(57)【要約】【課題】ガスエンジン用ミキサにおいて、バイパス通路に設けられるニードル弁のニードルのテーパ角を種々に変更することにより、ミキサにより生成される混合気の空燃比特性をリニアにし、燃料ガスの流量制御可能領域を広げること。【解決手段】ガスエンジン用ミキサにおいて、シリンダ４０への燃料供給路の上流側に、固定弁２９を備えるメイン通路２７と、ニードル弁３０を備えるバイパス通路２８とを配設するとともに、ニードル弁３０のニードル３２を多段階に傾斜した形状とする。【選択図】        図２
2004293402.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダへの燃料供給路の上流側に、メイン通路とバイパス通路とを有し、各々の通路に流量調整弁を配設したガスエンジン用ミキサにおいて、バイパス通路側の流量調整弁をニードル弁とし、該ニードル弁のニードルを多段階に傾斜した形状とすることを特徴とするガスエンジン用ミキサ。
【請求項２】
前記ニードルの多段階の傾斜を、燃料ガスの種類に対応した傾斜角度としたことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジン用ミキサ。
【請求項３】
前記ニードルに、空燃比が大となる領域に対応した傾斜角度と、空燃比が小となる領域に対応した傾斜角度を設け、燃料ガスの流量制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジン用ミキサ。
【請求項４】
前記ニードルに、空燃比が大となる領域で高精度に制御できる傾斜角度を設定し、燃料ガスの流量制御を行うことを特徴とする請求項１に記載のガスエンジン用ミキサ。
【請求項５】
シリンダへの燃料供給路の燃料上流側に、メイン通路とバイパス通路とを有し、各々の通路に流量調整弁を配設したガスエンジン用ミキサにおいて、第二のバイパス通路を設けるとともに、該第二のバイパス通路に燃料ガスの種類に対応させて、第二のバイパス通路を開閉させる弁を設けたことを特徴とするガスエンジン用ミキサ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス供給管を通じて供給されるガス等の燃料と、空気供給管を通じて供給される空気とを混合させることによって、混合気を生成するガスエンジン用ミキサの技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスエンジンとして、ガスヒートポンプやガスコージェネ等に適用されるものが知られている。ガスエンジンは、ミキサにより生成される燃料ガスと空気との混合気を燃料として駆動する。このように、ガスエンジン用ミキサでは、ガス供給管（ガス供給路）を通じてから供給される燃料ガスと、空気供給管（空気供給路）を通じて供給される空気（外気）とをベンチュリの部分で混合して、ガスエンジンの燃料となる混合気を生成している。そして、このようなミキサとして、ガス供給路にメイン通路およびバイパス通路の２系統の供給路を備えたものが公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このうち、メイン通路には、ネジ調整式（固定式）のニードル弁、または固定式のオリフィスを配置することにより、メイン通路からベンチュリに一定流量の燃料ガスを供給するようにしていた。そして、このメイン通路の固定式のニードル弁は燃料ガス等の種類により予め設定され、メイン通路の通路面積は一定とされていた。
これに対して、バイパス通路には、モータやソレノイド等のアクチュエータの駆動による可変式のニードル弁を配置することにより、バイパス通路からベンチュリに供給される燃料ガスの流量を調整可能としていた。そして、このバイパス通路の可変式のニードル弁を調節することにより、バイパス通路の通路面積を調節して、ガスエンジン始動時に燃料ガスを増量したり、燃料ガスの微量な流量調整等を行ったりしていた。
【０００４】
そして、従来のガスエンジン用ミキサのバイパス通路に配設されるニードル弁の弁体であるニードルは、図９に示すような形状とされていた。図９に示すように、従来のニードル弁３０のニードル３２´は、その先端部が円錐状（または針状）に形成されている。断面視（または、側面視）では、ニードル３２´の先端部分に、テーパ部３２ａ´（傾斜が始まる位置３２ｃ´から先端位置３２ｂ´まで）が、ニードル３２´の中心線Ｍに対して対称に形成されていた。また、このテーパ部３２ａ´の中心線Ｍに対する角度（テーパ角、リフト方向に対する傾斜角）は角度θとなっていた。そして、このテーパ角は、ニードル３２´のテーパ部３２ａ´において、一定となっていた。つまり、テーパ部３２ａ´は段差のない１段階に形成されていた。
【０００５】
このような形状のニードル３２´を、弁座３１に対して移動（リフト）させて、ニードル弁３０を開閉する場合には、バイパス通路２８の通路面積Ｓは、図１０に示すように変化する。通路面積Ｓとは、図９のＢ−Ｂ線でバイパス通路２８を切断した場合において、弁座３１の開口部分の面積（一定）から、ニードル３２´の占める面積（リフト量Ｌにより可変）を差し引いたものである。図１０において、横軸は、ニードル３２´の移動量（リフト量）Ｌである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３４１３３５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１０に示すように、ニードル３２´のリフト量Ｌが大きくなるほど、通路面積Ｓは増加しているものの、その増加割合は、リフト量Ｌが大きくなるほど、緩やかになっていた（鈍化していた）。つまり、ニードル３２´のリフト量Ｌが大きくなるほど、このリフト量Ｌの変化に対する通路面積Ｓが変化する割合が緩慢になっていた。このため、ニードル３２´のリフト量Ｌが大きくなるほど、リフト量Ｌの変化に対するベンチュリに供給される燃料ガスの流量の変化が緩やかになっていた。つまり、リフト量Ｌを大きく増加させても、燃料ガスの流量はそれほど増加しないという結果となっていた。したがって、ミキサにより生成される混合気の空燃比がリニア（線形的）に変化する領域が狭くなり、燃料ガスの流量制御の可能領域は狭いものとなっていた。
