JP2019100311A - ガスエンジンシステム - Google Patents

Abstract

【課題】 燃料経路に部品を組み込むことなく、燃料ガスの発熱量を推定することができるガスエンジンシステムを提供すること。【解決手段】 ガスエンジンシステム１は、燃料弁２５１の開度Ａ及びスロットル弁２６１の開度Ｂを制御するエンジン制御装置４０を備える。エンジン制御装置４０は、ガスエンジン１０の運転状態が、ガスエンジンの回転数及びガスエンジンにかかる負荷が所定の基準値である基準運転状態であるときに、燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を、吸気配管２４内の吸気負圧ＰＡに基づいて推定する発熱量推定処理を実行し得るように構成される。【選択図】 図２

Description

本発明は、ガスエンジンシステムに関する。

日本国内で用いられている都市ガスは、単位体積あたりの発熱量に応じて、１３Ａ，１２Ａ，６Ａ，５Ｃ，Ｌ１（６Ｂ，６Ｃ，７Ｃ），Ｌ２（５Ａ，５Ｂ，５ＡＮ），Ｌ３（４Ａ，４Ｂ，４Ｃ）といった７グループ（１３種類）に分類される。現在では、１３Ａ，１２Ａに分類される都市ガスが主に用いられる。１３Ａに分類される都市ガス（以下、１３Ａガスという場合もある）の単位体積当たりの発熱量（基準発熱量）は、４５ＭＪ／ｍ^３である。しかし、実際にガス機器に供給される１３Ａガスの発熱量にはバラツキがあり、４５ＭＪ／ｍ^３を中心として一定の範囲で発熱量が変動する。

また、ガスヒートポンプ（ＧＨＰ）等に備えられるガスエンジンは、ガスを燃料として駆動する。従って、ガスエンジンの燃料ガスとして、１３Ａガス等に代表される都市ガスが用いられる場合もある。ここで、例えば１３Ａガスが燃料ガスとして供給されるガスエンジンは、１３Ａガスの発熱量が基準発熱量（４５ＭＪ／ｍ^３）であることを前提として設計されるので、供給される１３Ａガスの発熱量が上記したバラツキにより基準発熱量とは異なる場合、ガスエンジンの能力が十分に発揮されないことが懸念される。

例えば、所定の負荷Ｌがかかっているガスエンジンの燃焼室に供給される混合気（燃料ガス＋空気）の流量は、供給される燃料ガスの発熱量が基準発熱量であることを前提として設定される。従って、燃料ガスの発熱量が基準発熱量とは異なる場合には、所定の負荷Ｌに対して設定される混合気流量は、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される混合気流量とは異なる。発熱量によって混合気流量が異なる場合、様々な問題が発生する虞がある。例えば、供給される燃料ガスの発熱量が基準発熱量よりも小さい場合、負荷Ｌに見合う出力を得るために、混合気流量が増加される。この場合、ガスエンジンに接続される吸気管に介装されるスロットル弁の開度が増加される。スロットル弁の開度の増加によってスロットル弁の開度が上限開度に近い開度にされた場合、負荷Ｌの増加によりさらにスロットル弁の開度を増加しようとしても、上限開度以上に開度を増加させることができない。そのため、負荷Ｌに応じたガスエンジンの出力を得ることができない場合が生じ得る。つまり、供給される燃料ガスの発熱量が変動すると、その変動に起因して混合気流量が変動することによる不具合が発生する虞がある。

このように、供給される燃料ガスの発熱量が基準発熱量とは異なる場合には、ガスエンジンの能力が十分に発揮されない虞がある。そして、そのような状況に対処するために、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を推定する必要がある。従来においては、燃料ガスの発熱量を推定するために、様々な手法が用いられている。

特許文献１によれば、タンク内に蓄えられた燃料ガスを一時的に放出して燃焼室への燃料ガスの供給量を一時的に増加させ、そのときのエンジンの出力の上昇状態に基づいて燃料ガスの発熱量が推定される。

特開２０１３−１２７２３２号公報

（発明が解決しようとする課題）
特許文献１によれば、燃料ガスの発熱量を推定するために、燃料ガスが流通する燃料経路にタンク及びバルブが組み込まれる。燃料経路に組み込まれる部品には、高い信頼性、厳しい寸法管理、スペックに関する厳しい基準を満足する必要がある。そのためこれらを満足する部品のコストが高く、それ故に、システム全体の製造コストが増加する。また、特許文献１によれば、燃料ガスの発熱量を推定するために燃料ガス流量を一時的に増加させるが、それに起因して、エンジン回転数の急激な変動、過剰回転の発生、燃料ガス増加によるノッキングの発生、等の好ましくない現象が生じる虞があり、これらの現象の発生により、エンジン本体或いはエンジン駆動部品を損壊する虞がある。

本発明は、燃料経路に部品を組み込むことなく、燃料ガスの発熱量を推定することができるガスエンジンシステム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）
本発明に係るガスエンジンシステム（１）は、燃料ガスと空気との混合気が供給される燃焼室（１１１）が内部に形成され、燃焼室内の混合気が点火されることにより駆動力を発生するガスエンジン（１０）と、燃料ガスが流通する燃料配管（２１）と、燃料配管を流通する燃料ガスと空気との混合気が流通するとともに、流通する混合気を燃焼室に供給するための吸気配管（２４）と、燃料配管に設けられ、燃料配管を流通する燃料ガスの流量を調整することができるように構成された燃料弁（２５１）と、吸気配管に設けられ、燃焼室に供給される混合気の流量を調整することができるように構成されたスロットル弁（２６２）と、燃料弁の開度及びスロットル弁の開度を制御する制御装置（４０）と、を備える。そして、制御装置は、ガスエンジンの運転状態が、ガスエンジンの回転数及びガスエンジンにかかる負荷が所定の基準値である基準運転状態であるときに、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を、吸気配管内の吸気負圧、前記スロットル弁の開度、前記吸気配管を流れる混合気の流量、のいずれかに基づいて推定する発熱量推定処理を実行し得るように構成される。

ガスエンジンの運転状態が基準運転状態（エンジン回転数及びガスエンジンにかかる負荷が所定の基準値である運転状態）であるときには、燃焼室に供給される混合気の流量は、その混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量であることを前提として、基準混合気流量として一義的に定めることができる。また、このときにおけるスロットル弁の開度及び吸気配管内の吸気負圧も、それぞれ基準スロットル弁開度及び基準吸気負圧として一義的に定めることができる。しかしながら、ガスエンジンの運転状態が基準運転状態であっても、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量でない場合、燃焼室に供給される混合気の流量は基準混合気流量とは異なり、且つ、スロットル弁の開度及び吸気負圧も基準スロットル弁開度及び基準吸気負圧とは異なる。例えば、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量未満の場合、燃焼室内での混合気の燃焼により得られるエネルギーは、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に得られるエネルギーよりも小さい。従って、基準運転状態時にそのような発熱量の小さい燃料ガスが燃焼室に供給される場合、混合気の流量が基準混合気流量であると、エネルギー不足によりエンジン回転数が低下する。この場合、基準運転状態を維持するため、すなわちエンジン回転数の低下を抑制してエンジン回転数を基準値に維持するために、スロットル弁の開度が増加される。スロットル弁の開度の増加により吸気配管内の混合気流量が増加するとともに、吸気配管内の吸気負圧が上昇する（負方向に低下する）。また、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量よりも大きい場合、燃焼室内での混合気の燃焼により得られるエネルギーは、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に得られるエネルギーよりも大きい。従って、基準運転状態時にそのような発熱量の大きい燃料ガスが燃焼室に供給される場合、混合気の流量が基準混合気流量であると、過剰なエネルギーによりエンジン回転数が上昇する。この場合、基準運転状態を維持するため、すなわちエンジン回転数の上昇を抑制してエンジン回転数を基準値に維持するために、スロットル弁の開度が減少される。スロットル弁の開度の減少により吸気配管内の混合気流量が減少するとともに、吸気配管内の吸気負圧が低下する（負方向に上昇する）。

