空燃比に対して過濃側（高リッチ側）に寄っている。
【０００６】
然るに、排気通路に酸化触媒装置を設置したガスエンジン駆動発電システムにおいて、前記のようにエンジン停止操作の際に無負荷運転を一定時間行うと、空燃比がエンジン要求空燃比に対して過濃側（高リッチ側）に寄っているため、かかる無負荷運転時にエンジンからの未燃ガス排出量が増加し、この未燃ガスが酸化触媒装置内で急速に反応して酸化触媒の温度が急上昇し、酸化触媒の機能低下をもたらすとともに、酸化触媒の耐久性を大きく低下させる。
【０００７】
前述の問題の発生を回避するため、当該無負荷運転域での空燃比を前記エンジン要求空燃比に合わせて希薄化（リーン化）すれば、前記のような酸化触媒の温度急上昇は回避できるが、このように空燃比をリーン化すると、無負荷から軽負荷運転に移行する移動領域における余剰出力が減少して、エンジンにスムーズに負荷が掛けられなくなって、発電システムの運転性能の低下をもたらす。
【０００８】
本発明はこのような従来技術の課題に鑑み、エンジン停止操作の際に負荷遮断装置からの負荷遮断信号により無負荷運転を行う際において、排気通路に設置した触媒装置の過大な温度上昇を回避して触媒の機能低下を防止しその持久性を向上させるとともに、無負荷から軽負荷運転への移動領域における余剰出力を確保しスムーズに負荷運転に移行できて、発電システムの運転性能を高く保持可能とした発電機駆動用エンジンの空燃比制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は前述の目的を達成するもので、排気通路に触媒装置を設置するとともに、エンジンの負荷を遮断する負荷遮断装置及び商用電力との同期装置をそなえた発電機駆動用エンジンにおいて、前記負荷遮断装置からのエンジンの負荷遮断信号が発信されたとき、前記エンジンの空燃比を一定空燃比以下のリーン空燃比に設定し、前記同期装置からの前記発電機の発電電力と商用電力と同期させる同期信号が発信されたとき前記空燃比を前記一定空燃比を超えるノーマル空燃比に設定するコントローラをそなえたことを特徴とする。
【００１０】
かかる発明に加えて、次のように構成するのが好ましい。
（１）前記エンジンの排気温度を検出して前記コントローラに入力する排気温度センサと、前記エンジンの油温を検出して前記コントローラに入力するエンジン油温センサとを設け、前記コントローラは、前記排気温度の検出値が予め設定された基準排気温度以上、あるいは前記エンジン油温の検出値が予め設定された基準エンジン油温以上のいずれかの場合または双方の場合に、前記エンジンの負荷遮断信号を発信して前記リーン空燃比制御に移行するように構成される。
【００１１】
（２）前記酸化触媒装置における排気温度上昇度を検出して前記コントローラに入力する触媒装置温度上昇検出手段を設け、前記コントローラは、前記排気温度上昇度が予め設定された基準排気温度上昇度以下のとき、負荷遮断後の前記リーン空燃比運転から同期信号が発信された後のノーマル空燃比運転に移行させるように構成される。
さらに、前記構成（請求項１〜３の構成）を併せそなえた発電機駆動用エンジンも本発明に含まれる。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、コントローラは、負荷遮断装置からの負荷遮断信号の発信を受けてエンジンの空燃比を一定空燃比以下のリーン空燃比に設定することにより、排気温度の上昇を抑えた無負荷運転を行うことが可能となってエンジンからの未燃ガス排出量を減少でき、これによって触媒装置内での未燃ガスの燃焼に伴う触媒の温度上昇を防止できる。
一方、同期装置からの発電機の発電電力と商用電力と同期させる同期信号が発信されたとき無負荷運転から負荷運転への移行と同時に、一定空燃比以下のリーン空燃比から該一定空燃比を超えるノーマル空燃比に移行してエンジンが運転されるので、無負荷運転から商用電力と同期しての負荷運転に移行する移動領域における余剰出力を確保することが可能となって、スムーズに負荷運転に移行でき、これにより発電システムの運転性能を高く保持することができる。