そこで、本発明では、ガスエンジン用ミキサにおいて、バイパス通路に設けられるニードル弁のニードルのテーパ角を種々に変更することにより、ミキサにより生成される混合気の空燃比特性をリニアにし、燃料ガスの流量制御可能領域を広げることを課題とする。
【０００８】
また、従来のガスエンジン用ミキサにおいては、次のような不具合もあった。
１つのガスエンジンで、２以上の異なる種類の（発熱量の異なる）燃料ガスを切り換えて使用する場合には、ミキサにおいて、例えば、ネジの固定位置の変更や、オリフィス径の変更など、メイン通路の固定弁を変更することにより対応していた。このため、２以上の異なる種類の燃料ガスを使用する場合には、同一のミキサを使用できないという問題点があった。
そして、ネジ固定式の固定弁を備えたメイン通路では、ミキサの製造時に、ネジの固定位置を微調整して、流量を微調整しているため、出荷後に、固定位置を変更した場合には、再度もとの固定位置に戻すことが難しいという不具合があった。
そこで、本発明では、ガスエンジン用ミキサにおいて、２以上の異なる種類の（発熱量の異なる）燃料ガスを切り換えて使用する場合にも、対応可能とすることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、シリンダへの燃料供給路の上流側に、メイン通路とバイパス通路とを有し、各々の通路に流量調整弁を配設したガスエンジン用ミキサにおいて、バイパス通路側の流量調整弁をニードル弁とし、該ニードル弁のニードルを多段階に傾斜した形状とするものである。
【００１０】
請求項２においては、前記ニードルの多段階の傾斜を、燃料ガスの種類に対応した傾斜角度としたものである。
【００１１】
請求項３においては、前記ニードルに、空燃比が大となる領域に対応した傾斜角度と、空燃比が小となる領域に対応した傾斜角度を設け、燃料ガスの流量制御を行うものである。
【００１２】
請求項４においては、前記ニードルに、空燃比が大となる領域で高精度に制御できる傾斜角度を設定し、燃料ガスの流量制御を行うものである。
【００１３】
請求項５においては、シリンダへの燃料供給路の燃料上流側に、メイン通路とバイパス通路とを有し、各々の通路に流量調整弁を配設したガスエンジン用ミキサにおいて、第二のバイパス通路を設けるとともに、該第二のバイパス通路に燃料ガスの種類に対応させて、第二のバイパス通路を開閉させる弁を設けたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態について、添付の図面を用いて説明する。
図１は本発明を適用する装置構成の一実施例を示す図、図２はバイパス通路に配置するニードル弁を示す図、図３はバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性を示す図、図４（ａ）はニードル弁のニードルを示す図、図４（ｂ）はバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性、およびミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図、図５は２種類の燃料ガスについてのミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図、図６（ａ）はニードル弁のニードルを示す図、図６（ｂ）はバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性、およびミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図、図７（ａ）はニードル弁のニードルを示す図、図７（ｂ）はバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性、およびミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図、図８は２つのバイパス通路を有するミキサを示す図、図９は従来のバイパス通路に配置するニードル弁を示す図、図１０は従来のバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性を示す図である。
【００１５】
図１は本発明を適用する装置構成の一実施例を示したものである。なお、以下では、ガスエンジン１１用のミキサ１０の実施例について説明しているが、デュアルフューエル用のミキサに適用することも可能である。
図１において、１０はガスエンジン用ミキサ、１１はガスエンジン、１２はガス供給管、１３はガスレギュレータ、１４は空気供給管、１５はエアクリーナ、１６はベンチュリ、１８はスロットル弁、１９はスロットル弁駆動モータ、２０は吸気管、２１は排気管、２２はコントローラ、２３は空燃比センサである。