つまり、ガスエンジンのエンジン回転数及び負荷が同一である条件下において（すなわち基準運転状態であるという条件下において）、吸気配管内の吸気負圧、スロットル弁の開度、混合気流量は、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量により変化する。このことを利用して、本発明では、基準運転状態であるときに制御装置が発熱量推定処理を実行して、吸気配管内の吸気負圧、スロットル弁の開度、吸気配管を流れる混合気流量、のいずれかに基づいて、燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量が推定される。吸気配管内の吸気負圧は、例えば吸気配管に圧力センサ（吸気圧センサ）を取り付けることによって検出することができる。スロットル弁の開度は、スロットル弁を駆動させるための駆動部品（例えばスロットル弁モータ）に取り付けられたスロットル弁開度センサにより検出することができる。混合気流量はスロットル弁開度から求めることができる。よって、本発明によれば、燃料経路（燃料配管）に燃料ガスの発熱量を推定するための専用の部品を組み込むことなく、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を推定することができる。

発熱量推定処理は、吸気配管内の吸気負圧（ＰＡ）を取得する吸気負圧取得処理（Ｓ１０７）と、吸気負圧取得処理にて取得した吸気負圧に基づいて、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量の推定値である推定発熱量（Ｅ）を演算する推定発熱量演算処理（Ｓ１０８）とを含むのがよい。これによれば、吸気配管内の吸気負圧に基づいて、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を推定することができる。この場合、推定発熱量演算処理は、ガスエンジンの運転状態が基準運転状態である場合における、吸気負圧と燃料ガスの発熱量との相関関係を利用して、推定発熱量を演算する処理であるのがよい。さらに、上記相関関係は、燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの流量（Ｑｇａｓ）と空気の流量（Ｑａｉｒ）との比（流量比Ｃ＝Ｑｇａｓ：Ｑａｉｒ）により変化する。従って、推定発熱量演算処理は、流量比Ｃに応じて定められる吸気負圧と燃料ガスの発熱量との相関関係に基づいて、推定発熱量を演算する処理であるのがよい。

上記において、基準発熱量は、ガスエンジンに用いる燃料ガスを定義するために用いられる発熱量であると良い。例えば、ガスエンジンに用いる燃料ガスが１３Ａガスである場合、基準発熱量は４５ＭＪ／ｍ^３程度であるのがよく、ガスエンジンに用いる燃料ガスが１２Ａガスである場合、基準発熱量は４２ＭＪ／ｍ^３程度であるのがよい。

また、制御装置は、発熱量推定処理にて演算された推定発熱量が予め定められた基準発熱量（Ｅ０）未満である場合に、燃料弁の開度を、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される基準燃料弁開度（Ａ０）よりも大きい開度に設定する燃料リッチ補正処理（Ｓ２０６）と、発熱量推定処理にて演算された推定発熱量が基準発熱量よりも大きい場合に、燃料弁の開度を基準燃料弁開度よりも小さい開度に設定する燃料リーン補正処理（Ｓ２０８）と、を実行し得るように構成されるとよい。これによれば、燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量の推定値（推定発熱量）が基準発熱量未満である場合に、燃料弁の開度を基準燃料弁開度よりも大きく設定し、推定発熱量が基準発熱量よりも大きい場合に、燃料弁の開度を基準燃料弁開度よりも小さく設定することにより、燃焼室に供給される混合気の流量を、燃料ガスの発熱量の変動にかかわらずほぼ一定に維持することができる。これにより、燃料ガスの発熱量の変動に起因して混合気流量が変動することにより生じる不具合の発生が防止される。

また、制御装置は、点火時期進角補正処理（Ｓ２０７）と、点火時期遅角補正処理（Ｓ２０９）とを実行し得るように構成されているとよい。点火時期進角補正処理は、燃料リッチ補正処理が実行される場合に実行され、燃焼室内での混合気の点火時期を、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される基準点火時期よりも進角させる処理である。点火時期遅角補正処理は、燃料リーン補正処理が実行される場合に実行され、燃焼室での混合気の点火時期を基準点火時期よりも遅角させる処理である。

燃料リッチ補正処理が実行される場合は、燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量が基準発熱量未満の場合である。発熱量が基準発熱量未満の燃料ガスを含む混合気が燃焼室内で点火されてから燃焼するまでに要する時間は、発熱量が基準発熱量の燃料ガスを含む混合気が燃焼室内で点火されてから燃焼するまでに要する時間よりも長い。この場合、制御装置が点火時期進角補正処理を実行して、点火時期を、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される点火時期（基準点火時期）よりも進角させることにより、供給される燃料ガスに最適な点火時期にて燃料ガスに点火することができ、その結果、エンジン効率を向上させることができる。

また、燃料リーン補正処理が実行される場合は、燃焼室に供給される燃料ガスの発熱量が基準発熱量よりも大きい場合である。発熱量が基準発熱量よりも大きい燃料ガスを含む混合気が燃焼室内で点火されてから燃焼するまでに要する時間は、発熱量が基準発熱量の燃料ガスを含む混合気が燃焼室内で点火されてから燃焼するまでに要する時間よりも短い。この場合、制御装置が点火時期遅角補正処理を実行して、点火時期を基準点火時期よりも遅角させることにより、供給される燃料ガスに最適な点火時期にて燃料ガスに点火することができ、その結果、エンジン効率を向上させることができる。

図１は、本発明の実施形態に係るガスエンジンシステムの概略構成を示す図である。 図２は、エンジン制御装置が実行する発熱量推定処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。 図３は、流量比Ｃが１：１０の場合における、吸気負圧及び混合気流量と、推定発熱量との相関関係を表すマップの一例である。 図４は、エンジン制御装置が実行する燃料弁開度調整処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。

以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は、本実施形態に係るガスエンジンシステム１の概略構成を示す図である。図１に示すように、ガスエンジンシステム１は、ガスエンジン１０と、吸気系統部品２０と、排気系統部品３０と、エンジン制御装置４０とを備える。エンジン制御装置４０が、本発明の制御装置に相当する。

ガスエンジン１０は、燃料ガスと空気との混合気を燃焼させることによって動力を得る機関である。ガスエンジン１０は、エンジン本体１１と、ピストン１２と、コネクティングロッド１３と、出力軸１４と、吸気弁機構１５と、排気弁機構１６と、点火プラグ１７とを有する。

エンジン本体１１は、周知のように、シリンダヘッド及びシリンダブロックを有し、これらの部品及びその他の部品（例えばクランクケース）が組み合わされることにより構成される。エンジン本体１１内には空洞が形成されており、この空洞内に円柱状のピストン１２が軸方向に往復移動可能に配設される。そして、エンジン本体１１の空洞を構成する内壁面とピストン１２の頂面とに囲まれる空間により、燃焼室１１１が形成される。このようにして、ガスエンジン１０の内部に燃焼室１１１が形成される。燃焼室１１１には、燃料ガスと空気との混合気が供給される。

また、燃焼室１１１内にその先端が露呈するように点火プラグ１７がエンジン本体１１に取付けられる。点火プラグ１７はイグニッションコイル１８およびイグナイタ１９を介してエンジン制御装置４０に電気的に接続される。点火プラグ１７は、エンジン制御装置４０からの点火指令に基づいて作動する。点火プラグ１７が作動することにより、燃焼室１１１内の混合気が点火される。混合気が点火されることによりガスエンジン１０が駆動する。

エンジン本体１１内のピストン１２の背面に、コネクティングロッド１３の先端が揺動可能に接続される。コネクティングロッド１３の後端は、図示しないクランクシャフトを介して出力軸１４に接続される。クランクシャフトは、ピストン１２の往復運動を回転運動に変換する。従って、エンジン本体１１内でピストン１２が往復運動することにより、出力軸１４が回転する。出力軸１４には、回転数検出センサ５１（電磁ピックアップ）が取り付けられる。回転数検出センサ５１は、出力軸１４の単位時間当たりの回転数、すなわちエンジン回転数Ｒを検出する。回転数検出センサ５１にて検出されたエンジン回転数Ｒは、エンジン制御装置４０に入力される。

