(57)【要約】【課題】始動時の排気ガスによる悪影響を抑制することができ、始動時間を短縮することができるガスエンジンの運転方法及びガスエンジンを提供すること。【解決手段】ガスエンジン１の各気筒２は、シリンダライナ２１とピストン２２との間に形成された主燃焼室３と、主燃焼室３に隣接形成された予燃焼室４とを備えている。主燃焼室３には、これに吸気された燃料ガスと空気とのガス混合気Ｆを点火させるための点火プラグ３１が配設されている。予燃焼室４には、液体燃料Ｐを噴射させる液体燃料噴射ノズル４２と、液体燃料Ｐを加熱して自己着火させるためのグロープラグ４１とが配設されている。ガスエンジン１を始動する際には、点火プラグ３１とグロープラグ４１とを併用して燃焼運転を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダライナとピストンとの間に形成され、燃料ガスと空気とのガス混合気が供給される主燃焼室と、該主燃焼室に接続され、自己着火可能な液体燃料が供給される予燃焼室とを備えた気筒を複数有してなるガスエンジンの運転方法において、
上記主燃焼室には、該主燃焼室内に供給された上記ガス混合気に火花放電して、該ガス混合気を点火させるための点火プラグが配設されており、一方、上記予燃焼室には、上記液体燃料を噴射させる液体燃料噴射ノズルと、該液体燃料噴射ノズルから噴射された上記液体燃料を加熱して自己着火させるためのグロープラグとが配設されており、
上記ガスエンジンの始動時には、上記点火プラグと上記グロープラグとを併用することを特徴とするガスエンジンの運転方法。
【請求項２】
請求項１において、上記ガスエンジンの始動時において、該ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が、定常状態に到達する前の所定の立上り状態になるまでは、上記点火プラグと上記グロープラグとを併用して燃焼動作を行い、
上記ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が、上記立上り状態に到達したときには、上記グロープラグのみを用いて燃焼動作を行うことを特徴とするガスエンジンの運転方法。
【請求項３】
請求項２において、上記ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が、上記定常状態になった後には、上記点火プラグ及び上記グロープラグを用いずに燃焼動作を行うことを特徴とするガスエンジンの運転方法。
【請求項４】
請求項２において、上記点火プラグを用いる際には、上記主燃焼室に供給する上記ガス混合気の空気過剰率を、上記ガスエンジンの定常運転時における定常空気過剰率よりも小さくすることを特徴とするガスエンジンの運転方法。
【請求項５】
請求項２〜４のいずれか一項において、上記液体燃料噴射ノズルから噴射させる上記液体燃料の噴射設定量は、上記ガスエンジンを始動してから該ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が上記定常状態に達するまで変更しないことを特徴とするガスエンジンの運転方法。
【請求項６】
シリンダライナとピストンとの間に形成され、燃料ガスと空気とのガス混合気が供給される主燃焼室と、該主燃焼室に接続され、自己着火可能な液体燃料が供給される予燃焼室とを備えた気筒を複数有してなるガスエンジンにおいて、
上記主燃焼室には、該主燃焼室内に供給された上記ガス混合気に火花放電して、該ガス混合気を点火させるための点火プラグが配設してあり、
上記予燃焼室には、上記液体燃料を噴射させる液体燃料噴射ノズルと、該液体燃料噴射ノズルから噴射された上記液体燃料を加熱して自己着火させるためのグロープラグとが配設してあることを特徴とするガスエンジン。
【請求項７】
請求項６において、上記ガスエンジンは、その燃焼動作を制御する制御装置を有しており、
該制御装置は、上記ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が、定常状態に到達する前の所定の立上り状態になるまでは、上記点火プラグと上記グロープラグとを併用して燃焼動作を行うプラグ併用燃焼段階と、
上記ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が、上記立上り状態に到達したときには、上記グロープラグのみを用いて燃焼動作を行うプラグ単体燃焼段階とを順次行うよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項８】
請求項７において、上記制御装置は、上記ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が、上記定常状態になった後には、上記点火プラグ及び上記グロープラグを用いずに燃焼動作を行う定常燃焼段階を行うよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項９】