【００１３】
従って本発明によれば、負荷遮断装置からの負荷遮断信号により無負荷運転を行う際において、排気通路に設置した触媒装置の過大な温度上昇を回避できて触媒の機能低下を防止できるとともにその耐久性を向上させることが可能となり、且つ無負荷から負荷運転への移動領域における余剰出力を確保でき、スムーズに負荷運転に移行可能となって、発電システムの運転性能を高く保持することができる。
【００１４】
また、エンジンの排気温度の検出値が予め設定された基準排気温度以上、あるいはエンジン油温の検出値が予め設定された基準エンジン油温以上のいずれかの場合または双方を満足することを確認してから、エンジンの負荷遮断信号を発信してリーン空燃比制御に移行するように構成すれば、排気温度及びエンジン油温が基準温度以上となり、失火等の発生の無いた安定した状態でリーン空燃比での無負荷運転に移行できる。
さらには、触媒装置における排気温度上昇度を検知しておき、実際の排気温度上昇度が基準排気温度上昇度つまり許容排気上昇度以下になるように保持しながら、リーン空燃比での無負荷運転からノーマル空燃比での負荷運転に移行させるように構成すれば、触媒装置の温度を常時許容温度以下に保持して負荷運転を行うことが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
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。
【００１６】
図１は本発明の実施例に係る発電機駆動用ガスエンジンの制御システムの全体構成図である。
図１において、ガスエンジン（以下エンジンという）は符号１００で示され、該エンジン１００の排気出口管１０２を通った排気ガスは過給機１０７のタービン１０７ａに導かれた該タービン１０７ａを駆動する。該過給機１０７においてはタービン１０７ａによりこれと同軸のコンプレッサ１０７ｂが回転駆動されて、後述するように過給機入口給気管１０５ａを通って導入された給気を加圧する。そして、空気冷却器１０４を通してエンジン１００のシリンダ内に供給する。
【００１７】
前記過給機入口給気管１０５ａの途中にはガスミキサー１０５が設置され、燃料ガス管１０６ａ及びガス量調整弁１０６を通して供給された燃料ガスと、前記過給機入口給気管１０５ａを通して該ガスミキサー１０５に供給された空気とを混合する。そして、該ガスミキサー１０５からの燃料ガスと空気との混合気である給気は、前記過給機１０７のコンプレッサ１０７ｂで加圧され、空気冷却器１０４で冷却された後、給気管１０１を通してエンジン１００のシリンダ内に供給される。
また、前記過給機１０７のタービン１０７ａを駆動した後の排気ガスは、排気管１０３を通って酸化触媒装置１０４に導入され、該酸化触媒装置１０４において、ＨＣ等の未燃分が燃焼、除去されて浄化され、外気中に排出される。
【００１８】
前記エンジンおよびこれに直結駆動される発電機（図示省略）の制御用として、エンジン制御装置１２及び発電機制御盤１１が装備され、両者は制御回線で接続されている。
前記エンジン制御装置１２及び発電機制御盤１１によってコントローラ１０を構成し、該コントローラ１０には、排気温度センサ３からのエンジン１出口排気温度の検出値、酸化触媒入口排気温度センサ１からの酸化触媒装置１０４入口排気温度の検出値、酸化触媒出口排気温度センサ２からの酸化触媒装置１０４出口排気温度の検出値、エンジン油温センサ４からのエンジン油温の検出値がそれぞれ入力されている。
尚、図１には前記各検出値が、発電機制御盤１１に入力されるように示されているが、要するにこれらの検出値は、前記発電機制御盤１１及びエンジン制御装置１２を含むコントローラ１０に入力されて、後述する制御演算に用いられればよい。
【００１９】