また、燃焼室１１１を形成するエンジン本体１１の内壁面には、吸気ポート１１ａ及び排気ポート１１ｂが形成される。吸気ポート１１ａに吸気系統部品２０（具体的には後述する吸気配管２４）が接続される。排気ポート１１ｂに排気系統部品３０（具体的には後述する排気配管３１）が接続される。

吸気系統部品２０は、燃料配管２１と、空気配管２２と、ミキサ２３と、吸気配管２４と、燃料弁調整機構２５と、スロットル弁調整機構２６とを有する。

燃料配管２１の一方端（上流端）には図示しない燃料源が接続されており、燃料源から燃料ガス（例えば１３Ａガス）が燃料配管２１に供給される。従って、燃料配管２１内には燃料ガスが流通する。また、空気配管２２の一方端（上流端）は大気開放されており、大気から空気が空気配管２２に供給される。従って、空気配管２２内には空気が流通する。

また、燃料配管２１の他方端（下流端）と空気配管２２の他方端（下流端）とは合流しており、合流部分にミキサ２３が設けられる。従って、ミキサ２３は、燃料配管２１及び空気配管２２に接続される。ミキサ２３には、燃料配管２１から燃料ガスが、空気配管２２から空気が、それぞれ供給される。そして、ミキサ２３にて、例えばベンチュリ効果により、燃料配管２１を流通する燃料ガスと空気配管２２を流通する空気が混合される。

また、ミキサ２３に、吸気配管２４の一方端（上流端）が接続されており、ミキサ２３で混合された燃料ガスと空気との混合気は吸気配管２４を流通する。また、吸気配管２４の他方端（下流端）は、エンジン本体１１内に形成された吸気ポート１１ａに接続される。従って、吸気配管２４は吸気ポート１１ａを通じて燃焼室１１１に連通しており、吸気配管２４を流通する混合気は吸気ポート１１ａを介して燃焼室１１１に供給される。なお、ガスエンジン１０が多気筒エンジンである場合、吸気配管２４の下流側の部分が複数の分岐管を備えるインテークマニホールドにより構成される。インテークマニホールドの各分岐管が、それぞれの気筒内の燃焼室に吸気ポートを通じて連通される。

燃料弁調整機構２５は、燃料弁２５１及び燃料弁モータ２５２を有する。燃料弁２５１は、燃料配管２１の途中に介装される。燃料弁モータ２５２は例えばステッピングモータにより構成され、駆動することにより燃料弁２５１の開度を調整することができるように、燃料弁２５１に取り付けられる。燃料弁モータ２５２を駆動させて燃料弁２５１の開度を調整することで、燃料配管２１を流通する燃料ガスの流量、すなわち燃焼室１１１に供給される混合気中に含まれる燃料ガスの流量（燃料ガス流量Ｑｇａｓ）が調整される。

スロットル弁調整機構２６は、スロットル弁２６１及びスロットル弁モータ２６２を有する。スロットル弁２６１は、吸気配管２４の途中に介装される。スロットル弁モータ２６２は例えばステッピングモータにより構成され、駆動することによりスロットル弁２６１の開度を調整することができるように、スロットル弁２６１に取り付けられる。スロットル弁モータ２６２を駆動させてスロットル弁２６１の開度を調整することで、吸気配管２４を流通する混合気の流量、すなわち燃焼室１１１に供給される混合気の流量（混合気流量Ｑｍｉｘ）が調整される。

燃料弁モータ２５２およびスロットル弁モータ２６２は、エンジン制御装置４０に電気的に接続されており、エンジン制御装置４０によってこれらのモータの動作、すなわち燃料弁２５１の開度およびスロットル弁２６１の開度が制御される。

燃料弁モータ２５２に燃料弁開度センサ５２が取り付けられる。燃料弁開度センサ５２は、燃料弁モータ２５２の回転角度に基づいて燃料弁２５１の開度Ａを検出する。燃料弁開度センサ５２が検出した燃料弁２５１の開度Ａはエンジン制御装置４０に入力される。また、スロットル弁モータ２６２にスロットル弁開度センサ５３が取り付けられる。スロットル弁開度センサ５３は、スロットル弁モータ２６２の回転角度に基づいてスロットル弁２６１の開度Ｂを検出する。スロットル弁開度センサ５３が検出したスロットル弁２６１の開度Ｂはエンジン制御装置４０に入力される。

また、吸気配管２４の途中であって且つスロットル弁２６１の介装位置よりも下流側（燃焼室１１１に近い側）に、吸気圧センサ５４が取り付けられる。吸気圧センサ５４は、吸気配管２４内の圧力（吸気負圧ＰＡ）を検出する。吸気圧センサ５４が検出した吸気負圧ＰＡは、エンジン制御装置４０に入力される。

排気系統部品３０は、排気配管３１及び触媒装置３２を有する。排気配管３１の一方端（上流端）は、エンジン本体１１内に形成された排気ポート１１ｂに接続される。従って、排気配管３１は排気ポート１１ｂを通じて燃焼室１１１に連通する。排気配管３１内には、燃焼室１１１内で生じ排気ポート１１ｂから排出される排気が流通する。排気配管３１の他方端は大気開放される。また、排気配管３１の途中に触媒装置３２が介装される。触媒装置３２内に触媒３２１（例えば三元触媒）が設けられる。触媒３２１によって排気配管３１内を流れる排気が浄化される。

また、ガスエンジン１０の出力軸１４は、動力伝達ベルトＢＴを介して負荷軸６０に接続される。従って、出力軸１４が回転すると、負荷軸６０も回転する。本実施形態において、負荷軸６０は圧縮機７０の出力軸である。この場合、ガスエンジン１０が駆動して出力軸１４が回転することにより、圧縮機７０の出力軸（負荷軸６０）も回転して、圧縮機７０が作動する。圧縮機７０は、吸入ポート７１と吐出ポート７２を備える。吸入ポート７１には吸入配管８１が接続され、吐出ポート７２には吐出配管８２が接続される。圧縮機７０が作動した場合（負荷軸６０が回転した場合）、圧縮機７０は、吸入配管８１内の気体を吸入ポート７１から吸入し、内部にて吸入した気体を圧縮する。そして、圧縮した気体を吐出ポート７２から吐出配管８２に吐出する。

圧縮機７０の吸入ポート７１に接続された吸入配管８１に、吸入圧力センサ５５が取り付けられる。吸入圧力センサ５５は、吸入配管８１内の圧力、すなわち圧縮機７０に吸入される気体の圧力（吸入圧力）ＰＢを検出する。吸入圧力センサ５５が検出した吸入圧力ＰＢはエンジン制御装置４０に入力される。

圧縮機７０の吐出ポート７２に接続された吐出配管８２に、吐出圧力センサ５６が取り付けられる。吐出圧力センサ５６は、吐出配管８２内の圧力、すなわち圧縮機７０から吐出される気体の圧力（吐出圧力）ＰＣを検出する。吐出圧力センサ５６が検出した吐出圧力ＰＣはエンジン制御装置４０に入力される。

また、エンジン本体１１内に、吸気弁機構１５及び排気弁機構１６が組み込まれる。吸気弁機構１５は吸気弁体１５１を有し、排気弁機構１６は排気弁体１６１を有する。吸気弁体１５１は、燃焼室１１１内のうち吸気ポート１１ａを閉塞可能な位置に配設され、排気弁体１６１は、燃焼室１１１内のうち排気ポート１１ｂを閉塞可能な位置に配設される。