請求項７において、上記制御装置は、上記プラグ併用燃焼段階においては、上記主燃焼室に供給する上記ガス混合気の空気過剰率を、上記ガスエンジンの定常運転時における定常空気過剰率よりも小さくするよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【請求項１０】
請求項６〜９のいずれか一項において、上記制御装置は、上記液体燃料噴射ノズルから噴射させる上記液体燃料の噴射設定量を、上記ガスエンジンを始動してから該ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が上記定常状態に達するまで変更しないよう構成されていることを特徴とするガスエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、天然ガス等の燃料ガスを用いて燃焼運転させるよう構成されたガスエンジンの運転方法及びガスエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
天然ガス等の気体燃料（燃料ガス）を用いて燃焼運転するパイロット着火方式のガスエンジンは、気体燃料と空気との希薄なガス混合気が供給される主燃焼室に、この主燃焼室における燃焼を助けるために、軽油、重油等の自己着火可能な液体燃料が噴射される予燃焼室を隣接形成して構成されている。そして、予燃焼室において、液体燃料を燃焼させて予燃焼火炎を生成し、この予燃焼火炎を主燃焼室に進入させ、主燃焼室において上記希薄なガス混合気を燃焼させている。
【０００３】
ところで、パイロット着火方式のガスエンジンは、ガスエンジンの始動時における着火方法の違いにより、点火プラグ方式のものとグロープラグ方式のものとに分類される。
すなわち、点火プラグ方式においては、主燃焼室に、この主燃焼室内に向けて火花放電可能な点火プラグを配設している。そして、ガスエンジンの始動時には、主燃焼室に供給するガス混合気の空気比を小さくし（ガス混合気をガスリッチな状態にし）、このガスリッチな状態のガス混合気に点火プラグにより点火している。
【０００４】
そして、ガスエンジンの回転数が上昇し、主燃焼室及び予燃焼室内の温度が上昇したときには、ガス混合気の空気比を定常の希薄な状態にすると共に、予燃焼室内に上記液体燃料を噴射する。これにより、予燃焼室から主燃焼室に向けて予燃焼火炎を進入させて、主燃焼室内における希薄なガス混合気を燃焼させている。
このような点火プラグ方式のガスエンジンとしては、例えば、特許文献１に開示されたものがある。
【０００５】
一方、グロープラグ方式においては、予燃焼室に、発熱可能なグロープラグを配設している。そして、ガスエンジンの始動時には、加熱したグロープラグに向けて液体燃料を噴射することにより、予燃焼室内の温度が低い状態にあっても、液体燃料の自己着火を可能にしている。また、この始動時には、液体燃料の自己着火を促進するために、液体燃料の噴射量を多くすると共に液体燃料の噴射開始時期を早くしている。
このようなグロープラグ方式のガスエンジンとしては、例えば、特許文献２、３に開示されたものがある。
【０００６】
しかしながら、上記点火プラグ方式及びグロープラグ方式においては、いずれも利点がある反面、欠点もある。
すなわち、点火プラグ方式においては、ガスエンジンの始動時には、液体燃料を用いずに、主燃焼室でのみ燃焼を行うため、予燃焼室内の温度が上がりにくく、ガスエンジンの運転状態が定常状態に移行するまでの時間が長くなってしまう。
【０００７】
また、ガスエンジンの始動時において、ガス混合気の空気比を小さくする必要があり、主燃焼室において、ガスリッチな状態のガス混合気を燃焼させることになる。そのため、各燃焼室における燃焼温度が高温になり、予燃焼室内に液体燃料を噴射させるための噴射ノズルが加熱され、コーキング等が発生して、噴射ノズルを詰まらせてしまうおそれがある。
また、燃焼後の排気ガスの温度も高いため、この排気ガスを通過させる排気管等の耐久性を低下させてしまうおそれもある。
【０００８】
一方、グロープラグ方式においては、ガスエンジンの始動時に液体燃料の噴射量を多くする必要があり、液体燃料の一部が未燃状態で排気されてしまうおそれがある。さらに、液体燃料の噴射量を調整するための噴射装置の機構が複雑になってしまい、また、液体燃料の噴射開始時期を早くする等の複雑な制御を行う必要が生じてしまう。さらに、ガスエンジンの温度が低い状態では、確実に着火できないケースもある。
【０００９】
【特許文献１】特開２０００−６４８３８号公報
【特許文献２】特開平９−７２２６９号公報