また、２７は前記レギュレータ１３とベンチュリ１６との間に設けられるメイン部分のガス供給路（以下では、「メイン通路」という。）、２８は前記メイン通路２７に並列に設けられるバイパス部分のガス供給路（以下では、「バイパス通路」という。）、２９は前記メイン通路２７に配設される燃料調整弁としての固定弁、３０は前記バイパス通路２８に配設される燃料調整弁としてのモータ駆動式のニードル弁である。
【００１６】
図１に示すように、ミキサ１０は、ベンチュリ１６、スロットル弁１８、メイン通路２７、バイパス通路２８、固定弁２９、ニードル弁３０等から構成されており、ガス供給路として、固定弁２９を備えるメイン通路２７、およびニードル弁３０を備えるバイパス通路２８の２系統の供給路を有している。ミキサ１０は、ガスレギュレータ１３を介してガス供給管１２から供給される燃料ガスと、エアクリーナ１５を介して空気供給管１４から取り入れる空気（外気）とをベンチュリ１６の部分で混合して、ガスエンジン１１を駆動するための燃料となる混合気を生成する。
【００１７】
具体的には、ガスエンジン１１のピストンが下降してシリンダ（燃焼室）４０内が負圧となることにより、空気供給管１４からエアクリーナ１５を介して空気を取り入れる。このとき、取り入れられた空気がベンチュリ１６を通過することにより、空気の流速が上昇する。ベンチュリ１６は空気通路の一部を狭く（細く）絞られて形成されており、この狭い部分にガス供給路（メイン通路２７）が連通されている。そして、ベンチュリ１６を通過する空気の流速が上昇することによって、負圧が発生する（圧力が低下する）。この負圧を利用して、メイン通路２７から燃料ガスを吸入して、空気と燃料ガスとの混合気を生成する。
【００１８】
メイン通路２７に備えられる固定弁２９は、ネジ調整式のニードル弁となっており、予め定められた流量の燃料ガスを、ベンチュリ１６に供給するために備えられている。なお、固定弁２９に替えて、固定のオリフィスとしてもよい。
固定弁２９は燃料ガスの種類等に応じて、弁体の位置が予め設定されて、一定の開度とされている。つまり、固定弁２９の弁体はコントローラ２２等によって制御されることなく、ミキサ１０の製造時、あるいは据え付け時等のメンテナンス時に、予め調整されるのみとなっている。
【００１９】
これに対して、バイパス通路２８に備えられるニードル弁３０は、モータ駆動による可変式とされており、ベンチュリ１６に供給する燃料ガスの流量を調整するために備えられている。具体的には、ニードル弁３０の弁体であるニードル３２（図２）はアクチュエータとしてのモータの駆動により移動（リフト）される。モータは、制御手段であるコントローラ２２と接続されており、該コントローラ２２によりモータの駆動を制御することによって、ニードル３２がリフトして、燃料ガスの流量を調整するようにしている。なお、モータ駆動に替えて、ソレノイドによりニードル３２を移動させてもよい。
このとき、メイン通路２７からベンチュリ１６に供給される燃料ガスは一定流量となっているため、バイパス通路２８からベンチュリ１６に供給される燃料ガスの流量によって、ガス供給路からベンチュリ１６に供給される燃料ガスの流量が調整される。つまり、バイパス通路２８に備えられるニードル弁３０によって、ベンチュリ１６に供給される燃料ガスの流量が調整される。
そして、コントローラ２２によりニードル弁３０を制御することによって、ミキサ１０（ベンチュリ１６）で生成される混合気の空燃比を変化させることが可能となる。
【００２０】
このように、ミキサ１０で生成された混合気は、スロットル弁１８に到達し、該スロットル弁１８の開度によってスロットル弁１８を通過する混合気の流量が変化する。具体的には、スロットル弁１８の弁体はアクチュエータとしてのスロットル弁駆動モータ（ステッピングモータ）１９の駆動によりその開度が変更される。ステッピングモータ１９はコントローラ２２と接続されており、該コントローラ２２によりステッピングモータ１９を制御することによって、スロットル弁１８の開度を変更するようにしている。スロットル弁１８の開度を大きくすることによって通過する混合気の流量が増加し、開度を小さくすることによって通過する混合気の流量が減少する。
【００２１】
バイパス通路２８のニードル弁３０により燃料ガスの流量が制御され、スロットル弁１８により混合気の流量が制御された後、混合気はガスエンジン１１のシリンダ４０内に吸気弁を介して吸入される。吸入された混合気は、吸気弁３８および排気弁３９が閉じた状態で、ピストンの上昇により圧縮される。圧縮された混合気は、高電圧発生回路３６を介して点火プラグ３５により点火されて、爆発する。爆発後には、排気ガスが排気弁３９を介して排出される。このとき、排気ガスの空燃比が空燃比センサ２３で検出される。該空燃比センサ２３と高電圧発生回路３６とクランク軸（出力軸）の回転を検知する回転数センサ３７等はコントローラ２２と接続されており、該コントローラ２２に空燃比センサ２３により検出された排気ガスの空燃比が入力される。コントローラ２２は、この空燃比センサ２３により検出された排気ガスの空燃比に基づいて、シリンダ４０に吸入される混合気、つまり、ミキサ１０により生成される混合気の空燃比を算出し、ニードル弁３０の開度を制御するとともに、また、回転数センサ３７により回転数や回転偏差等を演算し、スロットル弁１８や高電圧発生回路３６を制御して目標回転数で運転できるように制御している。
【００２２】
そして、本実施例では、ガスエンジン用ミキサ１０におけるバイパス通路２８に配置するニードル弁３０の弁体であるニードル３２を、図２に示すような形状としている。また、図４（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）に示すような形状とすることもできる。図９には、従来の形状のニードル３２´を示している。
