(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
過給機（１０）を備えた希薄予混合ガスエンジン（１）の前記過給機に連結された第１の油圧ポンプ（２１，６１，７１）と、回転動力を発生させる回転動力発生体（１，７）に連結された第２の油圧ポンプ（２２，５２，６２，７２）と、前記第１の油圧ポンプの出口（２１ｂ）と前記第２の油圧ポンプの入口（２２ａ）とを連結する第１の油路（２３）と、前記第２の油圧ポンプの出口（２２ｂ）と前記第１の油圧ポンプの入口（２１ａ）とを連結する第２の油路（２４）と、前記ガスエンジンの給気路（２，１４）に配設されて前記過給機での過給後の給気の給気圧力（Ｐ）を検出する給気圧力センサ（５）と、前記第１の油路と前記第２の油路との間に介装されて前記第１の油路と前記第２の油路との間の油路を開閉する油圧バイパス弁（３７）とを備え、
前記第１の油圧ポンプ又は前記第２の油圧ポンプは、前記ガスエンジンの負荷情報を有するコントローラ（５０）により作動が制御される可変容量型油圧ポンプであり、前記コントローラは、前記ガスエンジンの低負荷時に前記可変容量型油圧ポンプの作動を制御して前記第２の油圧ポンプが発生させた油圧により前記第１の油圧ポンプを補助駆動して前記回転動力発生体が発生させた前記回転動力により前記過給機の回転を加勢させると共に、前記ガスエンジンの高負荷時に前記可変容量型油圧ポンプの作動を制御して前記第１の油圧ポンプが発生させた油圧により前記第２の油圧ポンプを補助駆動して前記過給機の回転動力により前記回転動力発生体の回転を加勢させ、前記ガスエンジンの負荷と前記給気圧力センサが検出した前記給気圧力とに基づいて前記可変容量型油圧ポンプの作動を制御して前記第１の油圧ポンプを介して前記過給機の回転数を変化させることにより前記ガスエンジンの空燃比が最適空燃比の所定範囲内に収まるように制御し、前記回転動力発生体の前記回転動力による前記過給機への加勢と前記過給機の前記回転動力による前記回転動力発生体への加勢との間の加勢モード切替時に前記油圧バイパス弁を開弁させることを特徴とする、希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システム。
【請求項２】
過給機（１０）を備えた希薄予混合ガスエンジン（１）の前記過給機に連結された第１の油圧ポンプ（２１，６１，７１）と、回転動力を発生させる回転動力発生体（１，７）に連結された第２の油圧ポンプ（２２，５２，６２，７２）と、前記第１の油圧ポンプの出口（２１ｂ）と前記第２の油圧ポンプの入口（２２ａ）とを連結する第１の油路（２３）と、前記第２の油圧ポンプの出口（２２ｂ）と前記第１の油圧ポンプの入口（２１ａ）とを連結する第２の油路（２４）と、前記ガスエンジンの給気路（２，１４）に配設されて前記過給機での過給後の給気の給気圧力（Ｐ）を検出する給気圧力センサ（５）と、前
記過給機からの給気を前記給気路から外部へ放出するための給気バイパス弁（１５）とを備え、
前記第１の油圧ポンプ又は前記第２の油圧ポンプは、前記ガスエンジンの負荷情報を有するコントローラ（５０）により作動が制御される可変容量型油圧ポンプであり、前記コントローラは、前記ガスエンジンの低負荷時に前記可変容量型油圧ポンプの作動を制御して前記第２の油圧ポンプが発生させた油圧により前記第１の油圧ポンプを補助駆動して前記回転動力発生体が発生させた前記回転動力により前記過給機の回転を加勢させると共に、前記ガスエンジンの高負荷時に前記可変容量型油圧ポンプの作動を制御して前記第１の油圧ポンプが発生させた油圧により前記第２の油圧ポンプを補助駆動して前記過給機の回転動力により前記回転動力発生体の回転を加勢させ、前記ガスエンジンの負荷と前記給気圧力センサが検出した前記給気圧力とに基づいて前記可変容量型油圧ポンプの作動を制御して前記第１の油圧ポンプを介して前記過給機の回転数を変化させることにより前記ガスエンジンの空燃比が最適空燃比の所定範囲内に収まるように制御し、前記回転動力発生体の前記回転動力による前記過給機への加勢と前記過給機の前記回転動力による前記回転動力発生体への加勢との間の加勢モード切替時に前記給気バイパス弁を開弁して前記過給機が発生させた給気の一部を外部へ放出することを特徴とする、希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システム。
【請求項３】
前記コントローラ（５０）は、前記ガスエンジン（１）の負荷増加時において前記回転動力発生体（１，７）の前記回転動力による前記過給機（１０）への加勢の略減少開始時から前記過給機の前記回転動力による前記回転動力発生体への加勢の略増加終了時までの間だけ前記給気バイパス弁（１５）を開弁して前記過給機が発生させた給気の一部を外部へ放出することを特徴とする、請求項２に記載の希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システム。
【請求項４】
過給機（１０）を備えた希薄予混合ガスエンジン（１）の前記過給機に連結された第１の油圧ポンプ（２１，６１，７１）と、回転動力を発生させる回転動力発生体（１，７）に連結された第２の油圧ポンプ（２２，５２，６２，７２）と、前記第１の油圧ポンプの出口（２１ｂ）と前記第２の油圧ポンプの入口（２２ａ）とを連結する第１の油路（２３）と、前記第２の油圧ポンプの出口（２２ｂ）と前記第１の油圧ポンプの入口（２１ａ）とを連結する第２の油路（２４）と、前記ガスエンジンの給気路（２，１４）に配設されて前記過給機での過給後の給気の給気圧力（Ｐ）を検出する給気圧力センサ（５）と、前記ガスエンジンから前記過給機へ供給される排気ガスを排気路（１９）から外部へ放出するため排気バイパス弁（１８）とを備え、
前記第１の油圧ポンプ又は前記第２の油圧ポンプは、前記ガスエンジンの負荷情報を有するコントローラ（５０）により作動が制御される可変容量型油圧ポンプであり、前記コントローラは、前記ガスエンジンの低負荷時に前記可変容量型油圧ポンプの作動を制御して前記第２の油圧ポンプが発生させた油圧により前記第１の油圧ポンプを補助駆動して前記回転動力発生体が発生させた前記回転動力により前記過給機の回転を加勢させると共に、前記ガスエンジンの高負荷時に前記可変容量型油圧ポンプの作動を制御して前記第１の油圧ポンプが発生させた油圧により前記第２の油圧ポンプを補助駆動して前記過給機の回転動力により前記回転動力発生体の回転を加勢させ、前記ガスエンジンの負荷と前記給気圧力センサが検出した前記給気圧力とに基づいて前記可変容量型油圧ポンプの作動を制御して前記第１の油圧ポンプを介して前記過給機の回転数を変化させることにより前記ガスエンジンの空燃比が最適空燃比の所定範囲内に収まるように制御し、前記回転動力発生体の前記回転動力による前記過給機への加勢と前記過給機の前記回転動力による前記回転動力発生体への加勢との間の加勢モード切替時に前記排気バイパス弁を開弁して前記ガスエンジンから前記過給機へ供給される前記排気ガスの一部を外部へ放出することを特徴とする、希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システム。
【請求項５】