【特許文献３】特開平７−１５８４４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
本発明は、かかる従来の問題点に鑑みてなされたもので、始動時の排気ガスによる悪影響を抑制することができ、始動時間を短縮することができるガスエンジンの運転方法及びガスエンジンを提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、シリンダライナとピストンとの間に形成され、燃料ガスと空気とのガス混合気が供給される主燃焼室と、該主燃焼室に接続され、自己着火可能な液体燃料が供給される予燃焼室とを備えた気筒を複数有してなるガスエンジンの運転方法において、
上記主燃焼室には、該主燃焼室内に供給された上記ガス混合気に火花放電して、該ガス混合気を点火させるための点火プラグが配設されており、一方、上記予燃焼室には、上記液体燃料を噴射させる液体燃料噴射ノズルと、該液体燃料噴射ノズルから噴射された上記液体燃料を加熱して自己着火させるためのグロープラグとが配設されており、
上記ガスエンジンの始動時には、上記点火プラグと上記グロープラグとを併用することを特徴とするガスエンジンの運転方法にある（請求項１）。
【００１２】
本発明のガスエンジンの運転方法においては、軽油又は重油等の自己着火可能な液体燃料を用いて予燃焼を行い、この予燃焼による予燃焼火炎を、天然ガス等の燃料ガスによるガス混合気内に噴出させて燃焼を行う。
そして、本発明は、上記ガス混合気に点火可能な点火プラグと、上記液体燃料の自己着火を促進するグロープラグとを備えていることにより、両者の利点を併せ持つことができるものである。
【００１３】
すなわち、ガスエンジンの始動時において、上記予燃焼室には、上記主燃焼室から上記ガス混合気が流入する。そして、グロープラグを発熱させると共に、この発熱させたグロープラグに向けて、上記液体燃料噴射ノズルから液体燃料が噴射される。そして、この噴射された液体燃料が自己着火して、予燃焼室内におけるガス混合気と共に燃焼する。
こうして、予燃焼室内において予燃焼が行われ、この予燃焼による予燃焼火炎は、予燃焼室から主燃焼室へと進入する。
【００１４】
一方、ガスエンジンの始動時において、上記主燃焼室においては、点火プラグから火花放電を行い、主燃焼室内に供給されたガス混合気を着火させる。
そして、主燃焼室においては、点火プラグによる着火と、予燃焼室から進入した予燃焼火炎とにより、ガス混合気が燃焼して、主燃焼が行われる。
このように、ガスエンジンの始動時において、点火プラグとグロープラグとを併用することにより、主燃焼室におけるガス混合気及び予燃焼室における液体燃料のいずれをも直接着火させて燃焼させることができる。
【００１５】
そのため、ガスエンジンの始動時において、主燃焼室においては、予燃焼室から進入する予燃焼火炎を小さくしても、ガス混合気に確実に着火させることができる。
また、予燃焼室においては、主燃焼室における燃焼による熱を受けて、液体燃料を燃焼させることができる。これにより、ガスエンジンの始動時において、液体燃料噴射ノズルから噴射させる液体燃料の噴射量を多くする必要がなくなる。
【００１６】
そのため、始動時における液体燃料の噴射量は、ガスエンジンが十分に昇温された定常時における液体燃料の噴射量とほとんど同じにすることができる。それ故、ガスエンジンの始動時において、液体燃料の一部が未燃状態で排気されてしまうことを抑制することができ、液体燃料噴射ノズルを含めた液体燃料の噴射装置の機構及び制御を簡単にすることができる。
【００１７】
また、予燃焼室における予燃焼により、予燃焼室及び主燃焼室内の温度を迅速に上昇させることができ、ガスエンジンの始動時において、点火プラグを用いてガス混合気に着火させる期間を短くすることができる。
そのため、点火プラグによりガス混合気に着火させるためにガス混合気の空気過剰率を小さくする期間を短くすることができ、燃焼後の排気ガスの温度上昇を抑制し、この排気ガスを通過させる排気管等の耐久性を向上させることができる。また、空気過剰率が小さいことによる高い燃焼温度により、上記液体燃料噴射ノズル等を詰まらせてしまうことを抑制することができる。
【００１８】
さらに、点火プラグとグロープラグとを併用することにより、ガスエンジンの運転状態が定常状態に移行するまでの時間を短くすることができる。
それ故、本発明のガスエンジンの運転方法によれば、始動時の排気ガスによる悪影響を抑制することができ、ガスエンジンの始動時間を短縮することができる。
【００１９】
第２の発明は、シリンダライナとピストンとの間に形成され、燃料ガスと空気とのガス混合気が供給される主燃焼室と、該主燃焼室に接続され、自己着火可能な液体燃料が供給される予燃焼室とを備えた気筒を複数有してなるガスエンジンにおいて、