なお、以下では、断面視（または、側面視）におけるニードル３２先端部の傾斜している部分を「テーパ部」３２ａと呼ぶこととする。ニードル３２は先端３２ｂを通る中心線Ｍについて対称な形状をしているため、テーパ部３２ａはこの中心線Ｍに対して対称となる。例えば、図２においては、テーパ部３２ａは、傾斜が始まる位置（以下では、「傾斜開始部」という。）３２ｃからニードル３２の先端３２ｂまでとなっている。
また、断面視（または、側面視）におけるテーパ部３２ａの中心線Ｍに対する角度（鋭角）を、「テーパ角」と呼ぶこととする。つまり、テーパ角はニードル３２のリフト方向に対するテーパ部３２ａの傾斜角である。例えば、図９においては、テーパ角は、角度θとなっている。
【００２３】
そして、このようなニードル３２を用いる場合のバイパス通路２８の通路面積（以下では、単に「通路面積」ともいう。）Ｓは、図３に示すように変化する。また、図４（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すようにも変化する。図１０には、従来の形状のニードル３２´を用いた場合の通路面積Ｓの変化を示している。
この場合、バイパス通路２８の通路面積Ｓとは、ニードル弁３０の弁座３１の弁体側の面を含む平面（図２では、バイパス通路２８をＡ−Ａ線で切断した面）内において、ニードル弁３０の弁座３１の開口部分の面積から、弁体であるニードル３２の断面積を差し引いた面積であり、ニードル弁３０の開度を示す量である。この通路面積Ｓは、テーパ部３２ａのテーパ角が大きくなるほど、その変化が急となり、逆に、テーパ角が小さくなるほど、その変化は緩やかになるという特性を有する。
【００２４】
図３、図４（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図１０では、横軸をニードル３２のリフト量Ｌとしている。ニードル３２のリフトとは、ニードル３２の弁座３１に対する移動のことであり、本実施例では、ニードル３２は、ソレノイド等のアクチュエータによってリフトされる。また、ニードル３２のリフト量Ｌとは、前記ニードル３２の弁座３１に対する移動量（前記ニードル３２の中心線Ｍ方向）であり、ニードル３２の基準位置からの変位を示す量であり、ニードル弁３０が開く方向にニードル３２が移動するほど、このリフト量Ｌは大きくなる。この場合には、基準位置を、ニードル３２が弁座３１に密着する状態、つまり、ニードル弁３０が全閉の状態でのニードル３２の位置としている。そして、リフト量Ｌは、ニードル弁３０が全開となるＬｍａｘまで変化する。つまり、リフト量Ｌｍｉｎでの通路面積Ｓはゼロであり、リフト量Ｌｍａｘでの通路面積Ｓは弁座３１の開口部分の面積と等しくなる。
【００２５】
また、図４（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）には、ニードル３２のリフト量Ｌに対するミキサ１０で生成される混合気の空燃比の変化を示している。前述したように、ニードル弁３０を制御することによって、ミキサ１０で生成される混合気の空燃比を調整させることができる。空燃比は、混合気中の燃料ガスの割合を示す量であり、混合気中に燃料ガスの量が多い場合には、空燃比が小である「リッチ」となり、逆に、混合気中に燃料ガスが少ない場合には、空燃比が大である「リーン」となる。このように、ニードル弁３０を制御することにより、ニードル３２のリフト量Ｌに応じて、混合気の空燃比を「リッチ」としたり、「リーン」としたりすることができる。
そして、前述した通路面積Ｓが大きくなるほど、この空燃比は小さくなり（リッチとなり）、逆に、通路面積Ｓが小さくなるほど、空燃比は大きくなる（リーンとなる）という特性を有する。
【００２６】
ニードル弁３０のニードル３２の形状と、このニードル３２のリフト量Ｌに対する通路面積Ｓの変化について、図２、図３を用いて説明する。
図２に示すように、ニードル３２は、断面視（または、側面視）において、テーパ部３２ａを２段階（２段階傾斜）とした形状となっている。ニードル３２のテーパ部３２ａには、屈曲部（角度切替部）３２ｄが、傾斜開始部３２ｃと先端３２ｂの中途部に設けられている。この屈曲部３２ｄでテーパ角（リフト方向に対する傾斜角）が変化しており、傾斜開始部３２ｃから屈曲部３２ｄまでを第１テーパ部３２ｅとし、屈曲部３２ｄから先端３２ｂまでを第２テーパ部３２ｆとしている。そして、第１テーパ部３２ｅのテーパ角（角度θ１）を、第２テーパ部３２ｆのテーパ角（角度θ２）よりも小さくしている（θ１＜θ２）。
このように、テーパ部３２ａを、テーパ角の小さい（勾配が緩やかである）第１テーパ部３２ｅと、テーパ角の大きい（勾配が急である）第２テーパ部３２ｆとの２つのテーパ部から形成している。つまり、ニードル３２は、テーパ部３２ａに段差を設けて、テーパ部３２ａ´に段差のない（テーパ角が一定の）従来のニードル３２´（図９）よりも、外側に膨らんだ形状となっている。言い換えれば、ニードル３２は、ニードル３２の先端部に、円錐台（第１テーパ部３２ｅに相当する部分）を取り付けて、この円錐台の上面に、円錐台の上面と等しい底面の円錐（第２テーパ部３２ｆに相当する部分）を取り付けたような形状となっている。
【００２７】