前記コントローラ（５０）は、前記ガスエンジン（１）の負荷増加時において前記回転動力発生体（１，７）の前記回転動力による前記過給機（１０）への加勢の略減少開始時から前記過給機の前記回転動力による前記回転動力発生体への加勢の略増加終了時までの間だけ前記排気バイパス弁（１８）を開弁して前記ガスエンジンから前記過給機へ供給される前記排気ガスの一部を外部へ放出することを特徴とする、請求項４に記載の希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システム。
【請求項６】
前記コントローラ（５０）は、前記過給機（１０）から前記ガスエンジン（１）へ供給される前記給気の前記給気圧力（Ｐ）を最適給気圧力（ＰSP2 ）の所定範囲（ΔＰ）内に調節することにより前記ガスエンジンの前記空燃比が前記最適空燃比の前記所定範囲内に収まるように制御することを特徴とする、請求項１ないし５のいずれかに記載の希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システム。
【請求項７】
前記ガスエンジン（１）の給気路（２，１４）に配設されて前記過給機での過給後の給気温度（Ｔ）を検出する給気温度センサ（３８）又は前記ガスエンジンの外部に配設されて外気温度を検出する外気温度センサ（３９）をさらに備え、前記コントローラ（５０）は、前記ガスエンジンの負荷に基づいて目標給気圧力（ＰSP1 ）を算出し、前記給気温度センサが検出した前記給気温度又は前記外気温度センサが検出した前記外気温度に基づいて前記目標給気圧力を温度補正して前記最適給気圧力（ＰSP2 ）を算出し、前記給気圧力センサ（５）が検出した前記給気圧力（Ｐ）と前記最適給気圧力との差圧（ΔＰ）を算出し、前記差圧が前記所定範囲（Ｐ0 ）を超える場合には前記可変容量型油圧ポンプ（２２，５２，６１，７１）の作動を制御して前記第１の油圧ポンプを介して前記過給機（１０）の回転数を変化させて前記給気圧力の調節を行なうことを特徴とする、請求項６に記載の希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システム。
【請求項８】
前記コントローラ（５０）は、前記給気圧力センサ（５）が検出した前記給気圧力（Ｐ）から前記最適給気圧力を差し引いた差圧（ΔＰ）が前記所定範囲（Ｐ0 ）を超える負数の場合には前記可変容量型油圧ポンプ（２２，５２，６１，７１）の作動を制御して前記第１の油圧ポンプを介して前記過給機（１０）の回転数を増加させて前記給気圧力を上昇させて前記ガスエンジンの前記空燃比を希薄側へ調節することを特徴とする、請求項７に記載の希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システム。
【請求項９】
前記コントローラ（５０）は、前記給気圧力センサ（５）が検出した前記給気圧力（Ｐ）から前記最適給気圧力を差し引いた差圧（ΔＰ）が前記所定範囲（Ｐ0 ）を超える正数の場合には前記可変容量型油圧ポンプ（２２，５２，６１，７１）の作動を制御して前記第１の油圧ポンプを介して前記過給機（１０）の回転数を減少させて前記給気圧力を下降させて前記ガスエンジンの前記空燃比を濃厚側へ調節することを特徴とする、請求項７又は８に記載の希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システム。
【請求項１０】
前記空燃比の前記所定範囲は、零であることを特徴とする、請求項１ないし９のいずれかに記載の希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えば、ディーゼルエンジン等に装備される過給機は、エンジンの排気ガスが有する排気エネルギによりタービンが回転駆動され、タービンによって回転する圧縮機によりエンジンの給気密度を高めて、エンジンの燃費効率を向上させる目的で使用される。
【０００３】
しかしながら、このように過給機を取り付けたとしても、エンジンの負荷状態によっては排気エネルギに充分な余剰があり、この余剰排気エネルギを無駄なく利用することが、燃費向上のみならず、環境保護の面からも強く要請されている。
【０００４】
このエンジンの余剰排気エネルギを有効利用するものとして、本願出願人は、過給機とエンジンの双方に油圧ポンプを取り付け、油圧を介してこの余剰排気エネルギを利用して、過給機側の油圧ポンプによりエンジン側の油圧ポンプを回転駆動させてエンジンを加勢し、これにより廃熱回収による燃費向上を図ることができるようにした（例えば、特許文献１，２参照）。そして、本願出願人は、船舶用の低速２サイクルディーゼルエンジンにおいて、すでにこの発明の実用化を行っている。
【０００５】
一方、このエンジンの余剰排気エネルギ利用装置は、過給機の過給不足が発生するエンジンの低負荷領域においては、油圧を介してエンジン側の油圧ポンプにより過給機側の油圧ポンプを回転駆動させて過給機の回転を加勢し、これにより低負荷領域における過給機の過給不足を改善することができる。
【０００６】
また、油圧ポンプをエンジンに取り付けるのではなく、別置きの発電機に取り付けた場合にも、同様に高負荷時の廃熱回収による熱効率の向上、及び低負荷時における過給機の過給不足の解消を図ることができる。
【０００７】
他方、近年、特に環境保全の観点からクリーンなエネルギ源が求められ、ＣＯ2 、ＳＯX 、ＮＯX 等の排出量の大幅減少が危急の課題となっている。特にＣＯ2 、ＳＯX 排出量の減少の観点から、天然ガス、ＬＮＧ等のガス燃料をその主燃料とするガスエンジンが急速に普及しつつある。
【０００８】
このガスエンジンの中で、中速４サイクル希薄（リ一ンバーン）ガスエンジンは、主として発電設備において発電機との組み合わせで使用されており、上述のように天然ガス、ＬＮＧを主燃料として運転されるが、中でもＬＮＧは自着火温度が高く着火性が悪い。
【０００９】
このため、給気ポートにガス燃料を噴射して混合気をシリンダ内に充填した後に、軽油や重油をパイロット燃料として噴射着火させて、それによりガス燃料の混合気を燃焼させるパイロット着火方式や、その混合気を点火プラグで着火させる火花点火方式等の、いわゆる予混合方式を採用している。この希薄予混合ガスエンジンは、ＮＯX 排出量の減少に大きく貢献できるものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２４２０５１号公報
【特許文献２】特開２０１１−２１４４６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上述の中速４サイクル希薄予混合のガスエンジンは、発電設備として使用した場合に、急激な電力需要の変動に対応できることが必要であり、また、非常用発電設備として使用した場合には、非常発起動時に急速な発電機の負荷上昇に対応できることが必要である。このため、エンジンの負荷追随性の向上が大きな課題となっている。
【００１２】
特に、ガスエンジンを再生可能エネルギー設備のバッファ電源として使用する場合には、再生可能エネルギー設備の発電量の変動に応じてガスエンジン側の発電量を頻繁に調整する必要がある。したがって、ＣＯ2 、ＳＯX 、ＮＯX 等の排出量が少ない中速４サイクル希薄予混合ガスエンジンをクリーンなバッファ電源として普及させるためにも、エンジンの負荷追従性の向上が重要な課題となっている。
【００１３】