吸気弁機構１５及び排気弁機構１６は、ガスエンジン１０の出力軸１４の回転動作に連動してそれぞれ所定のタイミングで動作する。吸気弁機構１５が動作することにより、吸気弁体１５１が吸気ポート１１ａを閉塞する位置と閉塞しない位置に周期的に変位する。排気弁機構１６が動作することにより、排気弁体１６１が排気ポート１１ｂを閉塞する位置と閉塞しない位置に周期的に変位する。

エンジン制御装置４０は、ＣＰＵ，ＲＯＭ，ＲＡＭを含むマイクロコンピュータにより構成されており、各種センサからの入力情報及びガスエンジン１０にかかる負荷Ｌに基づいて、燃料弁２５１の開度Ａ及びスロットル弁２６１の開度Ｂを制御する。エンジン制御装置４０による燃料弁２５１の開度Ａ及びスロットル弁２６１の開度Ｂの制御により、ガスエンジン１０が制御される。

このような構成のガスエンジンシステム１の駆動時には、燃料配管２１を流れる燃料ガスと空気配管２２を流れる空気がミキサ２３で混合されて混合気が生成される。生成された混合気は吸気配管２４を流通する。吸気配管２４内の混合気は、吸気弁機構１５が吸気ポート１１ａを開弁する所定のタイミングで燃焼室１１１に供給される。燃焼室１１１に供給された混合気は、点火プラグ１７が所定のタイミングで作動することにより点火される。混合気が点火されることにより混合気が燃焼する。混合気が燃焼する際に発生するエネルギーによりピストン１２が往復運動する。ピストン１２の往復運動はクランクシャフトにより回転運動に変換される。この回転運動が出力軸１４及び動力伝達ベルトＢＴを介して負荷軸６０に伝達されることによって圧縮機７０が作動する。また、燃焼室１１１内の混合気の燃焼により生じた排気は、排気弁機構１６が排気ポート１１ｂを開弁する所定のタイミングで排気配管３１に排出される。排気配管３１に排出された排気は、触媒装置３２内の触媒３２１で浄化された後に外部に放出される。

ガスエンジン１０の駆動中、エンジン制御装置４０は、負荷Ｌに応じてガスエンジン１０が出力するように、スロットル弁２６１の開度Ｂを制御する。この場合、エンジン制御装置４０は、負荷Ｌに応じたエンジン回転数Ｒを決定し、決定したエンジン回転数Ｒでガスエンジン１０が動作するように、スロットル弁モータ２６２に指令信号を出力する。スロットル弁モータ２６２は、入力した指令信号に応じて駆動する。これにより、負荷Ｌに応じてガスエンジン１０が駆動する。

また、エンジン制御装置４０は、ガスエンジン１０の駆動中、燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を推定するための発熱量推定処理を実行する。図２は、エンジン制御装置４０が実行する発熱量推定処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。

図２に示す発熱量推定処理は、ガスエンジン１０の駆動中、所定の微小時間ごとに繰り返し実行される。このルーチンが起動すると、エンジン制御装置４０は、まず、図２のステップ（以下、ステップをＳと略記する）１０１にて、回転数検出センサ５１が検出した現在のエンジン回転数Ｒを取得する。次いで、エンジン制御装置４０は、吸入圧力センサ５５が検出した現在の吸入圧力ＰＢ及び吐出圧力センサ５６が検出した現在の吐出圧力ＰＣを取得する（Ｓ１０２）。

続いてエンジン制御装置４０は、Ｓ１０３にて、ガスエンジン１０の運転状態が基準運転状態であるか否かを判断する。ここで、基準運転状態とは、エンジン回転数Ｒが所定の基準回転数Ｒ０であり、且つ、ガスエンジン１０にかかる負荷Ｌが所定の大きさＬ０である運転状態を言う。別言すれば、基準運転状態は、エンジン回転数Ｒ及び負荷Ｌが所定の基準値である運転状態を言う。一例として、エンジン回転数が１２００ｒｐｍ、負荷Ｌが４０Ｎである状態を、基準運転状態に設定することができる。なお、エンジン回転数Ｒは、回転数検出センサ５１により検出される。また、負荷Ｌの大きさは、圧縮機７０の仕事量に比例し、圧縮機７０の仕事量は、圧縮機７０による気体の圧縮量に比例する。従って、負荷Ｌの大きさは、圧縮機７０に吸入される気体の圧力である吸入圧力ＰＢと圧縮機７０から吐出される気体の圧力である吐出圧力ＰＣとの差ΔＰ（＝ＰＣ−ＰＢ）に基づいて求めることができる。

Ｓ１０３にて、ガスエンジン１０の運転状態が基準運転状態ではないと判断した場合（Ｓ１０３：Ｎｏ）、エンジン制御装置４０はこのルーチンを終了し、所定の微小時間経過後に再びこのルーチンを起動する。一方、Ｓ１０３にて、ガスエンジン１０の運転状態が基準運転状態であると判断した場合（Ｓ１０３：Ｙｅｓ）、エンジン制御装置４０はＳ１０４に処理を進める。

Ｓ１０４では、エンジン制御装置４０は、燃料弁開度センサ５２が検出した現在の燃料弁２５１の開度Ａ、及び、スロットル弁開度センサ５３が検出した現在のスロットル弁２６１の開度Ｂを取得する。

続いて、エンジン制御装置４０は、Ｓ１０５にて、流量比Ｃを演算する。流量比Ｃは、燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの流量（燃料ガス流量Ｑｇａｓ）と空気の流量（空気流量Ｑａｉｒ）との比（Ｑｇａｓ：Ｑａｉｒ）である。ここで、燃焼室１１１に供給される混合気の流量（混合気流量Ｑｍｉｘ）は、スロットル弁２６１の開度Ｂに依存し、開度Ｂが大きいほど混合気流量Ｑｍｉｘが大きい。従って、混合気流量Ｑｍｉｘは、スロットル弁２６１の開度Ｂに基づいて求めることができる。また、燃料ガス流量Ｑｇａｓは、燃料弁２５１の開度Ａに依存し、開度Ａが大きいほど燃料ガス流量Ｑｇａｓが大きい。従って、燃料ガス流量Ｑｇａｓは、燃料弁２５１の開度Ａに基づいて求めることができる。さらに、空気流量Ｑａｉｒは、混合気流量Ｑｍｉｘと燃料ガス流量Ｑｇａｓとの差（Ｑｍｉｘ−Ｑｇａｓ）から求めることができる。以上より、流量比Ｃは、スロットル弁２６１の開度Ｂと燃料弁２５１の開度Ａとから、Ｑｇａｓ：（Ｑｍｉｘ−Ｑｇａｓ）として、演算することができる。

エンジン制御装置４０は、Ｓ１０５にて流量比Ｃを演算した後に、Ｓ１０６に処理を進めて、吸気圧センサ５４が検出した現在の吸気負圧ＰＡを取得する（吸気負圧取得処理）。次いで、Ｓ１０８にて、吸気圧センサ５４が検出した吸気負圧ＰＡに基づいて、推定発熱量Ｅを演算する（推定発熱量演算処理）。推定発熱量Ｅは、燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量の推定値である。

ガスエンジン１０の運転状態が基準運転状態（エンジン回転数Ｒ及びエンジンにかかる負荷Ｌが所定の基準値である運転状態）であるときには、燃焼室１１１に供給される混合気の流量（混合気流量Ｑｍｉｘ）は、その混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が、その燃料ガスについて予め定められている基準発熱量（Ｅ０）であることを前提として、基準混合気流量Ｑ０として一義的に定めることができる。また、このときにおける吸気配管２４内の吸気負圧ＰＡも、基準吸気負圧ＰＡ０として一義的に定めることができる。

また、基準運転状態下において、混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量とは異なっていても、混合気流量Ｑｍｉｘ及び吸気負圧ＰＡは一義的に定められるが、その値は、基準混合気流量Ｑ０及び基準吸気負圧ＰＡ０とは異なる。