上記主燃焼室には、該主燃焼室内に供給された上記ガス混合気に火花放電して、該ガス混合気を点火させるための点火プラグが配設してあり、
上記予燃焼室には、上記液体燃料を噴射させる液体燃料噴射ノズルと、該液体燃料噴射ノズルから噴射された上記液体燃料を加熱して自己着火させるためのグロープラグとが配設してあることを特徴とするガスエンジンにある（請求項６）。
【００２０】
本発明のガスエンジンは、軽油又は重油等の自己着火可能な液体燃料を用いて予燃焼を行い、この予燃焼による予燃焼火炎を、天然ガス等の燃料ガスによるガス混合気内に噴出させて燃焼を行うパイロット着火方式のガスエンジンである。
そのため、上記発明と同様に、本発明のガスエンジンによっても、始動時の排気ガスによる悪影響を抑制することができ、ガスエンジンの始動時間を短縮することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
上述した本発明における好ましい実施の形態につき説明する。
上記第１、第２の発明において、上記燃料ガスは、天然ガスを主成分とする都市ガス、ＬＰＧ等の種々の気体燃料とすることができる。
また、上記液体燃料は、軽油、重油等の種々の自己着火可能な液体燃料とすることができる。
また、上記ガスエンジンの始動時とは、ガスエンジンの回転数が目標とする定常回転数になるまでの段階（期間）のことをいう。
【００２２】
また、上記第１の発明においては、上記ガスエンジンの始動時において、該ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が、定常状態に到達する前の所定の立上り状態になるまでは、上記点火プラグと上記グロープラグとを併用して燃焼動作を行い、上記ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が、上記立上り状態に到達したときには、上記グロープラグのみを用いて燃焼動作を行うことが好ましい（請求項２）。
【００２３】
また、上記第２の発明においては、上記ガスエンジンは、その燃焼動作を制御する制御装置を有しており、該制御装置は、上記ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が、定常状態に到達する前の所定の立上り状態になるまでは、上記点火プラグと上記グロープラグとを併用して燃焼動作を行うプラグ併用燃焼段階と、上記ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が、上記立上り状態に到達したときには、上記グロープラグのみを用いて燃焼動作を行うプラグ単体燃焼段階とを順次行うよう構成することが好ましい（請求項７）。
【００２４】
これらの場合には、点火プラグ及びグロープラグを併用してガスエンジンの始動を開始し、点火プラグを使用する段階をグロープラグを使用する段階よりも短くする。そのため、ガスエンジンの出力状態又はガスエンジンへの負荷状態が上記立上り状態になるまでは、両プラグを併用することにより、主燃焼室及び予燃焼室の温度を迅速に上昇させることができる。
【００２５】
また、ガスエンジンの出力状態又はガスエンジンへの負荷状態が上記立上り状態に到達したときには、グロープラグを用いるだけでガスエンジンを安定して運転することができる。また、このときには、グロープラグのみを使用することにより、点火プラグを使用するためにガス混合気の空気過剰率を小さくする段階を短くすることもできる。
【００２６】
上記定常状態とは、ガスエンジンにより種々の負荷を安定して駆動する状態のことをいう。
また、上記ガスエンジンの出力状態は、例えば、ガスエンジンの回転数により観測することができる。そして、上記定常状態は、例えば、ガスエンジンの回転数が定常回転数であるときとすることができ、上記立上り状態は、例えば、ガスエンジンの回転数が所定のアイドル回転数であるときとすることができる。また、定常回転数は、例えば、８１０〜９９０ｒｐｍとすることができる。また、アイドル回転数は、例えば、定常回転数の４０〜６０％の回転数とすることができ、例えば、３６０〜５４０ｒｐｍとすることができる。
【００２７】
また、上記ガスエンジンへの負荷状態は、例えば、ガスエンジンを利用して運転を行う負荷の出力状態により観測することができる。そして、ガスエンジンを利用して運転を行う負荷としては、例えば、発電機がある。また、上記定常状態は、例えば、発電機の出力が定格出力値であるときとすることができ、上記立上り状態は、例えば、発電機の出力が定格出力値よりも小さな所定の出力値であるときとすることができる。
【００２８】
また、上記第１の発明においては、上記ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が、上記定常状態になった後には、上記点火プラグ及び上記グロープラグを用いずに燃焼動作を行うことが好ましい（請求項３）。