また、中速４サイクル希薄予混合ガスエンジンは、理論空燃比より希薄側で燃焼させることによって、高出力化と上述のＮＯX 排出量の低減とを図っている。この希薄燃焼は、その特性上、空燃比がある一定範囲から外れると、失火やノッキングを引き起こす恐れがある。したがって、安定燃焼を図るためには、空燃比が常時一定範囲内に収まるように制御する必要がある。ここで、空燃比は給気圧力に依存するが、この給気圧力は、過給機動力、すなわち、過給機のタービンで回収される排気ガスエネルギによって大きく左右される。
【００１４】
したがって、エンジンの負荷を上げていく際には、エンジンの空燃比が一定範囲内に収まるように、過給機は、給気量がエンジン側で要求する空気量に対して充分に余剰のあるものを使用しなければならない。そして、この容量の大きい過給機を選定することにより、給気量の増加を図ることで安定燃焼の範囲でのノッキングを回避する運転が可能になった。
【００１５】
一方、過多な給気量によって失火しないようにするためには、給気バイパス弁又は排気バイパス弁を設けて、過給機からエンジンに供給する給気の一部を外部へ放出したり、あるいは過給機のタービンへ供給される前の排気ガスの一部を外部へ放出することにより、空燃比を正常な作動線上で運転できるよう制御している。
【００１６】
しかしながら、この給気バイパス制御、あるいは排気バイパス制御を行う場合、いずれの場合も過給機の同転数の上昇が、エンジンの負荷上昇に伴う排ガスエネルギの上昇に依存しているために、速い応答性を伴った制御が難しいという問題がある。
【００１７】
本発明はこのような問題を解決するためになされたもので、希薄予混合ガスエンジンにおいて、過給機前又は後でバイパスして外部に放出している排気ガスエネルギの回収を図りつつ、エンジンの空燃比を常に最適に迅速かつ確実に制御することができ、以って負荷追従性の大幅な向上を図ることができ、失火やノッキングの発生を確実に防止することができる、希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システム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】
【００１８】
上述の課題を解決するために、本発明が採用する手段は、過給機を備えた希薄予混合ガスエンジンの過給機に連結された第１の油圧ポンプと、回転動力を発生させる回転動力発生体に連結された第２の油圧ポンプと、第１の油圧ポンプの出口と第２の油圧ポンプの入口とを連結する第１の油路と、第２の油圧ポンプの出口と第１の油圧ポンプの入口とを連結する第２の油路と、ガスエンジンの給気路に配設されて過給機での過給後の給気の給気
圧力を検出する給気圧力センサとを備え、第１の油圧ポンプ又は第２の油圧ポンプは、コントローラにより作動が制御される可変容量型油圧ポンプであり、ガスエンジンの負荷情報を有するコントローラは、ガスエンジンの低負荷時に可変容量型油圧ポンプの作動を制御して第２の油圧ポンプが発生させた油圧により第１の油圧ポンプを補助駆動して回転動力発生体が発生させた回転動力により過給機の回転を加勢させると共に、ガスエンジンの高負荷時に可変容量型油圧ポンプの作動を制御して第１の油圧ポンプが発生させた油圧により第２の油圧ポンプを補助駆動して過給機の回転動力により回転動力発生体の回転を加勢させる希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムにおいて、上記コントローラは、ガスエンジンの負荷と給気圧力センサが検出した給気圧力に基づいて可変容量型油圧ポンプの作動を制御して第１の油圧ポンプを介して過給機の回転数を変化させることにより、ガスエンジンの空燃比が最適空燃比の所定範囲内に収まるように制御することにある。
【００１９】
本発明の希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムによれば、コントローラは、ガスエンジンの負荷情報を有し、ガスエンジンの低負荷時に可変容量型油圧ポンプの作動を制御して第２の油圧ポンプが発生させた油圧により第１の油圧ポンプを補助駆動して回転動力発生体が発生させた回転動力により過給機の回転を加勢させると共に、ガスエンジンの高負荷時に可変容量型油圧ポンプの作動を制御して第１の油圧ポンプが発生させた油圧により第２の油圧ポンプを補助駆動して過給機の回転動力により回転動力発生体の回転を加勢させる。
【００２０】
これに加えて、コントローラは、ガスエンジンの負荷と給気圧力センサが検出した給気圧力に基づいて可変容量型油圧ポンプの作動を制御して第１の油圧ポンプを介して過給機の回転数を変化させることにより、ガスエンジンの空燃比が最適空燃比の所定範囲内に収まるようにさらに制御する。
【００２１】
すなわち、本発明の希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムにおいては、空燃比の制御を従来のように反応が鈍い排気ガスエネルギの上昇や、給気バイパス弁又は排気バイパス弁の作動等に委ねるのではなく、油圧を利用して積極的に行なうことにより、迅速かつ確実に行うことができる。
【００２２】
したがって、ガスエンジンの空燃比が常に最適空燃比の所定範囲内に収まるように迅速かつ確実に自動的に制御され、希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性を大幅に向上させることができる。これにより、希薄予混合ガスエンジンに特有の失火やノッキングの発生を確実に防止することができる。
【００２３】
また、この希薄予混合ガスエンジンにおいては、低負荷時における回転動力発生体の回転動力による過給機への加勢と、高負荷時における過給機の回転動力による回転動力発生体への加勢とが上述の空燃比制御と一体に行われるから、同時に余剰排気ガスエネルギの有効利用を図ることもできる。
【００２４】
なお、第１の油圧ポンプ又は第２の油圧ポンプのいずれを、コントローラによりその作動が制御される可変容量型油圧ポンプとしてもよい。また、上述の回転動力発生体としては、例えば、この空燃比制御が行われる希薄予混合ガスエンジン、空燃比制御が行われるガスエンジンとは別置きの発電機、その他が考えられる。
【００２５】
上記希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムにおいて、上記コントローラは、過給機からガスエンジンへ供給される給気の給気圧力を最適給気圧力の所定範囲内に調節することにより、ガスエンジンの空燃比が最適空燃比の所定範囲内に収まるように制御することが望ましい。
【００２６】
上述の空燃比とは、燃料混合気の空気質量を燃料質量で割った無次元数をいい、数値が大きいほど希薄混合気となり、数値が小さいほど濃厚混合気となる。後述するように、燃料混合気の空気質量は給気圧力から導くことができる。したがって、過給機からガスエンジンへ供給される給気の給気圧力を最適給気圧力の所定範囲内に調節することにより、ガスエンジンの空燃比を最適空燃比の所定範囲内に収めるように制御することができる。
【００２７】