例えば、燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量未満の場合、燃焼室１１１内での混合気の燃焼により得られるエネルギーは、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に得られるエネルギーよりも小さい。従って、基準運転状態時にそのような発熱量の小さい燃料ガスが燃焼室１１１に供給される場合、混合気流量Ｑｍｉｘが基準混合気流量Ｑ０であると、エネルギー不足によりエンジン回転数Ｒが低下する。この場合、基準運転状態を維持するため、すなわちエンジン回転数Ｒの低下を抑制してエンジン回転数Ｒを基準値（Ｒ０）に維持するために、スロットル弁２６１の開度Ａが増加される。スロットル弁２６１の開度Ａの増加により吸気配管２４内の混合気の流量（混合気流量Ｑｍｉｘ）が増加するとともに、吸気配管２４内の吸気負圧ＰＡが上昇する（負方向に低下する）。以上のことから、基準運転状態下において、混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量未満である場合には、混合気流量Ｑｍｉｘは基準混合気流量Ｑ０よりも大きく、且つ吸気負圧ＰＡは基準吸気負圧ＰＡ０よりも高い（負方向に低い）。

また、燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量よりも大きい場合、燃焼室１１１内での混合気の燃焼により得られるエネルギーは、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に得られるエネルギーよりも大きい。従って、基準運転状態時にそのような発熱量の大きい燃料ガスが燃焼室１１１に供給される場合、混合気流量Ｑｍｉｘが基準混合気流量Ｑ０であると、過剰なエネルギーによりエンジン回転数Ｒが上昇する。この場合、基準運転状態を維持するため、すなわちエンジン回転数Ｒの上昇を抑制してエンジン回転数を基準値（Ｒ０）に維持するために、スロットル弁２６１の開度Ａが減少される。スロットル弁２６１の開度Ａの減少により吸気配管２４内の混合気の流量（混合気流量Ｑｍｉｘ）が減少するとともに、吸気配管２４内の吸気負圧ＰＡが低下する（負方向に上昇する）。以上のことから、基準運転状態下において、混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量よりも大きい場合には、混合気流量Ｑｍｉｘは基準混合気流量Ｑ０よりも小さく、且つ吸気負圧ＰＡは基準吸気負圧ＰＡ０よりも低い（負方向に高い）。

つまり、ガスエンジン１０のエンジン回転数Ｒ及び負荷Ｌが同一である条件下において（すなわち基準運転状態であるという条件下において）、吸気配管２４内の吸気負圧ＰＡは、燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量に影響する。言い換えれば、基準運転状態下において、吸気負圧ＰＡと燃料ガスの発熱量とは相関関係を有する。従って、ガスエンジン１０の運転状態が基準運転状態であるときに、吸気負圧ＰＡに基づいて、燃焼室１１１に供給される燃料ガスの発熱量を推定することができる。

また、上記した、吸気負圧ＰＡ（混合気流量Ｑｍｉｘ）と燃料ガスの発熱量との相関関係は、流量比Ｃによって変化する。従って、流量比Ｃをパラメータとして、吸気負圧ＰＡ（混合気流量Ｑｍｉｘ）と燃料ガスの発熱量との相関関係を表すことができる。また、このような相関関係は、予め実験等により、或いは理論的に、求めておくことができる。図３は、吸気負圧ＰＡ及び混合気流量Ｑｍｉｘと、推定発熱量Ｅとの相関関係が表されたマップの一例を示す。図３に示す例は、流量比Ｃ（Ｑｇａｓ：Ｑａｉｒ）が１：１０の場合における、吸気負圧ＰＡ及び混合気流量Ｑｍｉｘと、推定発熱量Ｅとの相関関係を表すマップである。また、図３において、基準発熱量が４５ＭＪ／ｍ^３、基準混合気流量Ｑ０が５０Ｌ／ｍｉｎ、基準吸気負圧ＰＡ０が−３０ｋＰａである。図３からわかるように、吸気負圧ＰＡと推定発熱量Ｅとの間に、吸気負圧ＰＡが低いほど（負方向に高いほど）推定発熱量Ｅは大きく、吸気負圧ＰＡが高いほど（負方向に低いほど）推定発熱量Ｅは小さいという相関関係がある。また、混合気流量Ｑｍｉｘが小さいほど推定発熱量Ｅは大きく、混合気流量Ｑｍｉｘが大きいほど推定発熱量Ｅは小さい。

エンジン制御装置４０は、流量比Ｃをパラメータとした、図３に示すようなマップを複数記憶している。そして、Ｓ１０７にて、流量比がＳ１０５にて演算された流量比Ｃである場合における、吸気負圧ＰＡ（混合気流量Ｑｍｉｘ）と推定発熱量Ｅとの関係を表すマップを抽出し、抽出したマップを参照して、吸気負圧ＰＡ（混合気流量Ｑｍｉｘ）から推定発熱量Ｅを演算する。このようにして、エンジン制御装置４０は、燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの推定発熱量を、基準運転状態である場合における吸気負圧と燃料ガスの発熱量との相関関係を利用して、演算する。Ｓ１０７にて推定発熱量Ｅを演算した後に、エンジン制御装置４０はこのルーチンを終了し、微小時間経過後に再びこのルーチンを起動する。

このように、エンジン制御装置４０は、ガスエンジン１０の運転状態が基準運転状態であるときに、燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を、吸気配管２４内の吸気負圧ＰＡに基づいて推定する発熱量推定処理を実行し得るように構成される。この発熱量推定処理を実行するためには、例えば吸気配管２４の吸気負圧ＰＡを検出するための吸気圧センサ５４を吸気配管２４に取り付けておけばよく、発熱量の推定のために燃料経路（燃料配管２１）に新たに部品を取り付ける必要がない。従って、本実施形態によれば、燃料経路に部品を組み込むことなく、燃料ガスの発熱量を推定することができるガスエンジンシステムを提供することができる。

また、エンジン制御装置４０は、ガスエンジン１０の駆動中、燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量に応じて燃料弁２５１の開度Ｂを調整する燃料弁開度調整処理を実行する。図４は、エンジン制御装置４０が実行する燃料弁開度調整処理ルーチンの流れを示すフローチャートである。

図４に示す燃料弁開度調整処理ルーチンは、ガスエンジン１０の駆動中、所定の微小時間ごとに繰り返し実行される。このルーチンが起動すると、エンジン制御装置４０は、まず、図４のＳ２０１にて、発熱量推定処理にて演算した最新の推定発熱量Ｅを読み出す。次いで、読み出した推定発熱量Ｅが基準発熱量Ｅ０に等しいか否かを判断する（Ｓ２０２）。推定発熱量Ｅが基準発熱量Ｅ０に等しい場合（Ｓ２０２：Ｙｅｓ）、本来必要な発熱量を有する燃料ガスが供給されているということである。従ってこの場合、エンジン制御装置４０は、Ｓ２０３に処理を進めて、燃料弁２５１の開度Ａを、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される基準燃料弁開度Ａ０に設定する。これにより燃料弁２５１の開度Ａが基準燃料弁開度Ａ０にされる。

Ｓ２０３にて開度Ａを基準燃料弁開度Ａ０に設定した後に、エンジン制御装置４０はＳ２０４に処理を進める。Ｓ２０４では、エンジン制御装置４０は、点火プラグ１７の作動による燃焼室１１１内の混合気への点火時期θを基準点火時期θ０に設定する。基準点火時期θ０は、燃料ガスの発熱量が基準発熱量Ｅ０である場合に最も効率的に燃料ガスが燃焼する点火時期として予め定められる点火時期である。Ｓ２０４にて点火時期θを基準点火時期θ０に設定した後に、エンジン制御装置４０はこのルーチンを終了し、微小時間経過後に再びこのルーチンを起動する。