また、上記第２の発明においては、上記制御装置は、上記ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が、上記定常状態になった後には、上記点火プラグ及び上記グロープラグを用いずに燃焼動作を行う定常燃焼段階を行うよう構成することが好ましい（請求項８）。
【００２９】
上記ガスエンジンの出力状態又はガスエンジンへの負荷状態が上記定常状態になった後には、上記予燃焼室及び主燃焼室内の温度が十分に上昇しており、予燃焼室においては、グロープラグを用いずに予燃焼を行うことができる。そして、上記定常状態になった後には、主燃焼室及び予燃焼室において、両プラグを用いなくても、安定して燃焼を行うことができる。
なお、ガスエンジンの出力状態又はガスエンジンへの負荷状態が定常状態になった後のしばらくの間は、グロープラグを使用してガスエンジンの運転を行うことができる。
【００３０】
また、上記第１の発明においては、上記点火プラグを用いる際には、上記主燃焼室に供給する上記ガス混合気の空気過剰率を、上記ガスエンジンの定常運転時における定常空気過剰率よりも小さくすることが好ましい（請求項４）。
また、上記第２の発明においては、上記制御装置は、上記プラグ併用燃焼段階においては、上記主燃焼室に供給する上記ガス混合気の空気過剰率を、上記ガスエンジンの定常運転時における定常空気過剰率よりも小さくするよう構成することが好ましい（請求項９）。これらの場合には、上記点火プラグによるガス混合気への着火を容易に行うことができる。
【００３１】
また、上記点火プラグから火花放電させる際におけるガス混合気の空気過剰率（空気比、すなわち実際に供給した空気量を、理論上、燃料ガスを完全燃焼させるために要する空気量で割った値）は、１．０程度とすることができる。また、上記定常空気過剰率は、１．８〜２．０とすることができる。
なお、上記ガスエンジンの定常運転時とは、ガスエンジンの出力状態又はガスエンジンへの負荷状態が定常状態になったときのことをいう。
【００３２】
また、上記第１の発明においては、上記液体燃料噴射ノズルから噴射させる上記液体燃料の噴射設定量は、上記ガスエンジンを始動してから該ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が上記定常状態に達するまで変更しないことが好ましい（請求項５）。
また、上記第２の発明においては、上記制御装置は、上記液体燃料噴射ノズルから噴射させる上記液体燃料の噴射設定量を、上記ガスエンジンを始動してから該ガスエンジンの出力状態又は該ガスエンジンへの負荷状態が上記定常状態に達するまで変更しないよう構成することが好ましい（請求項１０）。
【００３３】
これらの場合には、上記ガスエンジンの始動時と定常時において、上記制御装置による液体燃料噴射ノズルの噴射制御を極めて容易にすることができる。また、液体燃料の噴射量の調整が不要になり、液体燃料噴射ノズルを含めた噴射装置の構造を簡単にすることができる。
【実施例】
【００３４】
以下に、本発明のガスエンジン及びその運転方法にかかる実施例につき、図面と共に説明する。
本例のガスエンジン１は、図１、図２に示すごとく、軽油又は重油等の自己着火可能な液体燃料Ｐを用いて予燃焼を行い、この予燃焼による予燃焼火炎Ｈを、天然ガス等の燃料ガスによるガス混合気Ｆの着火源に利用して主燃焼を行うパイロット着火方式のガスエンジンである。
【００３５】
このガスエンジン１は、ガス混合気Ｆを主燃焼室３内へ吸気する吸気弁３２と、燃焼後の排気ガスＧを主燃焼室３から排気する排気弁３３とを備えた気筒２を複数有してなる多気筒ガスエンジンである。そして、各気筒２は、シリンダライナ２１とピストン２２との間に形成された主燃焼室３と、この主燃焼室３に隣接形成された予燃焼室４とを備えている。
また、主燃焼室３は、燃料ガスと空気とのガス混合気Ｆが供給されるよう構成されており、主燃焼室３には、主燃焼室３内に供給されたガス混合気Ｆに火花放電して、このガス混合気Ｆを点火させるための点火プラグ３１が配設されている。
【００３６】
また、予燃焼室４は、自己着火可能な液体燃料Ｐが供給されるよう構成されており、予燃焼室４には、液体燃料Ｐを噴射させる液体燃料噴射ノズル４２と、この液体燃料噴射ノズル４２から噴射された液体燃料Ｐを加熱して自己着火させるためのグロープラグ４１とが配設されている。
そして、図３、図４に示すごとく、ガスエンジン１を燃焼運転するに当たりガスエンジン１を始動する際には、点火プラグ３１とグロープラグ４１とを併用して燃焼運転を行う。
以下に、これを詳説する。
【００３７】
