[發明專利]燃氣發動機的控制方法及燃氣發動機系統

在審

• 申請號: 201880083294.5
• 申請日: 2018-09-03
• 公開（公告）號: CN111527294A
• 公開（公告）日: 2020-08-11
• 發明（設計）人: 仲井雅人;野中洋輔
• 申請（專利權）人: 川崎重工業株式會社
• 主分類號: F02D23/00
• 分類號: F02D23/00;B63H21/14;F02B37/10;F02B37/18;F02B37/24;F02D19/02;F02D41/02;F02D41/04;F02D41/34;F02D43/00;F02P5/15
• 代理公司: 上海瀚橋專利代理事務所(普通合伙) 31261
• 代理人: 曹芳玲

與增壓器連接的燃氣發動機中，以在燃氣發動機的負荷實際上升前預測負荷的上升，若預測的負荷的上升程度超過規定的閾值，則一邊抑制增壓壓力的增加一邊增加增壓器轉速；若檢測出燃氣發動機的負荷的上升，則增加增壓壓力及燃料噴射量的形式，控制燃氣發動機。

技術領域

本發明涉及與增壓器連接的燃氣發動機的控制方法。又，本發明涉及包括該等增壓器及燃氣發動機的燃氣發動機系統。

背景技術

以往，已知用作船舶的主機（推進用內燃機）的燃氣發動機。這種燃氣發動機，例如，被專利文獻1、2所公開。

專利文獻1中公開的燃氣發動機為帶有增壓器的燃氣發動機。該燃氣發動機的主室經由進氣路與增壓器的壓縮機連接，經由排氣路與增壓器的渦輪機（turbine）連接。進氣路中設有向從壓縮機吐出的空氣噴射燃料氣體的燃料噴射閥。燃氣發動機的副室中供給有空氣和燃料氣體組成的可點火的空氣過剩率（也稱空燃比）的混合氣，主室中供給有空氣和燃料氣體組成的稀薄的混合氣。而且，通過點火裝置對副室的混合氣進行點火，使副室內的混合氣燃燒時，伴隨燃燒的體積膨脹使得副室的已燃氣體向主室噴出，向主室噴出的高溫的噴流使主室內的稀薄混合氣著火而向主室內進行火焰傳播。

一般，燃氣發動機中，如圖12所示，已知在空氣過剩率與凈平均有效壓力（BMEP）的關系中存在爆震（knocking）區域和失火區域。要使稀薄燃燒（lean burn）中獲得高輸出，如圖中范圍X所示，將空氣過剩率控制在爆震區域和失火區域之間是重要的。因此，穩定運轉時的燃氣發動機中，以空氣過剩率落入爆震區域和失火區域之間的形式控制燃料噴射量和增壓量。

燃氣發動機的負荷急速上升，與此對應地增加燃料氣體時，若不增加向燃氣發動機供給的空氣，則范圍X中的工作點向左移動，爆震出現率超過爆震極限。也就是說，為了不發生異常燃燒，獲得追從急速負荷變動的輸出，需要以與燃料氣體的增減的速度對應的速度來增減空氣。但是，與增壓器連接的燃氣發動機中，即使增加燃料氣體也由于渦輪滯后（turbo lag）無法馬上增加空氣，從而無法迅速地增加燃料氣體。

因此，專利文獻1的燃氣發動機中，穩定運轉中若負荷上升則開始負荷上升運轉，負荷上升運轉中若負荷的上升程度相對較大，延遲點火正時并慢慢地增加實際燃料噴射量。由此，到爆震極限的空氣過剩率的富余量變大，可使實際燃料噴射量大幅上升，從而可迅速地增加燃料氣體。

然而，在海洋或河流航行的船舶的主機中，一般以使與推進用螺旋槳（propeller）連接的推進軸或與其直接連接的發動機的轉速為給定的目標轉速的形式控制向主機的燃料供給量。船舶的推進用螺旋槳的轉速容易因潮流、波浪及船舶的舵角等而在短期內變化。

因此，專利文獻2中，對應于推進用螺旋槳的轉速的短期的變動，提出了能夠向發動機供給所要求的量的燃料的技術。更詳細地，專利文獻2公開的發動機中，基于給船舶的當前的舵角信息、當前的推進軸的轉速信息和船舶的當前的船速信息，計算出船舶的將來的預測船速，基于預測船速計算出預測轉矩，基于預測轉矩求預測燃料供給量，基于預測燃料供給量控制由壓縮機向發動機供給的燃料的壓力。

現有技術文獻：

專利文獻：

專利文獻1：日本特許6049921號公報；

專利文獻2：日本特開2016-205270號公報。

發明內容

發明要解決的問題：

一般，船舶的主機的控制裝置，只有發動機輸出無法追從負荷的上升、發動機的轉速降低才檢測到負荷的上升，發出根據該負荷的上升增加燃料氣體的指令。但，有在如此檢測到實際的負荷的上升之前的正時能夠預測將來的負荷的上升的情況。例如，在船舶的舵角操作量變化的情況下，根據變化后的舵角、船速或海流、波浪等諸多條件，從實際舵角操作量變化到負荷變動為止可能會產生時間滯后（time lag）。