図２のようなニードル３２をリフトさせた場合には、バイパス通路２８の通路面積Ｓは、図３の実線に示すように変化し、リフト量Ｌが増加するほど、つまり、ニードル弁３０が開く方向にニードル３２が移動するほど、通路面積Ｓが増加している。この実線のうち、リフト量がＬｍｉｎからＬ１までの部分は、テーパ角の小さい第１テーパ部３２ｅが図２のＡ−Ａ線上に位置している場合に対応し、リフト量がＬ１からＬｍａｘまでの部分は、テーパ角の大きい第２テーパ部３２ｆが図２のＡ−Ａ線上に位置している場合に対応している。そして、リフト量Ｌ１のとき、テーパ部３２ａのテーパ角が変化する屈曲部３２ｄが、図２のＡ−Ａ線上に位置している。これに対して、図３の破線は、従来のテーパ角が一定のニードル３２´（図９）をリフトさせた場合の通路面積Ｓの変化を示している。
このように、図２に示すような形状のニードル３２の場合には、従来の形状のニードル３２´の場合と比べて、リフト量がＬ１からＬｍａｘまでの部分において、通路面積Ｓの増加割合（増加率）が大きくなっている。その理由は、本実施例のニードル３２では、従来のニードル３２´とは異なって、テーパ部３２ａに屈曲部３２ｄを設けて、この屈曲部３２ｄにてテーパ角を、角度が小さいθ１から角度が大きいθ２へ変化させているからである。
【００２８】
これにより、ニードル弁３０のニードル３２のリフト量Ｌが大きくなるにつれて、バイパス通路２８の通路面積Ｓの増加割合が緩やかになる（鈍化する）という、従来における不具合を解消できる。すなわち、ニードル３２のリフト量Ｌが大きくなる部分、例えば、図３では、Ｌ１からＬｍａｘまでの部分においても、通路面積Ｓの増加割合が鈍化することを抑制できる。そして、バイパス通路２８からベンチュリ１６に供給される燃料ガスの流量についても、その増加割合が鈍化することを抑制できる。
同様に、ニードル弁３０のニードル３２のリフト量Ｌを小さくする場合においても、バイパス通路２８からベンチュリ１６に供給される燃料ガスの流量の減少割合が鈍化することを抑制できる。
こうして、ニードル弁３０のニードル３２のリフト量Ｌが大きくなる部分、つまり、ニードル弁３０の開度が大きい部分においても、リフト量Ｌに対する燃料ガスの流量変化を大きくして、ニードル３２のリフト量Ｌの変化に対して効率よく、混合気の空燃比をリッチとしたり、リーンとしたりすることができる。このように、ニードル３２のテーパ部３２ａを２段階に形成することにより、ミキサ１０における燃料ガスの流量制御可能領域を拡大することができる。
【００２９】
なお、ニードル３２の形状を、図２に示すようなテーパ部３２ａを２段階としたものに替えて、テーパ部３２ａを３段階以上としてもよい。テーパ部３２ａを３段階とした場合には、テーパ部３２ａの中途部に２つの屈曲部を設けて、先端に近づくほど、テーパ角を大きくする。また、テーパ部３２ａのテーパ角が変化する屈曲部３２ｄの部分の形状をＲ形状としてもよく、ニードル３２のリフト量Ｌの変化に対して、通路面積Ｓの変化割合の鈍化を抑制できるような形状であればよい。
【００３０】
ニードル弁３０のニードル３２の形状を、図４（ａ）に示すような形状とすることもできる。この場合には、ニードル３２のリフト量Ｌに対する通路面積Ｓは、図４（ｂ）に示すように変化する。また、図４（ｂ）には、ニードル３２のリフト量Ｌに対するミキサ１０で生成される混合気の空燃比の変化を示している。破線は、従来のテーパ角が一定のニードル３２´（図９）をリフトさせた場合の通路面積Ｓの変化と、これに伴う空燃比の変化である。
【００３１】
図４（ａ）に示す形状のニードル３２は、図２に示す先端を尖らせた場合とは違って、先端部分を平らな（前記ニードル３２の中心線Ｍと直交するような）面３２ｈとしている。つまり、ニードル３２は、テーパ角の小さい第１テーパ部３２ｅと、テーパ角の大きい第２テーパ部３２ｆとからなり、第２テーパ部３２ｆの先端部分を平らな面３２ｈとしている。
【００３２】
そして、図４（ａ）のようなニードル３２をリフトさせた場合には、バイパス通路２８の通路面積Ｓは、図４（ｂ）の実線に示すように変化し、リフト量Ｌが増加するほど、つまり、ニードル３２が、ニードル弁３０の開く方向に移動するほど、通路面積Ｓが増加している。また、この通路面積Ｓの変化にしたがって、ミキサ１０で生成される混合気の空燃比は、リフト量Ｌが増加するほど、リッチとなり、図４（ｂ）の実線に示すように変化している。
この実線のうち、リフト量がＬ２からＬ４までの部分では、略直線的に空燃比が変化している。これに対して、従来の形状のニードル３２´の場合には、空燃比が略直線的に変化する部分は、リフト量がＬ２からＬ３までの部分に限られている。
このように、空燃比特性がリニア（線形的）となる部分が、従来の場合よりも拡大している。このことを、図４（ｂ）では、直線性確保領域として表している。つまり、ニードル３２のリフト量に略比例して燃料ガスの流量を制御できるようになる。
【００３３】
このように、ミキサ１０における燃料ガスの流量制御を高精度で行える領域を拡大することができ、また、混合気の空燃比の制御領域を拡大することができる。また、これにより、ガスエンジン１１の運転回転数、負荷率等によって、空燃比特性を変更させる際に、空燃比の変化量を直線的に設定できるため、コントローラ２２において、空燃比センサ２３により検出された空燃比に基づく、フィードバック制御を容易に行うことができる。
これとは逆に、空燃比が、図４（ｂ）のようなリニアな特性を示すように、ニードル３２のテーパ角を設定することも可能であり、この場合には、ニードル３２の形状は、空燃比特性の線形性を確保できるような形状であれば、図４（ａ）に示すものに特に限定されない。
【００３４】
また、図４（ａ）に示すような形状のニードル３２を用いて、１つのガスエンジン１１において２種類以上の燃料ガス、例えば、都市ガス、プロパンガス等を使用する場合にも対応することができる。