本例のガスエンジン１は、その燃焼動作を制御する制御装置（図示略）を有している。この制御装置は、点火プラグ３１の点火動作、グロープラグ４１の発熱動作、ガス混合気Ｆの空気比（空気過剰率）の調整、液体燃料噴射ノズル４２の噴射動作等を行うよう構成されている。
また、ガスエンジン１には、その回転数を検出するための回転数検出手段（図示略）が配設されており、制御装置は、回転数検出手段によって検出されたガスエンジン１の回転数を受信するよう構成されている。
【００３８】
また、本例のガスエンジン１は、定置式の４サイクルレシプロエンジンであり、吸気、圧縮、燃焼、排気の各工程を繰り返して、燃焼動作を行うものである。
また、図１、図２に示すごとく、本例の各気筒２における予燃焼室４は、シリンダライナ２１の上方に配設された予燃焼用接続部２５内に形成されており、この予燃焼用接続部２５内には、液体燃料Ｐを予燃焼室４へ導くための液体燃料配管２５１が配設されている。そして、液体燃料配管２５１の先端部に、液体燃料噴射ノズル４２が形成されており、液体燃料噴射ノズル４２は、制御装置からの指令を受けて、液体燃料Ｐを噴射させるよう構成されている。
【００３９】
また、予燃焼室４の下方端部には、予燃焼室４と主燃焼室３とを連通させる連通口４３が形成されている。また、本例の予燃焼室４は、シリンダライナ２１の上方における略中心部に形成されている。また、本例のグロープラグ４１は、液体燃料噴射ノズル４２と対向する位置に配設されており、本例の点火プラグ３１は、主燃焼室３における外周側端部の近傍に配設されている。
【００４０】
また、ガスエンジン１の各気筒２は、吸気管２３を介して吸気マニホールド（図示略）に接続されており、吸気マニホールドの手前には、燃料ガスと空気とを混合させる混合器（図示略）が接続されている。そして、混合器は、制御装置からの指令を受けて、燃料ガスと空気との混合比を調整するよう構成されている。
【００４１】
次に、上記制御装置を用いて燃焼動作を行うガスエンジン１の運転方法及びその作用効果につき詳説する。
上記制御装置は、図３、図４に示すごとく、以下のプラグ併用燃焼段階、プラグ単体燃焼段階及び定常燃焼段階を順次行って、ガスエンジン１の燃焼制御を行う。
すなわち、制御装置は、ガスエンジン１の始動制御を行う際には、混合器における燃料ガスと空気との混合比を調整することにより、主燃焼室３に吸気するガス混合気Ｆの空気過剰率を、ガスエンジン１の定常運転時における定常空気過剰率Ａ２よりも小さく設定する（図３のステップＳ１０１）。本例では、ガスエンジン１の始動時の始動空気過剰率Ａ１は、１．０程度とし、ガスエンジン１の定常運転時の定常空気過剰率Ａ２は、１．８〜２．０とする。
【００４２】
また、制御装置は、液体燃料噴射ノズル４２から噴射させる液体燃料Ｐの噴射設定量を、所定値に設定する（Ｓ１０２）。そして、制御装置は、ガスエンジン１を始動してからガスエンジン１の回転数（出力状態）が定常回転数（定常状態）Ｎ２に達するまで、各気筒２におけるピストン２２がそれぞれ上死点に接近したときに噴射させる液体燃料Ｐの噴射設定量を常時所定値に維持する。
【００４３】
次いで、ガスエンジン１が始動されたときには、制御装置は、プラグ併用燃焼段階として、各気筒２における点火プラグ３１及びグロープラグ４１を併用して、燃焼動作を開始する（Ｓ１０３）。そして、制御装置は、ガスエンジン１を始動したときには、グロープラグ４１の発熱を開始させる。
【００４４】
そして、プラグ併用燃焼段階において、図２に示すごとく、ピストン２２が下死点に向かうときには、ガスエンジン１の吸気工程として、各気筒２における主燃焼室３には、各吸気弁３２が開いて各吸気管２３から燃料ガスと空気とのガス混合気Ｆが吸気される。
【００４５】
次いで、図１に示すごとく、ピストン２２が上死点に向かうときには、ガスエンジン１の圧縮工程として、主燃焼室３内のガス混合気Ｆが圧縮され、主燃焼室３内におけるガス混合気Ｆの一部がさらに予燃焼室４内に流入する。そして、ピストン２２が上死点に接近したときには、ガスエンジン１の燃焼工程として、発熱させたグロープラグ４１に向けて上記液体燃料噴射ノズル４２から液体燃料Ｐを噴射させる。このとき、予燃焼室４内に噴射された液体燃料Ｐが自己着火して、予燃焼室４内におけるガス混合気Ｆと共に燃焼する。
こうして、予燃焼室４内において予燃焼が行われ、この予燃焼による予燃焼火炎Ｈは、連通口４３を介して予燃焼室４から主燃焼室３へと進入する。
【００４６】
一方、主燃焼室３内に吸気されたガス混合気Ｆの空気過剰率は、上記定常空気過剰率Ａ２よりも小さな始動空気過剰率Ａ１になっており、各気筒２には、吸気マニホールドからガスリッチな状態のガス混合気Ｆが吸気される。そして、ピストン２２が上死点に接近したときには、主燃焼室３におけるガス混合気Ｆが圧縮され、制御装置は、点火プラグ３１から火花放電を発生させる。このとき、圧縮されたガス混合気Ｆが着火され、主燃焼室３においては、点火プラグ３１による着火と、予燃焼室４から進入した予燃焼火炎Ｈとにより、ガス混合気Ｆが燃焼して、主燃焼が行われる。