また、Ｓ２０２にて、推定発熱量Ｅが基準発熱量Ｅ０に等しくないと判断した場合（Ｓ２０２：Ｎｏ）、エンジン制御装置４０は、Ｓ２０５に処理を進めて、推定発熱量Ｅが基準発熱量Ｅ０未満であるか否かを判断する。推定発熱量Ｅが基準発熱量Ｅ０未満であると判断した場合（Ｓ２０５：Ｙｅｓ）、エンジン制御装置４０はＳ２０６に処理を進めて、燃料リッチ補正処理を実行する。燃料リッチ補正処理では、エンジン制御装置４０は、燃料弁２５１の開度Ａを基準燃料弁開度Ａ０よりも大きい開度として予め定められる燃料リッチ補正開度Ａ＋に設定する。これにより燃料弁２５１の開度Ａが燃料リッチ補正開度Ａ＋にされる。

ここで、燃料ガスの発熱量が基準発熱量未満である場合、上記したように混合気流量Ｑｍｉｘは基準混合気流量Ｑ０よりも大きい。また、Ｓ２０６の燃料リッチ補正処理により燃料弁２５１の開度Ａが基準燃料弁開度Ａ０よりも大きい燃料リッチ補正開度Ａ＋にされた場合、燃料弁２５１の開度Ａが基準燃料弁開度Ａ０である場合よりも、燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの流量（燃料ガス流量Ｑｇａｓ）が増加する。つまり、混合気が燃料リッチ側に移行する。これにより燃焼室１１１内で燃料ガスが燃焼したときに得られるエネルギーが増加する。得られるエネルギーが増加した場合、混合気流量Ｑｍｉｘがそのままであると、ガスエンジン１０の出力ＯＰが負荷Ｌに応じた出力よりも大きくなってエンジン回転数Ｒが上昇する。従って、出力ＯＰが負荷Ｌに応じた出力になるように、すなわちエンジン回転数Ｒの上昇を抑えてエンジン回転数Ｒを基準回転数Ｒ０に維持するために（基準運転状態を維持するために）、スロットル弁２６１の開度Ｂが減少される。これにより混合気流量Ｑｍｉｘが減少して基準混合気流量Ｑ０に戻される。

Ｓ２０６にて燃料リッチ補正処理を実行した後に、エンジン制御装置４０はＳ２０７に処理を進めて、点火時期進角補正処理を実行する。点火時期進角補正処理では、エンジン制御装置４０は、点火プラグ１７の作動による燃焼室１１１内の混合気への点火時期が、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される基準点火時期θ０よりも早くなるように、すなわち点火時期が基準点火時期θよりも進角側に移動するように、点火時期を制御する。

Ｓ２０６にて燃料リッチ補正処理を実行する場合は、燃焼室１１１に供給される燃料ガスの発熱量が基準発熱量未満の場合である。発熱量が基準発熱量よりも小さい燃料ガスが燃焼室１１１に供給された場合、点火から燃焼までに要する時間が、発熱量が基準発熱量の燃料ガスが燃焼室１１１に供給された場合に点火から燃焼までに要する時間に比べて長い。従って、発熱量が基準発熱量未満の燃料ガスに最適な点火時期は、発熱量が基準発熱量である燃料ガスに最適な点火時期（基準点火時期θ０）よりも早い。よって、燃料リッチ補正処理を実行する場合には、Ｓ２０６にて点火時期進角補正処理を実行して、点火時期を基準点火時期θ０よりも早める（進角側にずらす）ことにより、供給される燃料ガスの発熱量に最適な点火タイミングで燃料ガスに点火することができる。これにより、エンジン効率が向上する。Ｓ２０７の処理を実行した後に、エンジン制御装置４０はこのルーチンを終了し、所定の微小時間経過後に再びこのルーチンを起動する。

また、Ｓ２０５にて、推定発熱量Ｅが基準発熱量Ｅ０未満ではないと判断した場合、すなわち推定発熱量Ｅが基準発熱量Ｅ０よりも大きい場合（Ｓ２０５：Ｎｏ）、エンジン制御装置４０はＳ２０８に処理を進めて、燃料リーン補正処理を実行する。燃料リーン補正処理では、エンジン制御装置４０は、燃料弁２５１の開度Ａを基準燃料弁開度Ａ０よりも小さい開度として予め定められる燃料リーン補正開度Ａ−に設定する。これにより燃料弁２５１の開度Ａが燃料リーン補正開度Ａ−にされる。

ここで、燃料ガスの発熱量が基準発熱量よりも大きい場合、上記したように混合気流量Ｑｍｉｘは基準混合気流量Ｑ０よりも小さい。また、Ｓ２０８の燃料リーン補正処理により燃料弁２５１の開度Ａが基準燃料弁開度Ａ０よりも小さい燃料リーン補正開度Ａ−にされた場合、燃料弁２５１の開度Ａが基準燃料弁開度Ａ０である場合よりも、燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの流量（燃料ガス流量Ｑｇａｓ）が減少する。つまり、混合気が燃料リーン側に移行する。これにより燃焼室１１１内で燃料ガスが燃焼したときに得られるエネルギーが減少する。得られるエネルギーが減少した場合、混合気流量Ｑｍｉｘがそのままであると、ガスエンジン１０の出力ＯＰが負荷Ｌに応じた出力よりも小さくなってエンジン回転数Ｒが低下する。従って、出力ＯＰが負荷Ｌに応じた出力になるように、すなわちエンジン回転数Ｒの低下を抑えてエンジン回転数Ｒを基準回転数Ｒ０に維持するために（基準運転状態を維持するために）、スロットル弁２６１の開度Ｂが増加される。これにより混合気流量Ｑｍｉｘが増加して基準混合気流量Ｑ０に戻される。

Ｓ２０８にて燃料リーン補正処理を実行した後に、エンジン制御装置４０はＳ２０９に処理を進めて、点火時期遅角補正処理を実行する。点火時期遅角補正処理では、エンジン制御装置４０は、点火プラグ１７の作動による燃焼室１１１内の混合気への点火時期が、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される基準点火時期θ０よりも遅くなるように、すなわち点火時期が基準点火時期θよりも遅角側に移動するように、点火時期を制御する。

Ｓ２０８にて燃料リーン補正処理を実行する場合は、燃焼室１１１に供給される燃料ガスの発熱量が基準発熱量よりも大きい場合である。発熱量が基準発熱量よりも大きい燃料ガスが燃焼室１１１に供給された場合、点火から燃焼までに要する時間が、発熱量が基準発熱量の燃料ガスが燃焼室１１１に供給された場合に点火から燃焼までに要する時間に比べて短い。従って、発熱量が基準発熱量よりも大きい燃料ガスに最適な点火時期は、発熱量が基準発熱量である燃料ガスに最適な点火時期よりも遅い。よって、燃料リーン補正処理を実行する場合には、Ｓ２０９にて点火時期遅角補正処理を実行して、点火時期を基準点火時期θ０よりも遅らせる（遅角側にずらす）ことにより、供給される燃料ガスの発熱量に最適な点火タイミングで燃料ガスに点火することができる。これにより、エンジン効率が向上する。Ｓ２０９の処理を実行した後に、エンジン制御装置４０はこのルーチンを終了し、所定の微小時間経過後に再びこのルーチンを起動する。

このように、本実施形態では、エンジン制御装置４０が燃料弁開度調整処理を実行して、燃焼室１１１に供給される燃料ガスの発熱量の推定値に応じて燃料弁２５１の開度Ａが調整される。具体的には、燃料ガスの推定発熱量Ｅが基準発熱量Ｅ０未満のときは、燃料弁２５１の開度を基準燃料弁開度Ａ０よりも大きい開度Ａ＋に設定し、燃料ガスの推定発熱量Ｅが基準発熱量Ｅ０よりも大きいときは、燃料弁２５１の開度を基準燃料弁開度Ａ０よりも小さい開度Ａ−に設定する。つまり、推定発熱量Ｅが大きいほど開度Ａが小さくなるように（推定発熱量Ｅが小さいほど開度Ａが大きくなるように）、燃料弁２５１の開度Ａが調整される。これにより、混合気流量Ｑｍｉｘを、燃料ガスの発熱量の変動にかかわらすほぼ一定の流量（基準混合気流量Ｑ０）に維持することができる。よって、燃料ガスの発熱量の変動に起因して混合気流量Ｑｍｉｘが変動することにより生じる不具合の発生を防止することができる。