図５を用いて、１つのガスエンジン１１で、発熱量の異なる２種類の燃料ガス（発熱量が大きい燃料Ａ、発熱量が小さい燃料Ｂ）を使用する場合について、説明する。発熱量の異なる２種類の燃料ガス（燃料Ａ、燃料Ｂ）を使用する場合には、発熱量の大きい燃料Ａについては、テーパ角の小さい第１テーパ部３２ｅの部分を利用して、流量調整を行い、発熱量の小さい燃料Ｂについては、テーパ角の大きい第２テーパ部３２ｆの部分を利用して、流量調整を行う。
つまり、燃料Ａの使用領域に対応させてニードルの傾斜角θ１を設定し、このテーパ角の小さい第１テーパ部３２ｅが、図２のＡ−Ａ線上に位置しているときに流量制御を行うようにしている。また、燃料Ｂの使用領域に対応させてニードルの傾斜角θ２を設定し、テーパ角の大きい第２テーパ部３２ｆが、図２のＡ−Ａ線上に位置している時に流量制御を行うようにしている。
【００３５】
こうして、発熱量の大きい燃料Ａを使用する場合には、ベンチュリ１６に供給する流量は少なくてもよいため、通路面積Ｓが小さい領域において、燃料Ａの流量調整を行うようにしている。この燃料Ａの使用領域は、リフト量がＬ５からＬ７までの部分に相当する。そして、リフト量がＬ５からＬ７までの部分については、燃料Ａについての空燃比は、略直線的に変化する。
これに対して、発熱量の小さい燃料Ｂを使用する場合には、ベンチュリ１６に供給する流量を多くする必要があるため、通路面積Ｓが大きい領域において、燃料Ｂの流量調整を行うようにしている。この燃料Ｂの使用領域は、リフト量がＬ６からＬ８までの部分に相当する。そして、リフト量がＬ６からＬ８までの部分については、燃料Ｂについての空燃比は、略直線的に変化する。
【００３６】
このように、ニードル弁３０を操作して、ニードル３２のテーパ部３２ａの異なるテーパ角の部分を利用することにより、１つのガスエンジン１１において、２種類以上の燃料ガスを切り換えて使用することができる。
また、これにより、従来における不具合の解消を図ることができる。すなわち、２種類以上の燃料ガスを変更して使用する場合に、燃料ガスを変更するたびに、メイン通路２７に備えられる固定弁２９等のセッティングを変更する必要がなくなり、これにより、この場合にも同一のミキサを使用することができる。また、製造時において、使用する燃料ガスの種類に対応させるために、予めガスエンジン１１およびミキサ１０を製造して、在庫を確保しておく必要がなくなる。また、ガスエンジン１１で使用する燃料ガスを変更した場合には、ユーザ自身が使用する燃料ガスの種類をコントローラ２２に入力することより、燃料の種類に応じた使用領域に自動的に切り換えることが可能となるため、市場において選択可能な燃料ガスの種類が増加する。さらに、別部材を追加することなく、ニードル３２のテーパ部３２ａの異なるテーパ角の部分を利用することにより、２種類以上の燃料ガスを、切り換えて使用することができる。
【００３７】
また、ニードル弁３０のニードル３２の形状を、図６（ａ）に示すような形状とすることもできる。この場合には、ニードル３２のリフト量Ｌに対する通路面積Ｓは、図６（ｂ）に示すように変化する。また、図６（ｂ）には、ニードル３２のリフト量Ｌに対するミキサ１０で生成される混合気の空燃比の変化を示している。破線は、従来のテーパ角が一定のニードル３２´（図９）をリフトさせた場合の通路面積Ｓの変化と、これに伴う空燃比の変化である。
【００３８】
図６（ａ）に示す形状のニードル３２は、図４（ａ）に示すテーパ部３２ａが２段階である場合とは違って、テーパ部３２ａを３段階に形成している。図６（ａ）に示すように、テーパ部３２ａの中途部に２つの屈曲部３２ｄ・３２ｋを設けて、この２つの屈曲部３２ｄ・３２ｋにてテーパ角を変化させている。そして、第１テーパ部３２ｅのテーパ角よりも、第２テーパ部３２ｆのテーパ角を大きくするとともに、この第２テーパ部３２ｆのテーパ角よりも、第３テーパ部のテーパ角を小さくしている。つまり、テーパ角の小さい第１テーパ部３２ｅと第３テーパ部３２ｇとの間に、テーパ角の大きい第２テーパ部３２ｆが挟まれて形成されている。
【００３９】
そして、図６（ａ）のようなニードル３２をリフトさせた場合には、バイパス通路２８の通路面積Ｓは、図６（ｂ）の実線に示すように変化し、リフト量Ｌが増加するほど、つまり、ニードル３２が、ニードル弁３０の開く方向に移動するほど、通路面積Ｓが増加している。また、この通路面積Ｓの変化にしたがって、ミキサ１０で生成される混合気の空燃比は、リフト量Ｌが増加するほど、リッチとなり、図６（ｂ）の実線に示すように変化している。
この実線のうち、リフト量がＬ９からＬ１０までの部分、およびＬ１１からＬ１２までの部分では、略直線的に空燃比が変化している。また、リフト量がＬ１０からＬ１１までの部分では、急激に空燃比が変化している。
これに対して、従来の形状のニードル３２´の場合には、空燃比が略直線的に変化する部分は、リフト量がＬ９からＬ１０の部分の１箇所に限られている。また、リフト量がＬ１０を超える部分では、空燃比の変化は緩やかになっている。
【００４０】
このように、図６（ａ）のようなニードル３２を用いる場合には、混合気の空燃比特性がリニアとなる部分が、リーン側とリッチ側との２箇所に現れている。そして、リーン側のリニアな部分は、テーパ角の小さい第１テーパ部３２ｅに対応し、リッチ側のリニアな部分は、テーパ角の小さい第３テーパ部３２ｇに対応している。また、空燃比が急激に変化している部分は、テーパ角の大きい第２テーパ部３２ｆに対応している。
これにより、図６（ｂ）に示すように、リーン側制御域と、リッチ側制御域とに対応させて、ミキサ１０において燃料ガスの流量制御を行うことができる。また、触媒不使用時と、触媒使用時とに対応させて、流量制御を行うことができる。