【００４７】
その後、この主燃焼により、ピストン２２が再び下死点に向かった後、再び上死点に向かうときには、排気工程として、各気筒２における各排気弁３３が開いて各排気管２４を介して、主燃焼室３から燃焼後の排気ガスＧが排気される。また、以降は、上記吸気、圧縮、燃焼、排気の各工程を繰り返して、ガスエンジン１の燃焼動作が行われる。
【００４８】
こうして、ガスエンジン１の始動時におけるプラグ併用燃焼段階においては、点火プラグ３１とグロープラグ４１とを併用することにより、主燃焼室３におけるガス混合気Ｆ及び予燃焼室４における液体燃料Ｐのいずれをも直接着火させて燃焼させることができる。
そのため、ガスエンジン１の始動時において、主燃焼室３においては、予燃焼室４から進入する予燃焼火炎Ｈを小さくしても、ガス混合気Ｆに確実に着火させることができる。
また、予燃焼室４においては、主燃焼室３における燃焼による熱を受けて、液体燃料Ｐを燃焼させることができる。これにより、ガスエンジン１の始動時において、液体燃料噴射ノズル４２から噴射させる液体燃料Ｐの噴射量を多くする必要がなくなる。
【００４９】
そのため、ガスエンジン１の始動時における液体燃料Ｐの噴射量は、ガスエンジン１が十分に昇温された定常運転時における液体燃料Ｐの噴射量とほとんど同じにすることができる。それ故、ガスエンジン１の始動時において、液体燃料Ｐの一部が未燃状態で排気されてしまうことを抑制することができ、液体燃料噴射ノズル４２を含めた液体燃料Ｐの噴射装置の機構及び制御を簡単にすることができる。
【００５０】
次いで、制御装置は、ガスエンジン１の回転数を、所定時間アイドル回転数Ｎ１に維持する（図３のＳ１０４）。そして、ガスエンジン１の回転数を定常回転数Ｎ２に移行するときには、制御装置は、点火プラグ３１の使用を停止すると共に（Ｓ１０５）、上記混合器のガス供給量を調整して、ガス混合気Ｆの空気過剰率の目標値を始動空気過剰率Ａ１から定常空気過剰率Ａ２に変更する（Ｓ１０６）。
こうして、これ以降は、プラグ単体燃焼段階として、点火プラグ３１は使用せずに、グロープラグ４１のみを用いて燃焼動作を行う（Ｓ１０７）。
【００５１】
このプラグ単体燃焼段階においても、グロープラグ４１を用いて予燃焼室４内における液体燃料Ｐ及びガス混合気Ｆを燃焼させることは、上記プラグ併用燃焼段階と同様である。そして、プラグ併用燃焼段階と異なるのは、プラグ単体燃焼段階においては、主燃焼室３に吸気されたガス混合気Ｆを、予燃焼室４における予燃焼により形成された予燃焼火炎Ｈのみを利用して燃焼させることである。
【００５２】
また、プラグ併用燃焼段階を経たことにより、すなわち上記点火プラグ３１とグロープラグ４１とを併用してガスエンジン１の燃焼動作を行っており、予燃焼室４及び主燃焼室３内の温度は急激に上昇する。これにより、ガスエンジン１の回転数を迅速に上昇させることができる。
そして、ガスエンジン１の回転数がアイドル回転数Ｎ１を超えてからは、点火プラグ３１の使用を停止すると共に、ガス混合気Ｆの空気過剰率の目標値を始動空気過剰率Ａ１から定常空気過剰率Ａ２に変更する。その後は、主燃焼室３内へは、希薄なガス混合気Ｆを供給することができる。
【００５３】
これにより、ガス混合気Ｆの空気過剰率を小さくする期間を短くすることができ、燃焼を行った後に、ガスエンジン１の排気工程として、各気筒２の排気弁３３から排気される排気ガスＧの温度上昇を抑制することができる。そのため、上記排気ガスＧを通過させる排気管２４等の耐久性を向上させることができる。
また、ガス混合気Ｆの空気過剰率を小さくする期間を短くできることにより、コーキング等の発生を抑制して、液体燃料噴射ノズル４２等を詰まらせてしまうことを抑制することができる。
【００５４】
また、プラグ単体燃焼段階においては、主燃焼室３及び予燃焼室４内の温度がすでに上昇しているため、上記液体燃料Ｐの噴射量を少ないまま維持していても、予燃焼室４における予燃焼により形成された予燃焼火炎Ｈにより、主燃焼室３内のガス混合気Ｆを容易に燃焼させることができる。
【００５５】
次いで、プラグ単体燃焼段階において、制御装置は、ガスエンジン１の回転数が所定の定常回転数Ｎ２になったか否かを判定する（図３のＳ１０８）。
そして、ガスエンジン１の回転数が所定の定常回転数Ｎ２になった後の所定の期間は、プラグ単体燃焼段階を継続する。
その後、制御装置は、定常燃焼段階として、グロープラグ４１の使用を停止すると共に（Ｓ１０９）、点火プラグ３１及びグロープラグ４１を使用せずに、ガスエンジン１の燃焼動作を行う（Ｓ１１０）。
【００５６】
上記のように、制御装置は、ガスエンジン１を始動してから定常回転数に達するまでの間、液体燃料噴射ノズル４２から噴射させる液体燃料Ｐの噴射設定量を所定値に維持する。