前記発電機制御盤１１には、発電機負荷即ちエンジン１００に掛かる負荷を遮断する負荷遮断装置５及び発電機の発電電力と商用電力と同期させる同期信号を発信する同期装置６が設けられ、負荷遮断装置からの負荷遮断信号及び同期装置６からの発電機の発電電力と商用電力との同期信号は前記エンジン制御装置１２に入力される。
そして、前記エンジン制御装置１２においては、後述する演算、制御を行って、その出力信号によって前記ガス量調整弁１０６の開度を制御する。
【００２０】
次に、図２〜４に基づきかかる実施例の動作について説明する。
図２は前記実施例における空燃比制御装置の制御ブロック図である。
図２において、前記排気温度センサ３からのエンジン出口排気温度の検出値は前記コントローラ１０の排気温度判断手段１１０に入力される。また、前記エンジン油温センサ４からのエンジン油温の検出値は前記コントローラ１０のエンジン油温判断手段１２０に入力される。
前記排気温度判断手段１１０においては、予め設定された基準排気温度以上つまりエンジンが安定してリーン空燃比制御による無負荷運転可能な最低排気温度以上のとき該無負荷運転可能と判断する。また、前記エンジン油温判断手段１２０においては、予め設定された基準エンジン油温以上つまりエンジンが安定してリーン空燃比制御による無負荷運転可能な最低エンジン油温以上のとき該無負荷運転可能と判断する。
【００２１】
前記排気温度判断手段１１０での判断結果及びエンジン油温判断手段１２０での判断結果は、空燃比制御要否判断手段１３に入力され、該空燃比制御要否判断手段１３においては、前記排気温度判断手段１１０での判断結果あるいはエンジン油温判断手段１２０での判断結果のいずれかまたは双方がリーン空燃比制御による無負荷運転可能の判断結果であった場合にリーン空燃比制御による無負荷運転可能の判断結果を空燃比設定手段１４に出力する。
このように制御することにより、排気温度及びエンジン油温が基準温度以上となり、失火等の発生の無い安定した状態でリーン空燃比での無負荷運転に移行できる。
【００２２】
そして、前記負荷遮断装置５からの負荷遮断信号が前記コントローラ１０の空燃比設定手段１４に入力されると、該空燃比設定手段１４においては、エンジン１の空燃比を、図３の左欄に示すように、無負荷運転可能な一定空燃比以下のリーン空燃比に設定して空燃比補正手段１６に入力する。該空燃比補正手段１６は無負荷運転時には後述する触媒温度での補正を行わずに、リーン空燃比の設定値をガス量調整弁開度算出手段１７に入力する。
該ガス量調整弁開度算出手段１７においては、前記リーン空燃比に相当するガス量調整弁１０６の開度を算出してガス量調整弁１０６に入力し、該ガス量調整弁１０６はかかるリーン空燃比に相当する開度に制御される。
【００２３】
そして、かかる無負荷運転状態で、前記同期装置６から発電機の発電電力と商用電力と同期させる同期信号が発信されると、該空燃比設定手段１４においては、エンジン１の空燃比を、図３の中央欄に示すように、前記一定空燃比以下のリーン空燃比を超えるノーマル空燃比に移行する。次いで、前記エンジン制御装置１２は、エンジン１００を前記ノーマル空燃比で一定時間無負荷運転してから、図３の右欄に示すように負荷運転に移行させる。
【００２４】
また酸化触媒入口排気温度センサ１からの酸化触媒装置１０４入口排気温度の検出値、及び酸化触媒出口排気温度センサ２からの酸化触媒装置１０４出口排気温度の検出値は前記コントローラ１０の触媒温度上昇算出手段１５に入力される。該触媒温度上昇算出手段１５においては、前記酸化触媒装置出口排気温度と酸化触媒装置入口排気温度との温度差から、酸化触媒装置１０４内における排気ガスの温度上昇を算出して前記空燃比補正手段１６に入力する。
前記空燃比補正手段１７には、図４のように、酸化触媒装置１０４における排気ガスの温度上昇つまり触媒温度上昇と空燃比との関係が設定されている。かかる設定値は図４のＡ線のように触媒温度上昇に従い空燃比をリーンにするか、あるいは、図４のＢ線のように許容（基準）排気温度上昇Ｔｃｘを超えたとき階段的に空燃比をリーンにするかを選択可能としている。
【００２５】