さらに、混合気の空燃比を急激にリッチ側へ切り換えることもできるため、ガスエンジン１１において、触媒を使用する場合や最大出力を確保する場合等にも、対応することができる。
また、これとは逆に、空燃比が、図６（ｂ）のような特性を示すように、ニードル３２のテーパ角を設定することも可能である。つまり、リーン側、リッチ側の部分にて、それぞれに必要な空燃比の精度に対応させて、ニードル３２のテーパ角を設定することができ、これにより、ガスエンジン１１の設定可能な範囲を拡大することができる。また、従来におけるいわゆるパワー機構等を別途設ける必要がなくなる。
【００４１】
また、ニードル弁３０のニードル３２の形状を、図７（ａ）に示すような形状とすることもできる。この場合には、ニードル３２のリフト量Ｌに対する通路面積Ｓは、図７（ｂ）に示すように変化する。また、図７（ｂ）には、ニードル３２のリフト量Ｌに対するミキサ１０で生成される混合気の空燃比の変化を示している。破線は、従来のテーパ角が一定のニードル３２´（図９）をリフトさせた場合の通路面積Ｓの変化と、これに伴う空燃比の変化である。
【００４２】
図７（ａ）に示す形状のニードル３２は、図４（ａ）に示す場合に対し、テーパ部３２ａのテーパ角が異なっている。図４（ａ）に示すニードル３２では、第１テーパ部３２ｅのテーパ角が、図９に示す従来のニードル３２´のテーパ角よりも大きくなっている。これに対して、図７（ａ）に示すニードル３２の場合には、第１テーパ部３２ｅのテーパ角が、図９に示す従来のニードル３２´のテーパ角よりも小さくなっている。
【００４３】
そして、図７（ａ）のようなニードル３２をリフトさせた場合には、バイパス通路２８の通路面積Ｓは、図７（ｂ）の実線に示すように変化し、リフト量Ｌが増加するほど、つまり、ニードル３２が、ニードル弁３０の開く方向に移動するほど、通路面積Ｓが増加している。この実線のうち、リフト量がＬ１３からＬ１４までの部分では、従来の場合よりも、通路面積Ｓが小さくなっており、また、その増加割合は緩やかになっている。
このような通路面積Ｓの変化にしたがって、ミキサ１０で生成される混合気の空燃比は、ニードル３２のリフト量Ｌが増加するほど、リッチとなり、図７（ｂ）の実線に示すように変化する。この実線のうち、リフト量がＬ１３からＬ１４までの部分では、空燃比が略直線的に変化し、かつ、リフト量Ｌの変化に対して、空燃比の変化割合が緩やかになっている。
【００４４】
このように、空燃比特性がリニアとなっているリーン側の部分において、リフト量Ｌの変化に対して、混合気の空燃比を緩やかに変化させることにより、失火限界に近いリーン側の領域での空燃比の調整精度を向上させることができ、失火に対して、マージンを持つことができる。そして、出力制御を高い精度で行うことができ、安定した運転を行うことができる。
また、これとは逆に、空燃比が、図７（ｂ）のような特性を示すように、ニードル３２のテーパ角を設定することも可能である。
【００４５】
前述したように、本実施例では、ニードル弁３０のニードル３２のテーパ角を種々に変更することにより、ミキサ１０における燃料ガスの流量制御等を行っている。そして、本実施例では、ニードル弁３０の弁座３１は一定形状としている。
これに替えて、ニードル弁３０において、ニードル３２を一定形状（例えば、図９に示すような形状）として、弁座３１の開口部分の形状を変更することにより、燃料ガスの流量制御を行うようにしてもよい。
ニードル３２のリフト量Ｌに対する通路面積Ｓの特性は、ニードル３２のテーパ部３２ａの形状と、弁座３１の開口部分の形状との相対的な関係によるものである。このため、ニードル３２のテーパ角および弁座３１の開口部分の両者を変更するようにしてもよい。
【００４６】
次に、ガスエンジン用ミキサ１０に第２のバイパス通路３３を設けた実施例について、図８を用いて説明する。
本実施例では、図１に示すガスエンジン用ミキサ１０に、メイン通路２７およびバイパス通路２８に対して、並列に第２バイパス通路３３を設けている。つまり、ガス供給路として、メイン通路２７、バイパス通路２８、および第２バイパス通路３３の３系統の供給路を有している。そして、第２バイパス通路３３には、流量調整弁３４が配設されている。第２バイパス通路３３に備える流量調整弁３４は、燃料ガスの種類に対応させて、開閉させるようにしている。流量調整弁３４は、メイン通路２７に備えられる固定弁２９のように固定式としてもよく、また、バイパス通路２８に備えられるニードル弁３０のように可変式としてもよい。
【００４７】
出荷時に、燃料ガスの種類が予め決められている場合には、流量調整弁３４を固定式として、ネジや打込みプラグ等の密封手段を用いて、第２バイパス通路３３を予め開閉させておく。
一方、市場で燃料ガスの種類が変わること等により、燃料ガスの種類を切り換えて使用する場合には、流量調整弁３４を可変式として、モータ駆動式のニードル弁や燃料停止用ソレノイドを用いて、第２バイパス通路３３の開度を調節する。
【００４８】
そして、流量調整弁３４の開度を調節することにより、１つのガスエンジン１１において、２種類以上の（発熱量の異なる）燃料ガスを切り換えて使用する場合に、対応することができる。
発熱量の大きい燃料ガスを使用する場合には、ガス供給路からベンチュリ１６に供給する流量を多くする必要があるため、流量調整弁３４を開いて、第２バイパス通路３３も利用して、燃料流量を多くする。つまり、燃料ガスは、メイン通路２７と、バイパス通路２８と、第２バイパス通路３３とから供給される。