また、エンジン制御装置４０は、燃料リッチ補正処理を実行して燃料弁２５１の開度Ａが基準燃料弁開度Ａ０よりも大きくされる場合に、点火時期進角補正処理を実行して点火時期を基準点火時期θ０よりも進角させる。さらに、エンジン制御装置４０は、燃料リーン補正処理を実行して燃料弁２５１の開度Ａが基準燃料弁開度Ａ０よりも小さくされる場合に、点火時期遅角補正処理を実行して点火時期を基準点火時期θ０よりも遅角させる。エンジン制御装置４０がこれらの点火時期進角補正処理及び点火時期遅角補正処理を実行することにより、供給される燃料ガスの発熱量に適した点火時期で混合気に点火することができ、その結果、エンジン効率を向上させることができる。

表１は、基準運転状態下で燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量（推定発熱量Ｅ）が基準発熱量から基準発熱量未満に変化した際に、エンジン制御装置４０が燃料弁開度調整処理を実行した場合における、燃料弁２５１の開度Ａ、スロットル弁２６１の開度Ｂ、流量比Ｃ、吸気負圧ＰＡ、混合気流量Ｑｍｉｘ、点火時期θの各値の変化の一例を示す表である。表１中の（１）欄は、混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量（４５ＭＪ／ｍ^３）である場合における各値を示し、（２）欄は、混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量から基準発熱量未満の発熱量（４０ＭＪ／ｍ^３）に低下した直後における各値を示し、（３）欄は、エンジン制御装置４０が燃料弁開度調整処理を実行した場合における各値を示す。

表１の（１）欄に示すように、燃料ガスの発熱量（推定発熱量Ｅ）が基準発熱量（４５ＭＪ／ｍ^３）である場合、燃料弁２５１の開度Ａが基準燃料弁開度Ａ０、スロットル弁２６１の開度Ｂが基準スロットル弁開度Ｂ０、流量比Ｃが１：１０、吸気負圧ＰＡが基準吸気負圧ＰＡ０（−３０ｋＰａ）、混合気流量Ｑｍｉｘが基準混合気流量Ｑ０（５０Ｌ／ｍｉｎ）、点火時期θが基準点火時期θ０（２０°）である。

表１の（１）欄に示す状態から、（２）欄に示すように燃料ガスの発熱量（推定発熱量Ｅ）が基準発熱量（４５ＭＪ／ｍ^３）から４０ＭＪ／ｍ^３に低下した場合、エンジン回転数の低下を抑制するためにスロットル弁２６１の開度Ｂが基準スロットル弁開度Ｂ０よりも大きい開度Ｂ＋にされる。また、それに伴い、吸気負圧ＰＡが基準吸気負圧ＰＡ０（−３０ｋＰａ）からそれよりも大きい（負方向に小さい）圧力(−２５ｋＰａ）に上昇するとともに、混合気流量Ｑｍｉｘが基準混合気流量Ｑ０（５０Ｌ／ｍｉｎ）からそれよりも大きい流量（５５Ｌ／ｍｉｎ）に増加する。

表１の（２）欄に示す状態である場合、エンジン制御装置４０は、燃料弁開度調整処理の中で、燃料リッチ補正処理及び点火時期進角補正処理を実行する。燃料リッチ補正処理により、（３）欄に示すように、燃料弁２５１の開度Ａが基準燃料弁開度Ａ０よりも大きい燃料リッチ補正開度Ａ＋にされる。これにより混合気に含まれる燃料ガスの割合が増加して、流量比Ｃが、１：１０から１．１：１０に変化する。また、混合気に含まれる燃料ガスの割合が増加することによって、得られるエネルギーが増加するため、混合気流量Ｑｍｉｘが５５Ｌ／ｍｉｎのままであると、ガスエンジン１０の出力ＯＰが負荷Ｌに対して過剰となりエンジン回転数Ｒが上昇する。エンジン回転数Ｒの上昇を抑制するために混合気流量Ｑｍｉｘが減少される。これにより、混合気流量Ｑｍｉｘが５５Ｌ／ｍｉｎから基準混合気流量Ｑ０（５０Ｌ／ｍｉｎ）に戻される。さらに、点火時期進角補正処理の実行により、点火時期θが基準点火時期θ０（２０°）からそれよりも早い点火時期である２２°に進角される。これによりエンジン効率が向上する。

表２は、基準運転状態下で燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量（推定発熱量Ｅ）が、基準発熱量から基準発熱量よりも大きい発熱量に変化した際に、エンジン制御装置４０が燃料弁開度調整処理を実行した場合における、燃料弁２５１の開度Ａ、スロットル弁２６１の開度Ｂ、流量比Ｃ、吸気負圧ＰＡ、混合気流量Ｑｍｉｘ、点火時期θの各値の変化の一例を示す表である。表２中の（１）欄は、混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量（４５ＭＪ／ｍ^３）である場合における各値を示し、（２）欄は、混合気に含まれる燃料ガスの発熱量が基準発熱量から基準発熱量よりも大きい発熱量（５０ＭＪ／ｍ^３）に上昇した直後における各値を示し、（３）欄は、エンジン制御装置４０が燃料弁開度調整処理を実行した場合における各値を示す。

表２の（１）欄に示すように、燃料ガスの発熱量（推定発熱量Ｅ）が基準発熱量（４５ＭＪ／ｍ^３）である場合、燃料弁２５１の開度Ａが基準燃料弁開度Ａ０、スロットル弁２６１の開度Ｂが基準スロットル弁開度Ｂ０、流量比Ｃが１：１０、吸気負圧ＰＡが基準吸気負圧ＰＡ０（−３０ｋＰａ）、混合気流量Ｑｍｉｘが基準混合気流量Ｑ０（５０Ｌ／ｍｉｎ）、点火時期θが基準点火時期θ０（２０°）である。

表２の（１）欄に示す状態から、（２）欄に示すように燃料ガスの発熱量が基準発熱量（４５ＭＪ／ｍ^３）から５０ＭＪ／ｍ^３に上昇した場合、エンジン回転数の上昇を抑制するためにスロットル弁２６１の開度Ｂが基準スロットル弁開度Ｂ０よりも小さい開度Ｂ−にされる。また、それに伴い、吸気負圧ＰＡが基準吸気負圧ＰＡ０（−３０ｋＰａ）からそれよりも小さい（負方向に大きい）圧力（−３５ｋＰａ）に低下するとともに、混合気流量Ｑｍｉｘが基準混合気流量Ｑ０（５０Ｌ／ｍｉｎ）からそれよりも小さい流量（４５Ｌ／ｍｉｎ）に減少する。

表２の（２）欄に示す状態である場合、エンジン制御装置４０は、燃料弁開度調整処理の中で、燃料リーン補正処理及び点火時期遅角補正処理を実行する。燃料リーン補正処理により、（３）欄に示すように、燃料弁２５１の開度Ａが基準燃料弁開度Ａ０よりも小さい燃料リーン補正開度Ａ−にされる。これにより混合気に含まれる燃料ガスの割合が減少して、流量比Ｃが、１：１０から０．９：１０に変化する。また、混合気に含まれる燃料ガスの割合が減少することによって、得られるエネルギーが減少するため、混合気流量Ｑｍｉｘが４５Ｌ／ｍｉｎのままであると、出力ＯＰが負荷Ｌに対して不足しエンジン回転数Ｒが低下する。エンジン回転数Ｒの低下を抑制するために混合気流量Ｑｍｉｘが増加される。これにより、混合気流量Ｑｍｉｘが４５Ｌ／ｍｉｎから基準混合気流量（５０Ｌ／ｍｉｎ）に戻される。さらに、点火時期遅角補正の実行により、点火時期θが基準点火時期θ０（２０°）からそれよりも遅い点火時期である１８°に遅角される。これによりエンジン効率が向上する。

