[发明专利]燃气发动机的控制方法及燃气发动机系统

说明书

与增压器连接的燃气发动机中，以在燃气发动机的负荷实际上升前预测负荷的上升，若预测的负荷的上升程度超过规定的阈值，则一边抑制增压压力的增加一边增加增压器转速；若检测出燃气发动机的负荷的上升，则增加增压压力及燃料喷射量的形式，控制燃气发动机。

技术领域

本发明涉及与增压器连接的燃气发动机的控制方法。又，本发明涉及包括该等增压器及燃气发动机的燃气发动机系统。

背景技术

以往，已知用作船舶的主机（推进用内燃机）的燃气发动机。这种燃气发动机，例如，被专利文献1、2所公开。

专利文献1中公开的燃气发动机为带有增压器的燃气发动机。该燃气发动机的主室经由进气路与增压器的压缩机连接，经由排气路与增压器的涡轮机（turbine）连接。进气路中设有向从压缩机吐出的空气喷射燃料气体的燃料喷射阀。燃气发动机的副室中供给有空气和燃料气体组成的可点火的空气过剩率（也称空燃比）的混合气，主室中供给有空气和燃料气体组成的稀薄的混合气。而且，通过点火装置对副室的混合气进行点火，使副室内的混合气燃烧时，伴随燃烧的体积膨胀使得副室的已燃气体向主室喷出，向主室喷出的高温的喷流使主室内的稀薄混合气着火而向主室内进行火焰传播。

一般，燃气发动机中，如图12所示，已知在空气过剩率与净平均有效压力（BMEP）的关系中存在爆震（knocking）区域和失火区域。要使稀薄燃烧（lean burn）中获得高输出，如图中范围X所示，将空气过剩率控制在爆震区域和失火区域之间是重要的。因此，稳定运转时的燃气发动机中，以空气过剩率落入爆震区域和失火区域之间的形式控制燃料喷射量和增压量。

燃气发动机的负荷急速上升，与此对应地增加燃料气体时，若不增加向燃气发动机供给的空气，则范围X中的工作点向左移动，爆震出现率超过爆震极限。也就是说，为了不发生异常燃烧，获得追从急速负荷变动的输出，需要以与燃料气体的增减的速度对应的速度来增减空气。但是，与增压器连接的燃气发动机中，即使增加燃料气体也由于涡轮滞后（turbo lag）无法马上增加空气，从而无法迅速地增加燃料气体。

因此，专利文献1的燃气发动机中，稳定运转中若负荷上升则开始负荷上升运转，负荷上升运转中若负荷的上升程度相对较大，延迟点火正时并慢慢地增加实际燃料喷射量。由此，到爆震极限的空气过剩率的富余量变大，可使实际燃料喷射量大幅上升，从而可迅速地增加燃料气体。

然而，在海洋或河流航行的船舶的主机中，一般以使与推进用螺旋桨（propeller）连接的推进轴或与其直接连接的发动机的转速为给定的目标转速的形式控制向主机的燃料供给量。船舶的推进用螺旋桨的转速容易因潮流、波浪及船舶的舵角等而在短期内变化。

因此，专利文献2中，对应于推进用螺旋桨的转速的短期的变动，提出了能够向发动机供给所要求的量的燃料的技术。更详细地，专利文献2公开的发动机中，基于给船舶的当前的舵角信息、当前的推进轴的转速信息和船舶的当前的船速信息，计算出船舶的将来的预测船速，基于预测船速计算出预测转矩，基于预测转矩求预测燃料供给量，基于预测燃料供给量控制由压缩机向发动机供给的燃料的压力。

现有技术文献：

专利文献：

专利文献1：日本特许6049921号公报；

专利文献2：日本特开2016-205270号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

一般，船舶的主机的控制装置，只有发动机输出无法追从负荷的上升、发动机的转速降低才检测到负荷的上升，发出根据该负荷的上升增加燃料气体的指令。但，有在如此检测到实际的负荷的上升之前的正时能够预测将来的负荷的上升的情况。例如，在船舶的舵角操作量变化的情况下，根据变化后的舵角、船速或海流、波浪等诸多条件，从实际舵角操作量变化到负荷变动为止可能会产生时间滞后（time lag）。