これに対し、発熱量の小さい燃料ガスを使用する場合には、ガス供給路からベンチュリ１６に供給する流量は少なくてもよいため、流量調整弁３４を閉じて、第２バイパス通路３３を利用せずに、燃料流量を少なくする。つまり、燃料ガスは、メイン通路２７と、バイパス通路とから供給される。
【００４９】
このように、簡単な構成、および容易な制御により、燃料ガスの種類、つまり、燃料ガスの発熱量に対応した流量制御を行うことができる。また、流量調整弁３４を可変式とした場合には、この流量調整弁３４の開度を調節することにより、より精度の高い燃料ガスの流量調整を行うことができ、この場合には、より多くの種類の燃料ガスに対応することができる。
また、これにより、従来における不具合を解消することができる。すなわち、２種類以上の燃料ガスを変更して使用する場合に、燃料ガスを変更するたびに、メイン通路２７に備えられる固定弁２９等のセッティングを変更する必要がなくなる。また、製造時において、使用する燃料ガスの種類に対応させるために、予めガスエンジン１１およびミキサ１０を製造して、在庫を確保しておく必要がなくなる。また、ガスエンジン１１で使用する燃料ガスを変更した場合には、ユーザ自身が使用する燃料ガスの種類をコントローラ２２に入力することより、燃料の種類に応じた使用領域に自動的に切り換えることが可能となるため、市場において選択可能な燃料ガスの種類が増加する。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、請求項１に示す如く、シリンダへの燃料供給路の上流側に、メイン通路とバイパス通路とを有し、各々の通路に流量調整弁を配設したガスエンジン用ミキサにおいて、バイパス通路側の流量調整弁をニードル弁とし、該ニードル弁のニードルを多段階に傾斜した形状とするので、ガスエンジン用ミキサにおける燃料ガスの流量調整可能領域を拡大することができる。
【００５１】
請求項２に示す如く、前記ニードルの多段階の傾斜を、燃料ガスの種類に対応した傾斜角度としたので、使用する燃料ガスの種類を変更した場合にも、ニードル弁を操作することにより対応可能となる。
【００５２】
請求項３に示す如く、前記ニードルに、空燃比が大となる領域に対応した傾斜角度と、空燃比が小となる領域に対応した傾斜角度を設け、燃料ガスの流量制御を行うので、ニードル弁を操作して、ガスエンジン用ミキサを調節することにより、ガスエンジンの設定可能なの範囲を拡大することができる。
【００５３】
請求項４に示す如く、前記ニードルに、空燃比が大となる領域で高精度に制御できる傾斜角度を設定し、燃料ガスの流量制御を行うので、空燃比が大となる領域において、出力制御を高い精度で行うことができ、安定したガスエンジンの運転を行うことができる。
【００５４】
請求項５に示す如く、シリンダへの燃料供給路の燃料上流側に、メイン通路とバイパス通路とを有し、各々の通路に流量調整弁を配設したガスエンジン用ミキサにおいて、第二のバイパス通路を設けるとともに、該第二のバイパス通路に燃料ガスの種類に対応させて、第二のバイパス通路を開閉させる弁を設けたので、簡便な構成および容易な制御により燃料ガスの種類による流量制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する装置構成の一実施例を示す図。
【図２】バイパス通路に配置するニードル弁を示す図。
【図３】バイパス通路におけるリフト量−通路面積特性を示す図。
【図４】（ａ）はニードル弁のニードルを示す図、（ｂ）はバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性、およびミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図。
【図５】２種類の燃料ガスについてのミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図。
【図６】（ａ）はニードル弁のニードルを示す図、（ｂ）はバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性、およびミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図。
【図７】（ａ）はニードル弁のニードルを示す図、（ｂ）はバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性、およびミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図。
【図８】２つのバイパス通路を有するミキサを示す図。
【図９】従来のバイパス通路に配置するニードル弁を示す図。
【図１０】従来のバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性を示す図。
【符号の説明】
１０  ミキサ
１１  ガスエンジン
１６  ベンチュリ
２７  メイン通路
２８  バイパス通路
２９  固定弁
３０  ニードル弁
３１  弁座
３２  ニードル
４０  シリンダ
【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】
2004293402.tif 000008
【図７】
2004293402.tif 000009
【図８】
2004293402.tif 000010
【図９】
2004293402.tif 000011
【図１０】
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