そのため、制御装置は、液体燃料噴射ノズル４２から噴射させる液体燃料Ｐの噴射量の調整制御を行う必要がなくなり、液体燃料Ｐの噴射制御をきわめて容易に行うことができる。また、液体燃料Ｐの噴射量の調整が不要になるため、液体燃料噴射ノズル４２から液体燃料Ｐを噴射させるための制御装置の構成を極めて簡単にすることができる。
【００５７】
また、本例のガスエンジン１及びその運転方法は、上記点火プラグ３１とグロープラグ４１とを併用して始動を行うため、その運転状態が定常状態に移行するまでの時間を短くすることができる。
それ故、本例のガスエンジン１及びその運転方法によれば、始動時の燃焼による排気ガスＧが各部に与える悪影響を抑制することができ、ガスエンジン１の始動時間を短縮することができる。
【００５８】
（性能確認）
本例においては、上記ガスエンジン１及びその運転方法による優れた性能を確認した。また、比較のために、従来の点火プラグ方式のガスエンジン及びグロープラグ方式のガスエンジンについても性能を確認した。
すなわち、上記ガスエンジン１の燃焼動作を図４に、点火プラグ方式のガスエンジンの燃焼動作を図５に、グロープラグ方式のガスエンジンの燃焼動作を図６にそれぞれ模式的に示す。各図は、横軸に、ガスエンジンを始動してからの経過時間をとり、縦軸に、ガスエンジンの回転数、ガス混合気の空気過剰率及び液体燃料の噴射量をとって、ガスエンジンの運転状態の変化を示すグラフである。
【００５９】
図４に示すごとく、本例のガスエンジン１においては、その回転数がアイドル回転数Ｎ１になるまでは、プラグ併用燃焼段階として、点火プラグ３１及びグロープラグ４１を併用してガスエンジン１の運転を行う。また、ガスエンジン１の回転数がアイドル回転数Ｎ１に維持されているときも、両プラグ３１、４１を併用してガスエンジン１の運転を行う。また、プラグ併用燃焼段階においては、ガス混合気Ｆの空気過剰率を始動空気過剰率Ａ１にする。
【００６０】
次いで、ガスエンジン１の回転数を定常回転数Ｎ２に移行させるときには、プラグ単体燃焼段階として、ガス混合気Ｆの空気過剰率の目標値を定常空気過剰率Ａ２に変更すると共に、グロープラグ４１のみを用いてガスエンジン１の運転を行う。また、ガスエンジン１の回転数が定常回転数Ｎ２になってからしばらくの間は、グロープラグ４１を使用する。
そして、その後、定常燃焼段階として、両プラグ３１，４１を使用せずにガスエンジン１の運転を行う。
【００６１】
一方、図５に示すごとく、点火プラグ方式のガスエンジンにおいては、点火プラグのみを用いてガスエンジンの始動を行う。そのため、空気過剰率を始動空気過剰率Ａ１に維持する時間が長く、また、ガスエンジンの回転数が定常回転数Ｎ２に到達するまでに要する時間も長いことがわかる。
【００６２】
また、図６に示すごとく、グロープラグ方式のガスエンジンにおいては、グロープラグのみを用いてガスエンジンの始動を行う。そのため、始動時には、液体燃料の噴射設定量を大きな値にする必要があり、また、ガスエンジンの回転数が定常回転数Ｎ２に到達するまでに要する時間も長いことがわかる。
【００６３】
これら従来のガスエンジンに対し、本例のガスエンジン１は、空気過剰率を始動空気過剰率Ａ１に維持する時間を短くすることができ、また、ガスエンジン１の回転数が定常回転数Ｎ２に到達するまでに要する時間も短くできることがわかる。さらに、液体燃料Ｐの噴射設定量を変更することなく、安定してガスエンジン１の運転を行うことができることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】実施例における、主燃焼室及び予燃焼室において燃焼を行う状態のガスエンジンを示す説明図。
【図２】実施例における、主燃焼室及び予燃焼室へガス混合気の吸気を行う状態のガスエンジンを示す説明図。
【図３】実施例における、ガスエンジンの燃焼動作を示すフローチャート。
【図４】実施例における、ガスエンジンの燃焼動作を示すグラフ。
【図５】実施例における、従来の点火プラグ方式のガスエンジンの燃焼動作を示すグラフ。
【図６】実施例における、従来のグロープラグ方式のガスエンジンの燃焼動作を示すグラフ。
【符号の説明】
【００６５】
１  ガスエンジン
２  気筒
２１  シリンダライナ
２２  ピストン
３  主燃焼室
３１  点火プラグ
４  予燃焼室
４１  グロープラグ
４２  液体燃料噴射ノズル
Ｆ  ガス混合気
Ｐ  液体燃料
Ｆｐ  予燃焼混合気
Ｈ  予燃焼火炎
Ｇ  排気ガス
【図１】
2006009701.tif 000003
【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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