上記希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムにおいて、ガスエンジンの給気路に配設されて過給機での過給後の給気温度を検出する給気温度センサ又はガスエンジンの外部に配設されて外気温度を検出する外気温度センサをさらに備え、上記コントローラは、ガスエンジンの負荷に基づいて目標給気圧力を算出し、給気温度センサが検出した給気温度又は外気温度センサが検出した外気温度に基づいて目標給気圧力を温度補正して最適給気圧力を算出し、給気圧力センサが検出した給気圧力と最適給気圧力との差圧を算出し、この差圧が所定範囲を超える場合には可変容量型油圧ポンプの作動を制御して第１の油圧ポンプを介して過給機の回転数を変化させて給気圧力を調節することが望ましい。
【００２８】
このように、コントローラが、ガスエンジンの負荷に基づいて目標給気圧力を算出し、給気温度センサが検出した給気温度又は外気温度センサが検出した外気温度に基づいて目標給気圧力を温度補正して最適給気圧力を算出し、給気圧力センサが検出した給気圧力と最適給気圧力との差圧を算出し、この差圧が所定範囲を超える場合には可変容量型油圧ポンプの作動を制御して第１の油圧ポンプを介して過給機の回転数を変化させて給気圧力を調節することにより、空燃比が、例えば失火やノッキングの発生の可能性がある領域にある場合にも、この空燃比を迅速かつ確実に、例えば失火やノッキングの発生の可能性がほとんどない所定範囲内に収めることができ、希薄予混合ガスエンジンの安定運転を行なうことができる。
【００２９】
上記希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムにおいて、上記コントローラは、給気圧力センサが検出した給気圧力から最適給気圧力を差し引いた差圧が所定範囲を超える負数の場合には、可変容量型油圧ポンプの作動を制御して第１の油圧ポンプを介して過給機の回転数を増加させて、給気圧力を上昇させてガスエンジンの空燃比を希薄側へ調節することが望ましい。
【００３０】
このように、差圧が所定範囲を超える負数の場合には、可変容量型油圧ポンプの作動を制御して第１の油圧ポンプを介して過給機の回転数を増加させて給気圧力を上昇させることにより、濃厚側にある空燃比を確実に希薄側へ調節して、最適空燃比の所定範囲内に収めることができる。
【００３１】
上記希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムにおいて、上記コントローラは、給気圧力センサが検出した給気圧力から最適給気圧力を差し引いた差圧が所定範囲を超える正数の場合には、可変容量型油圧ポンプの作動を制御して第１の油圧ポンプを介して過給機の回転数を減少させて給気圧力を下降させて、ガスエンジンの空燃比を濃厚側へ調節することが望ましい。
【００３２】
このように、差圧が所定範囲を超える正数の場合には、可変容量型油圧ポンプの作動を制御して第１の油圧ポンプを介して過給機の回転数を減少させて給気圧力を下降させることにより、希薄側にある空燃比を確実に濃厚側へ調節して、最適空燃比の所定範囲内に収めることができる。
【００３３】
上記希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムにおいて、第１の油路と第２の油路との間に介装されて第１の油路と第２の油路との間の油路を開閉する油圧バイパス弁
をさらに備え、上記コントローラは、回転動力発生体の回転動力による過給機への加勢と過給機の回転動力による回転動力発生体への加勢との間の加勢モード切替時に、油圧バイパス弁を開弁させることが望ましい。
【００３４】
このように、第１の油路と第２の油路との間に介装されて第１の油路と第２の油路との間の油路を開閉する油圧バイパス弁をさらに備え、コントローラが回転動力発生体による過給機への加勢と過給機による回転動力発生体への加勢との間の加勢モード切替時に油圧バイパス弁を開弁させることにより、第１の油圧ポンプ及び第２の油圧ポンプはそれぞれ加勢モード切替時に一旦空転するだけとなる。
【００３５】
すなわち、回転動力発生体による過給機への加勢と過給機による回転動力発生体への加勢との間の加勢モード切替時に油圧バイパス弁を開弁させることにより、第１の油路と第２の油路との間に油圧差が生じないようにして、加勢モード切替時の急激な油圧変動を防止し、油圧回路内における作動油の流れを円滑にしている。
【００３６】
上記希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムにおいて、過給機からの給気を給気路から外部へ放出するための給気バイパス弁をさらに備え、コントローラは、回転動力発生体の回転動力による過給機への加勢と過給機の回転動力による回転動力発生体への加勢との間の加勢モード切替時に給気バイパス弁を開弁して、過給機が発生させた給気の一部を外部へ放出することが望ましい。
【００３７】
又は、上記希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムにおいて、ガスエンジンから過給機へ供給される排気ガスを排気路から外部へ放出するため排気バイパス弁をさらに備え、コントローラは、回転動力発生体の回転動力による過給機への加勢と過給機の回転動力による回転動力発生体への加勢との間の加勢モード切替時に排気バイパス弁を開弁して、ガスエンジンから過給機へ供給される排気ガスの一部を外部へ放出することが望ましい。
【００３８】
このように、過給機からの給気を給気路から外部へ放出するための給気バイパス弁、又はガスエンジンから過給機へ供給される排気ガスを排気路から外部へ放出するために排気バイパス弁をさらに備え、コントローラが、回転動力発生体による過給機への加勢と過給機による回転動力発生体への加勢との間の加勢モード切替時に、給気バイパス弁又は排気バイパス弁を開弁して過給機が発生させた余剰給気、又はガスエンジンから過給機へ供給される余剰排気ガスを外部へ放出することにより、加勢モード切替のために一旦上述の油圧を介した空燃比制御を行なうことができなくても、この給気バイパス弁又は排気バイパス弁により空燃比を適正に調節することができる。
【００３９】
上記希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムにおいて、上記コントローラは、ガスエンジンの負荷増加時において回転動力発生体の回転動力による過給機への加勢の略減少開始時から過給機の回転動力による回転動力発生体への加勢の略増加終了時までの間だけ給気バイパス弁を開弁して、過給機が発生させた給気の一部を外部へ放出することが望ましい。
【００４０】
又は、上記希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムにおいて、上記コントローラは、ガスエンジンの負荷増加時において回転動力発生体の回転動力による過給機への加勢の略減少開始時から過給機の回転動力による回転動力発生体への加勢の略増加終了時までの間だけ排気バイパス弁を開弁して、ガスエンジンから過給機へ供給される排気ガスの一部を外部へ放出することが望ましい。
【００４１】
このように、コントローラが、給気バイパス弁による余剰給気の調節、又は排気バイパ
ス弁による余剰排気ガスの調節を、上述の油圧を介した空燃比制御が充分には行われない恐れがある負荷範囲も含めて、上述の必要最少限の範囲内で行なうことにより、過給機により過給した給気、又はこの過給機を作動させる排気ガスの無用な外部放出が最少限に抑えられ、余剰排気ガスエネルギの一段と進んだ利用を図ることができる。
【００４２】