前記空燃比補正手段１６においては、前記排気ガスの温度上昇（触媒温度上昇）が許容（基準）排気温度上昇Ｔｃｘを超えているときには、該排気ガスの温度上昇が前記許容排気温度上昇Ｔｃｘ以下になるように空燃比をリーン側に補正して、前記ガス量調整弁開度算出手段１７に入力する。該ガス量調整弁開度算出手段１７においては、前記補正後の空燃比に相当するガス量調整弁１０６の開度を算出してガス量調整弁１０６に入力し、該ガス量調整弁１０６はかかるリーン空燃比に相当する開度に制御される。
このように構成すれば、酸化触媒装置１０４における排気温度上昇度を検知しておき、実際の排気温度上昇度が基準排気温度上昇度つまり前記許容排気上昇度Ｔｃｘ以下になるように保持しながら、リーン空燃比での無負荷運転からノーマル空燃比での負荷運転に移行させることができて、酸化触媒装置１０４の温度を常時許容温度以下に保持して負荷運転を行うことが可能となる。
【００２６】
以上の実施例によれば、コントローラ１０は、負荷遮断装置５からの負荷遮断信号の発信を受けてエンジン１００の空燃比を一定空燃比以下のリーン空燃比に設定することにより、排気温度の上昇を抑えた無負荷運転を行うことが可能となって、エンジン１００からの未燃ガス排出量を減少でき、これによって酸化触媒装置１０４内での未燃ガスの燃焼に伴う触媒の温度上昇を防止できる。
一方、同期装置６からの発電機の発電電力と商用電力と同期させる同期信号が発信されたときには、無負荷運転から負荷運転への移行と同時に、一定空燃比以下のリーン空燃比から該一定空燃比を超えるノーマル空燃比に移行してエンジン１００が運転されるので、無負荷運転から商用電力と同期しての負荷運転に移行する移動領域における余剰出力を確保することが可能となって、スムーズに負荷運転に移行でき、これにより発電システムの運転性能を高く保持することができる。
【００２７】
従ってかかる実施例によれば、負荷遮断装置５からの負荷遮断信号により無負荷運転を行う際において、排気管１０３に設置した酸化触媒装置１０４の過大な温度上昇を回避できて触媒の機能低下を防止できるとともにその耐久性を向上させることが可能となし、且つ無負荷から負荷運転への移動領域における余剰出力を確保でき、スムーズに負荷運転に移行可能となって、発電システムの運転性能を高く保持することができる。
【産業上の利用可能性】
【００２８】
本発明によれば、エンジン停止操作の際に負荷遮断装置からの負荷遮断信号により無負荷運転を行う際において、排気通路に設置した触媒装置の過大な温度上昇を回避して触媒の機能低下を防止しその久性を向上させるとともに、無負荷から軽負荷運転への移動領域における余剰出力を確保しスムーズに負荷運転に移行できて発電システムの運転性能を高く保持可能とした発電機駆動用エンジンの空燃比制御装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の実施例に係る発電機駆動用ガスエンジンの制御システムの全体構成図である。
【図２】前記実施例における空燃比制御装置の制御ブロック図である。
【図３】前記実施例におけるエンジンの空燃比制御条件を示す表である。
【図４】前記実施例における酸化触媒温度と空燃比との関係線図である。
【符号の説明】
【００３０】
１      酸化触媒入口排気温度センサ
２      酸化触媒出口排気温度センサ
３      排気温度センサ
４      エンジン油温センサ
５      負荷遮断装置
６      同期装置
１０    コントローラ
１１    発電機制御盤
１２    エンジン制御装置
１００  ガスエンジン（エンジン）
１０１  給気管
１０２  排気出口管
１０３  排気管
１０４  酸化触媒装置
１０５  ガスミキサー
１０６  ガス量調整弁
１０７  過給機
【図１】
2008138568.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2008138568.tif 000006