このように、本実施形態によれば、燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量に応じて、燃料弁２５１の開度Ａ及び点火時期が調整される。これにより、混合気流量Ｑｍｉｘを燃料ガスの発熱量の変動にかかわらずほぼ一定に維持することができるとともに、供給される燃料ガスに最適な点火時期にて混合気に点火させることができ、その結果、エンジン効率を向上させることができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されるべきではない。例えば、エンジン制御装置４０は、燃料リッチ補正処理及び点火時期進角補正処理を実行する場合、基準発熱量Ｅ０と推定発熱量Ｅとの差（Ｅ０−Ｅ）が大きいほど開度Ａが大きく且つ点火時期θがより早くなるように、開度Ａ及び点火時期θを設定することができる。また、エンジン制御装置４０は、燃料リーン補正処理及び点火時期遅角補正処理を実行する場合、推定発熱量Ｅと基準発熱量Ｅ０との差（Ｅ−Ｅ０）が大きいほど開度Ａが小さく且つ点火時期θがより遅くなるように、開度Ａ及び点火時期θを設定することができる。つまり、推定発熱量Ｅと基準発熱量Ｅ０との差に応じて、最適な開度Ａ及び点火時期θを設定することができる。また、推定発熱量と基準発熱量とを比較することなしに、推定発熱量Ｅが大きいほど開度Ａが小さく且つ点火時期θが遅くなるように（推定発熱量Ｅが小さいほど開度Ａが大きく且つ点火時期θが早くなるように）、推定発熱量Ｅに基づいて開度Ａ及び点火時期θを設定することができる。この場合でも、エンジン制御装置４０は、推定発熱量が基準発熱量未満のときに燃料リッチ補正処理を実施し、推定発熱量が基準発熱量よりも大きいときに燃料リーン補正処理を実施していることになり、且つ、燃料リッチ補正処理を実施した場合に点火時期進角補正処理を実施し、燃料リーン補正を実施した場合に点火時期遅角補正処理を実施していることになる。また、燃料リッチ補正処理及び燃料リーン補正処理によって設定される最適な開度Ａ、及び、点火時期進角補正処理及び点火時期遅角補正処理によって設定される最適な点火時期θは、流量比Ｃにより異なると考えられる。従って、エンジン制御装置４０は、流量比Ｃに応じて、上記処理により開度Ａ及び点火時期θを設定することができる。また、上記実施形態では、ガスエンジン１０の出力軸１４に、負荷軸６０として圧縮機７０の出力軸を接続した例を示したが、それ以外の動力を必要とする部品をガスエンジン１０の出力軸１４に接続することができる。また、上記実施形態では、基準運転状態であるときの吸気配管２４内の吸気負圧ＰＡに基づいて、燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を推定する例を示したが、上記説明からわかるように、吸気負圧ＰＡの変化は、吸気配管２４を流れる混合気の流量（混合気流量Ｑｍｉｘ）の変化、及び、スロットル弁開度Ｂの変化を伴う。従って、吸気負圧ＰＡに代えて、基準運転状態であるときの混合気流量Ｑｉｘ、或いは、スロットル弁開度Ｂに基づいて、燃焼室１１１に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を推定することもできる。このように、本発明は、その趣旨を逸脱しない限りにおいて、変形可能である。

１…ガスエンジンシステム、１０…ガスエンジン、１１…エンジン本体、１１１…燃焼室、１２…ピストン、１４…出力軸、１７…点火プラグ、２０…吸気系統部品、２１…燃料配管、２２…空気配管、２３…ミキサ、２４…吸気配管、２５…燃料弁調整機構、２５１…燃料弁、２５２…燃料弁モータ、２６…スロットル弁調整機構、２６１…スロットル弁、２６２…スロットル弁モータ、３０…排気系統部品、４０…エンジン制御装置（制御装置）、５１…回転数検出センサ、５２…燃料弁開度センサ、５３…スロットル弁開度センサ、５４…吸気圧センサ、５５…吸入圧力センサ、５６…吐出圧力センサ、６０…負荷軸、７０…圧縮機、Ａ…燃料弁の開度、Ａ−…燃料リーン補正開度、Ａ＋…燃料リッチ補正開度、Ａ０…基準燃料弁開度、Ｂ…スロットル弁の開度、Ｃ…流量比、Ｅ…推定発熱量、Ｅ０…基準発熱量、Ｌ…負荷、ＰＡ…吸気負圧、ＰＡ０…基準吸気負圧、Ｑ０…基準混合気流量、Ｑｍｉｘ…混合気流量、Ｒ…エンジン回転数、Ｒ０…基準回転数、θ…点火時期、θ０…基準点火時期

Claims (5)

1. 燃料ガスと空気との混合気が供給される燃焼室が内部に形成され、燃焼室内の混合気が点火されることにより駆動力を発生するガスエンジンと、
   燃料ガスが流通する燃料配管と、
   前記燃料配管を流通する燃料ガスと空気との混合気が流通するとともに、流通する混合気を前記燃焼室に供給するための吸気配管と、
   前記燃料配管に設けられ、前記燃料配管を流通する燃料ガスの流量を調整することができるように構成された燃料弁と、
   前記吸気配管に設けられ、前記燃焼室に供給される混合気の流量を調整することができるように構成されたスロットル弁と、
   前記燃料弁の開度及び前記スロットル弁の開度を制御する制御装置と、
   を備え、
   前記制御装置は、前記ガスエンジンの運転状態が、前記ガスエンジンの回転数及び前記ガスエンジンにかかる負荷が所定の基準値である基準運転状態であるときに、前記燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量を、前記吸気配管内の吸気負圧、前記スロットル弁の開度、前記吸気配管を流れる混合気の流量、のいずれかに基づいて推定する発熱量推定処理を実行し得るように構成される、ガスエンジンシステム。
2. 請求項１に記載のガスエンジンシステムにおいて、
   前記発熱量推定処理は、
   前記吸気配管内の吸気負圧を取得する吸気負圧取得処理と、
   前記吸気負圧取得処理にて取得した吸気負圧に基づいて、前記燃焼室に供給される混合気に含まれる燃料ガスの発熱量の推定値である推定発熱量を演算する推定発熱量演算処理と
   を含む、ガスエンジンシステム。
3. 請求項２に記載のガスエンジンシステムにおいて、
   前記推定発熱量演算処理は、ガスエンジンの運転状態が前記基準運転状態である場合における、吸気負圧と燃料ガスの発熱量との相関関係を利用して、前記推定発熱量を演算する処理である、ガスエンジンシステム。
4. 請求項２又は３に記載のガスエンジンシステムにおいて、
   前記制御装置は、
   前記発熱量推定処理にて演算された前記推定発熱量が予め定められた基準発熱量未満である場合に、前記燃料弁の開度を、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される基準燃料弁開度よりも大きい開度に設定する燃料リッチ補正処理と、
   前記発熱量推定処理にて演算された前記推定発熱量が前記基準発熱量よりも大きい場合に、前記燃料弁の開度を前記基準燃料弁開度よりも小さい開度に設定する燃料リーン補正処理と、
   を実行し得るように構成される、ガスエンジンシステム。
5. 請求項４に記載のガスエンジンシステムにおいて、
   前記制御装置は、
   前記燃料リッチ補正処理が実行される場合に実行され、前記燃焼室内での混合気の点火時期を、燃料ガスの発熱量が基準発熱量である場合に設定される基準点火時期よりも進角させる点火時期進角補正処理と、
   前記燃料リーン補正処理が実行される場合に実行され、前記燃焼室での混合気の点火時期を前記基準点火時期よりも遅角させる点火時期遅角補正処理と、
   を実行し得るように構成される、ガスエンジンシステム。

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