上記希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムにおいて、上記空燃比の所定範囲は、零であることが望ましい。
【００４３】
このように、空燃比の所定範囲を零とすることにより、ガスエンジンの空燃比を常に最適空燃比になるように調節することができ、これにより負荷追従性の一層の向上を図ることができ、希薄予混合ガスエンジンに特有の失火やノッキングの発生をさらに確実に防止することができる。また、この空燃比制御は油圧を介して行なわれるから、微細で頻繁な制御を迅速かつ確実に行うことができる。
【発明の効果】
【００４４】
本発明の希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムは、過給機を備えた希薄予混合ガスエンジンの過給機に連結された第１の油圧ポンプと、回転動力を発生させる回転動力発生体に連結された第２の油圧ポンプと、第１の油圧ポンプの出口と第２の油圧ポンプの入口とを連結する第１の油路と、第２の油圧ポンプの出口と第１の油圧ポンプの入口とを連結する第２の油路と、ガスエンジンの給気路に配設されて過給機での過給後の給気の給気圧力を検出する給気圧力センサとを備え、第１の油圧ポンプ又は第２の油圧ポンプは、ガスエンジンの負荷情報を有するコントローラにより作動が制御される可変容量型油圧ポンプであり、コントローラは、ガスエンジンの低負荷時に可変容量型油圧ポンプの作動を制御して第２の油圧ポンプが発生させた油圧により第１の油圧ポンプを補助駆動して回転動力発生体が発生させた回転動力により過給機の回転を加勢させると共に、ガスエンジンの高負荷時に可変容量型油圧ポンプの作動を制御して第１の油圧ポンプが発生させた油圧により第２の油圧ポンプを補助駆動して過給機の回転動力により回転動力発生体の回転を加勢させる希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムにおいて、上記コントローラは、ガスエンジンの負荷と給気圧力センサが検出した給気圧力とに基づいて上記可変容量型油圧ポンプの作動を制御して第１の油圧ポンプを介して過給機の回転数を変化させることにより、給気圧力を最適給気圧力の所定範囲内に収めるように調節してガスエンジンの空燃比が最適空燃比の所定範囲内になるように制御する。
【００４５】
したがって、希薄予混合ガスエンジンにおいて、過給機前又は後でバイパスして外部に放出している排気ガスエネルギの回収を図りつつ、エンジンの空燃比を常に最適に迅速かつ確実に制御することができ、以って負荷追従性の大幅な向上を図ることができ、失火やノッキングの発生を確実に防止することができる、という優れた効果を奏する。
【００４６】
この負荷追従性の大幅な向上により、希薄予混合ガスエンジンを、例えば発電設備として使用した場合の急激な電力需要の変動、非常用発電設備として使用した場合の非常発起動時に急速な発電機の負荷上昇、再生可能エネルギー設備のバッファ電源として使用した場合の発電量の急激な変動等にも充分対応可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明の希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムを示す模試図である。
【図２】図１のガスエンジンの制御の構成を示すブロックである。
【図３】図１のガスエンジンの空燃比制御を示すフローチャートの前部である。
【図４】図３のフローチャートの後部である。
【図５】図３のフローチャートの後部であり、図４とは別の制御を示すフローチャートである。
【図６】図１のガスエンジンの空燃比と平均有効圧との関係を示すグラフである。
【図７】図１のガスエンジンの負荷に対する各構成要素の作動状態を示すグラフである。
【図８】図１とは別の予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムを示す模試図である。
【図９】図１とはさらに別の予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムを示す模試図である。
【図１０】図８とは別の予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムを示す模試図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４８】
本発明に係る希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムを実施するための最良の形態を、図１ないし図１０を参照して詳細に説明する。
【００４９】
図１に示すように、ガスエンジン（回転動力発生体）１に過給機１０を配設する。この過給機１０の圧縮機１１とタービン１２は回転軸１３で連結される。過給機１０の圧縮機１１はガスエンジン１の給気管２に接続されて、圧縮機１１は加圧した給気を給気管（給気路）２に供給する。
【００５０】
過給機１０のタービン１２は、ガスエンジン１の排気管３に接続される。ガスエンジン１の排気ガスによりこのタービン１２が回転駆動され、タービン１２によって回転軸１３を介して圧縮機１１が回転される。これにより、エンジンの給気密度が高められ、ガスエンジンの効率が向上する。
【００５１】
ガスエンジン１の給気管２内に、過給機１０による過給後の給気圧力Ｐを検出する給気圧力センサ５、過給機１０による過給後の給気温度Ｔを検出する給気温度センサ３８が配設される。また、過給機１０と給気管２とを繋ぐ給気路１４から分岐する形で給気バイパス弁１５が配設されて、この給気バイパス弁１５は、過給機１０により加圧さた給気の一部を過給機１０のタービン１２の排気路１６へ、つまり外気（外部）へ放出する。
【００５２】
過給機１０の回転軸１３に、変速機１７を介して固定容量型の油圧ポンプ（第１の油圧ポンプ）２１を連結する。ガスエンジン１のクランク軸４に、可変容量型の油圧ポンプ（第２の油圧ポンプ）２２を連結する。この油圧ポンプ２２は、変速機を介してガスエンジン１のクランク軸４に取り付けてもよい。なお、油圧ポンプ２１は必ずしも固定容量型に限定されるものではない。
【００５３】
油圧ポンプ２２は、例えば斜板型の可変機構を有する可変容量型油圧ポンプであり、その斜板位置を変更することにより、吐出容量を変化させることができる。なお、油圧ポンプ２２は、必ずしも斜板型の可変機構の可変容量型油圧ポンプに限定されるものではなく、他の形式の可変容量型油圧ポンプでもよい。
【００５４】
図１に示すように、油圧ポンプ２１の出口２１ｂと、可変容量型の油圧ポンプ２２の入口２２ａとを連結する主油路（第１の油路）２３が配設される。油圧ポンプ２１の入口２１ａと、油圧ポンプ２２の出口２２ｂとを連結する主油路２４が配設される。これら２つの主油路２３，２４により、油圧ポンプ２１と油圧ポンプ２２は相互に連結される。２つの油圧ポンプ２１，２２と２つの主油路２３，２４は、油圧回路２０の中に組み込まれる。
【００５５】
ガスエンジン１の高負荷時には、油圧ポンプ２１が過給機１０の回転軸１３により回転
駆動されて、図示実線矢印で示す方向の油圧を発生させる。このとき、過給機１０の変速機１７は減速機として働く。油圧ポンプ２１から吐出された作動油は、主油路２４を通って油圧ポンプ２２を回転駆動させ、主油路２３を通って再び油圧ポンプ２１に戻る。
【００５６】
そして、油圧ポンプ２２はガスエンジン１のクランク軸４の回転を補助駆動し、加勢する。すなわち、このとき油圧ポンプ２２は油圧モータとして作動する。このようにガスエンジンの高負荷時には、ガスエンジン１の余剰排気エネルギをガスエンジン１のクランク軸４の加勢に利用することができ、廃熱の有効利用を図ることができる。
【００５７】
電動モータ２５がタンク２６の油圧ポンプ２７を回転駆動し、タンク２６内の作動油をチェック弁２８，２９を介して主油路２３，２４へそれぞれ供給する。油圧ポンプ２１の発生油圧が高すぎた場合には、油圧が主油路２４からリリーフ弁３１、チェック弁２８を介して主油路２３側へ逃がされる。
【００５８】
切替弁３３の作動により、主油路２３の作動油の一部は切替弁３３を通してタンク２６へ戻される。すなわち、主油路２４の油圧は主油路２３の油圧よりも高圧となる。切替弁３３を通った作動油は、リリーフ弁３４、オイルフィルタ３５、オイルクーラー３６を通ってタンク２６へ戻される。この切替弁３３の作動により、後述の低負荷時のガスエンジン１による過給機１０への加勢と、上述の高負荷時の過給機１０によるガスエンジン１への加勢との加勢モードの切替えが行われる。
【００５９】
一方、エンジン１の低負荷時には、油圧ポンプ２２がガスエンジン１のクランク軸４により回転駆動されて、図示破線矢印で示す方向の油圧を発生させる。油圧ポンプ２２から吐出された作動油は、主油路２３を通って油圧ポンプ２１を回転駆動させ、主油路２４を通って再び油圧ポンプ２２に戻される。このとき、過給機１０の変速機１７は増速機として働く。油圧ポンプ２１は、上述の変速機１７を介して過給機１０の回転軸１３の回転を補助駆動し、加勢する。
【００６０】
この時、油圧ポンプ２１は油圧モータとして作動する。油圧ポンプ２２の発生油圧が高すぎた場合には、油圧が主油路２３からリリーフ弁３０、チェック弁２９を介して主油路２４側へ逃がされる。切替弁３３の作動により、主油路２４の作動油の一部は、切替弁３３を通りリリーフ弁３４、オイルフィルタ３５、オイルクーラー３６を介してタンク２６へ戻される。すなわち、切替弁３３の作動により、主油路２３の油圧は主油路２４の油圧よりも高圧となる。
【００６１】
ガスエンジン１の低負荷時には、ガスエンジン１の排ガス量が充分ではなく、過給機１０の過給に必要な排気エネルギを得ることができない。しかし、この希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムでは、過給機１０がガスエンジン１の負荷に応じた過給をできるようになり、ガスエンジン１の加速が促進される。
【００６２】
油圧ポンプ２２を可変容量型としたから、ガスエンジン１の負荷に応じて過給機１０が所定の回転数になるように適切に制御される。図２のコントローラ５０が切替弁３３を作動させて、上述のエンジン１の高負荷時の制御と低負荷時の制御が適切に行なわれる。
【００６３】
また、２つの主油路２３，２４の間に油圧バイパス弁３７が介装される。上述の低負荷時のガスエンジン１による過給機１０への加勢時と、高負荷時の過給機１０によるガスエンジン１への加勢時は、この油圧バイパス弁３７が閉弁しており、２つの主油路２３，２４の間に油圧差がある。しかし、この油圧バイパス弁３７が開弁すると、作動油は油圧ポンプ２１，２２の周辺油路内で循環するだけとなり、２つの主油路２３，２４の間に油圧差は生じず、油圧ポンプ２１，２２は空転状態となる。
【００６４】
図２に示すように、上述の給気圧力センサ５、給気温度Ｔを検出する給気温度センサ３８、上述の可変容量型の油圧ポンプ２２、油圧バイパス弁３７、給気バイパス弁１５、切替弁３３がコントローラ５０に電気的にそれぞれ接続されて、それらの作動はコントローラ５０により制御される。このコントローラ５０は、図示しないエンジンコントローラからガスエンジン１の負荷情報が供給されて、ガスエンジン１の負荷情報を有している。
【００６５】
次に、本希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムの作動について説明する。図７に示すように、ガスエンジン１の始動時ｔ１には、油圧バイパス弁３７が開弁している。このため、ガスエンジン１の始動と同時にまず油圧ポンプ２１が回転し始めるが、油圧バイパス弁３７が開弁しているため、油圧負荷がかからない空転状態である。
【００６６】
また、切替弁３３は、主油路２４の作動油をタンク２６へ戻す位置に切り替えられている。ガスエンジン１の始動により主発電機６の回転数が上昇し、主発電機６側の回転数制御により、主発電機６の回転数は間もなく一定回転数となる。これにより、主発電機６による発電が開始される。
【００６７】
それと同時に過給機１０が回転し始めるが、ガスエンジン１から供給される排気ガス量不足により、過給機効率は一定の低効率の状態が持続する。これと共に、油圧ポンプ２２も回転し始めるが、油圧バイパス弁３７が開弁しているため、油圧ポンプ２１と同様に油圧負荷がかからない空転状態のままである。
【００６８】
所定時間ｔ２になると、油圧バイパス弁３７が閉弁し、可変容量型油圧ポンプ２２の斜板位置が最大吐出側へ移動する。また、ガスエンジン１の負荷が上昇し始める。これにより、上述のエンジン１の低負荷時における油圧ポンプ２１，２２を介したガスエンジン１のクランク軸４の回転動力による過給機１０への加勢が開始される。これと共に、過給機１０の過給機効率が急激に上昇し始め、ガスエンジン１の低負荷時における過給機１０の給気不足が解消される。また、後述の空燃比制御も開始される。
【００６９】
さらに所定時間ｔ３になると、ガスエンジン１の排ガスによる過給機１０の効率が最大効率に近づいたため、可変容量型油圧ポンプ２２の斜板位置が中立位置へ移動し始め、ガスエンジン１のクランク軸４の回転動力による過給機１０への加勢が徐々に低下する。
【００７０】
これと共に、後述の油圧システムによる空燃比制御を一時的に行うことができなくなる。このため、過給機１０による余剰給気を外気へ放出するため、給気バイパス弁１５が必要な給気バイパス量に応じた角度まで開弁して空燃比の調節を行ない、空燃比が希薄になってガスエンジン１の失火が発生しないようにする。
【００７１】
このとき、コントローラ５０は、後述する油圧システムによる空燃比制御と同様に、給気圧力Ｐを最適給気圧力ＰSP2 の所定範囲Ｐ0 内に収め、ガスエンジンの空燃比が最適空燃比の所定範囲内になるように、給気バイパス弁１５の給気バイパス量を調節する。
【００７２】
したがって、上述のガスエンジン１のクランク軸４の回転動力による過給機１０への加勢と、過給機１０の回転動力によるガスエンジン１のクランク軸４への加勢との間の加勢モード切替時にも、給気バイパス弁１５による空燃比制御により、ガスエンジンの空燃比が確実に最適空燃比の所定範囲内になるように制御することができる。
【００７３】
所定時間ｔ４になると、過給機１０の効率は最大となり、またガスエンジン１の負荷は定格負荷になる。これに伴い、ガスエンジン１の低負荷から高負荷への加勢モードの切替えを行うため、油圧バイパス弁３７が一旦開弁し、２つの油圧ポンプ２１，２２は空転状
態となり、ガスエンジン１のクランク軸４と過給機１０との間の相互加勢が行われない状態になる。
【００７４】
このとき、油圧回路２０の切替弁３３の位置が切り替えられて、ガスエンジン１のクランク軸４の回転動力による過給機１０への加勢モードから、過給機１０の回転動力によるガスエンジン１のクランク軸４への加勢モードに切り替えられる。このように、切替弁３３の位置が切り替えられるときには必ず油圧バイパス弁３７が開弁しており、加勢モード切替時の急激な油圧変動を防止し、油圧回路２０内における作動油の流れを円滑にしている。
【００７５】
その直後に再び油圧バイパス弁３７が閉弁し、可変容量型油圧ポンプ２２の斜板位置が最少吐出側へ移動し始める。これにより、上述のエンジン１の高負荷時における、油圧ポンプ２１，２２を介した過給機１０の回転動力によるガスエンジン１のクランク軸４への加勢が開始される。
【００７６】
このとき、過給機効率は最大効率に達している。これと共に、後述の空燃比制御が再び開始される。このため、上述の給気バイパス弁１５は閉弁し始める。さらに所定時間ｔ５になると、可変容量型油圧ポンプ２２の斜板位置が最少吐出位置になると共に、給気バイパス弁１５は全閉となる。
【００７７】
次に、本希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムの空燃比制御を、図３ないし図６を参照して説明する。
【００７８】
図３に示すように、コントローラ５０は、そのときのエンジン負荷をエンジンコントローラ等から読み込み（ステップＳ２）、読み込んだエンジン負荷からマップにより目標給気圧力ＰSP1 を算出する（ステップＳ４）。
【００７９】
そして、給気温度センサ３８が検出した給気温度Ｔを読み込み（ステップＳ６）、上述の目標給気圧力ＰSP1 を給気温度Ｔで温度補正して最適給気圧力ＰSP2 を算出する（ステップＳ８）。次に、給気圧力センサ５が検出した給気圧力Ｐを読み込み（ステップＳ１０）、この給気圧力Ｐから最適給気圧力ＰSP2 を差し引いた差圧ΔＰを算出する（ステップＳ１２）。
【００８０】
図４に示すように、この差圧ΔＰの絶対値が所定設定値Ｐ0 以内（所定範囲内）であるか否かを判定する（ステップＳ１６）。ステップＳ１６の判定結果が肯定（Ｙｅｓ）の場合、すなわち、給気圧力Ｐと最適給気圧力ＰSP2 との差圧ΔＰが所定範囲内にある場合には、可変容量型の油圧ポンプ２２の斜板位置の調整は行わず、空燃比の調節は特に行わない。
【００８１】
ステップＳ１６の判定結果が否定（Ｎｏ）の場合、すなわち、給気圧力Ｐと最適給気圧力ＰSP2 との差圧ΔＰが所定範囲を超える場合には、次にこの差圧ΔＰが負数か否かを判定する（ステップＳ１８）。
【００８２】
ステップＳ１８の判定結果が肯定の場合、すなわち、給気圧力Ｐが最適給気圧力ＰSP2 の所定範囲を超えて小さい場合には、空燃比が所定範囲を超えて濃厚になる可能性が高いから、過給機１０の回転数を増加させて給気量を増加させ、図６に示すように、給気圧力Ｐが最適給気圧力ＰSP2 の所定範囲内に収まるように制御する。
【００８３】
ここで、空燃比とは、燃料混合気の空気質量を燃料質量で割った無次元数をいい、数値が大きいほど希薄混合気となり、数値が小さいほど濃厚混合気となる。また、気体の状態
方程式はＰＶ＝ＲＴであるから、これはＰ＝（ＲＴ／Ｖ）と書き換えることができる。Ｐは気体の圧力、Ｖは気体の体積、Ｔは気体の温度を示す。
【００８４】
この式から、ガスエンジン１の給気圧力Ｐは給気密度を示す（１／Ｖ）、すなわち燃料混合気の空気質量に比例することがわかる。したがって、給気圧力Ｐを最適給気圧力ＰSP2 の所定範囲内に調節することにより、ガスエンジン１の空燃比を最適空燃比の所定範囲内に収めるように制御することができる。
【００８５】
ステップＳ１８の判定結果が否定の場合、すなわち、給気圧力Ｐが最適給気圧力ＰSP2 の所定範囲を超えて大きい場合には、空燃比が所定範囲を超えて希薄になる可能性が高いから、過給機１０の回転数を減少させて給気量を減らして、空燃比を濃厚側へ調節する。この結果、図６に示すように、空燃比が最適空燃比の所定範囲内に収まるように制御される。
【００８６】
これにより、希薄予混合ガスエンジン特有のノッキングや失火の発生を確実に防止できる。特に、この空燃比制御が油圧を介して行なわれるから、空燃比制御が迅速かつ確実に行われ、負荷追従性の大幅な向上を図ることができる。そして、コントローラ５０は、再び上述のステップＳ２以降を繰り返す。
【００８７】
なお、図５に示すように、上述のステップＳ１６の代わりに、給気圧力Ｐから最適給気圧力ＰSP2 を差し引いた差圧ΔＰが零であるか否かを判定するようにして（ステップＳ２６）、給気圧力Ｐが常に最適給気圧力ＰSP2 になるように制御してもよい。
【００８８】
このようにすれば、空燃比の所定範囲も零となり、空燃比が常に最適空燃比に調節され、ガスエンジン１のノッキングや失火の発生をさらに確実に防止することができる。本希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムでは、この空燃比制御を油圧を介して行なうから、微細で頻繁な調節を迅速かつ確実に行なうことが可能であり、給気圧力Ｐを常に最適給気圧力ＰSP2 に、すなわち、空燃比を常に最適空燃比に制御することも容易である。
【００８９】
本希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムによれば、コントローラ５０が、ガスエンジン１の負荷と給気圧力センサ５が検出した給気圧力Ｐとに基づいて可変容量型の油圧ポンプ２２の作動を制御して過給機１０の回転数を調節し、ガスエンジン１の空燃比を最適空燃比の所定範囲内に収まるように制御するから、ガスエンジン１の空燃比が常に最適空燃比の所定範囲内に収まるように自動的に制御され、希薄予混合ガスエンジン１に特有の失火やノッキングの発生を確実に防止することができる。
【００９０】
また、ガスエンジン１の空燃比制御を従来のように排気ガスエネルギの上昇や、給気バイパス弁又は排気バイパス弁の作動等に委ねるのではなく、油圧を介して直接的に行うことにより、空燃比制御を迅速かつ確実に行うことができる。
【００９１】
この負荷追従性の大幅な向上により、希薄予混合ガスエンジン１を例えば発電設備として使用した場合の急激な電力需要の変動、非常用発電設備として使用した場合の非常発起動時の急速な発電機の負荷上昇、再生可能エネルギー設備のバッファ電源として使用した場合の発電量の急激な変動等にも充分対応可能になる。
【００９２】
また、このガスエンジン１においては、低負荷時のガスエンジン１のクランク軸４の動力による過給機１０への加勢と、高負荷時の過給機１０の動力によるガスエンジン１のクランク軸４への加勢とが上述の空燃比制御と一体に行われるから、同時に余剰排気ガスエネルギの有効利用を図ることができる。
【００９３】
また、上述したように、油路２３と油路２４との間に介装されて２つの油路２３，２４の間の油路を開閉する油圧バイパス弁３７を備え、コントローラ５０が、ガスエンジン１のクランク軸４の動力による過給機１０への加勢と過給機１０によるガスエンジン１のクランク軸４への加勢との間の加勢モード切替時に、油圧バイパス弁３７を開弁させる。
【００９４】
したがって、加勢モード切替時には、油圧は２つの油圧ポンプ２３，２４のそれぞれについて空転するだけとなり、加勢モード切替後のガスエンジン１のクランク軸４の動力による過給機１０への加勢再開時、又は過給機１０の動力によるガスエンジン１のクランク軸４への加勢再開時の油圧の急激な変動を防止して、作動油の流れを円滑なのものにすることができる。
【００９５】
また、上述したように、コントローラ５０が、ガスエンジン１の負荷増加時においては、ガスエンジン１のクランク軸４の回転動力による過給機１０への加勢の略減少開始時から、過給機１０の回転動力によるガスエンジン１のクランク軸４への加勢の略増加終了時までの間についてだけ、給気バイパス弁１５による給気バイパス量の調節を行なう。
【００９６】
このように、給気バイパス弁１５による給気バイパス量の調節を、上述の空燃比制御が充分に行われない恐れがある必要最小限の範囲内に止めることにより、過給機１０により加圧した給気の無用な外部放出が最少限に抑えられ、燃費の悪化を防止することができる。
【００９７】
図７における二点鎖線は、上述の油圧を介した空燃比制御が行われない場合に、失火やノッキングを防止するために必要となる従来の給気バイパス弁１５の開弁動作を示す。この場合には、所定時間ｔ５の経過後も、給気バイパス弁１５による給気の外部放出を行わなければならず、燃費の悪化を招く。
【００９８】
図８に示すように、ガスエンジン１の主発電機６とは別置きの発電機（回転動力発生体）７を配設して、可変容量型の油圧ポンプ（第２の油圧ポンプ）５２をこの発電機７に連結してもよい。この場合、ガスエンジン１の高負荷時には、油圧ポンプ２１が過給機１０の回転軸１３により回転駆動されて油圧ポンプ５２を回転駆動し、発電機７を回転させて発電を行なう。
【００９９】
この結果、主発電機６による発電量を減少させることができ、その減少分だけガスエンジン１の燃料消費量を減少させることができる。これにより、ガスエンジン１の廃熱の有効利用を図ることができる。
【０１００】
他方、エンジン１の低負荷時には、発電機７がモータとして作動して油圧ポンプ５２を回転駆動させ、油圧を介して油圧ポンプ２１を補助駆動する。これにより、過給機１０の回転が加勢されて、過給機１０がガスエンジン１の負荷に見合った充分な過給を行なうことができるようになり、ガスエンジン１の加速が促進される。
【０１０１】
また、上述のガスエンジン１の空燃比制御は、過給機１０側の固定容量型の油圧ポンプ２１と発電機７側の可変容量型の油圧ポンプ５２との間で、コントローラ５０が油圧ポンプ５２の作動を制御することにより行われる。その他は、図１ないし図７に示した上述のガスエンジン１のクランク軸４に連結された油圧ポンプ２２の場合と同様であるから、その説明は省略する。
【０１０２】
図９に示すように、過給機１０側に可変容量型の油圧ポンプ６１を取り付け、エンジン１のクランク軸４側に固定容量型の油圧ポンプ６２を取り付けて、上述のコントローラ５
０にこの過給機１０側の可変容量型の油圧ポンプ６１を制御させることにより、上述のガスエンジン１の空燃比、及び、ガスエンジン１の低負荷時におけるガスエンジン１のクランク軸４の回転動力による過給機１０への加勢と、高負荷時における過給機１０の回転動力によるガスエンジン１のクランク軸４への加勢とを行うこともできる。
【０１０３】
その他は、上述の図１ないし図７に示した希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムの場合と同様であるから、その説明は省略する。
【０１０４】
図１０に示すように、図８に示した希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムと同様に、ガスエンジン１の主発電機６とは別置きの発電機（回転動力発生体）７を配設し、固定容量型の油圧ポンプ（第２の油圧ポンプ）７２をこの発電機７に連結すると共に、可変容量型の油圧ポンプ（第１の油圧ポンプ）７１を過給機１０側に取り付け、コントローラ５０に油圧ポンプ７１の作動を制御させることにより、上述のガスエンジン１の空燃比、及び、ガスエンジン１の低負荷時におけるガスエンジン１のクランク軸４の回転動力による過給機１０への加勢と、高負荷時における過給機１０の回転動力によるガスエンジン１のクランク軸４への加勢とを行うこともできる。
【０１０５】
その他は、上述の図８に示した希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムの場合と同様であるから、その説明は省略する。
【０１０６】
なお、上述の給気温度Ｔを検出する給気温度センサ３８に代えて、ガスエンジン１の外部配設されてガスエンジン１に導入される外気温度を検出する外気温度センサ３９を配設し、この外気温度センサ３９が検出した外気温度に基づいて、目標給気圧力ＰSP1 を温度補正して最適給気圧力ＰSP2 を算出するようにしてもよい（図３のステップＳ６，８参照）。
【０１０７】
図２に破線で示すように、この外気温度センサ３９もコントローラ５０に電気的に接続されて、コントローラ５０によって給気温度センサ３８と同様にその作動が制御される。したがって、作動に関する説明は省略する。
【０１０８】
また、上述の給気バイパス弁１５に代えて、過給機１０と排気管３とを繋ぐ排気路１９から分岐する形で図２に示す排気バイパス弁１８を配設し、この排気バイパス弁１８により、過給機１０のタービン１２を回転駆動するための排気ガスの一部を過給機１０の排気路１６へバイパスして、外気（外部）へ放出するようにしてもよい。
【０１０９】
図２に破線で示すように、この排気バイパス弁１８もコントローラ５０に電気的に接続されて、コントローラ５０によって給気バイパス弁１５と同様にその作動が制御される。したがって、作動に関する説明は省略する。
【０１１０】
なお、上述の希薄予混合ガスエンジンの負荷追従性向上システムは一例にすぎず、本発明の趣旨に基づいて種々の変形が可能であり、それらを本発明の範囲から排除するものではない。
【符号の説明】
【０１１１】
１  ガスエンジン（回転動力発生体）
２  給気管（給気路）
３  排気管
４  クランク軸
５  給気圧力センサ
６  主発電機
７  発電機（回転動力発生体）
１０  過給機
１１  圧縮機
１２  タービン
１３  回転軸
１４  給気路
１５  給気バイパス弁
１６  排気路
１７  変速機
１８  排気バイパス弁
１９  排気路
２０  油圧回路
２１  油圧ポンプ（第１の油圧ポンプ）
２１ａ  入口
２１ｂ  出口
２２  油圧ポンプ（第２の油圧ポンプ）
２２ａ  入口
２２ｂ  出口
２３  主油路（第１の油路）
２４  主油路（第２の油路）
２５  電動モータ
２６  タンク
２７  油圧ポンプ
２８，２９  チェック弁
３０，３１  リリーフ弁
３３  切替弁
３４  リリーフ弁
３５  オイルフィルタ
３６  オイルクーラー
３７  油圧バイパス弁
３８  給気温度センサ
３９  外気温度センサ
５０  コントローラ
５２，６２，７２  油圧ポンプ（第２の油圧ポンプ）
６１，７１  油圧ポンプ（第１の油圧ポンプ）
Ｐ  給気圧力
Ｐ0   所定設定値
ＰSP1 目標給気圧力
ＰSP2 最適給気圧力
ΔＰ  差圧
Ｔ  給気温度
ｔ１  始動時
ｔ２，ｔ３，ｔ４，ｔ５  所定時間
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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