(57)【要約】【課題】点火栓の劣化を抑制し、副室式ガスエンジンの運転コストを低減させること。【解決手段】点火栓８が備えられた副室１を有する副室式ガスエンジン１００に具備される燃料ガス供給量制御装置６であって、点火栓８の温度を検知する温度検知手段１９と、一定時間に温度検知手段１９で得られた温度の平均値基づいて、温度が規定値を超える温度であった場合に副室１に供給すべき燃料ガスの供給量を増大させる調整を行う供給量調整手段１７とを備えたことを特徴とする。【選択図】　　　　図１
2004036424.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
点火栓が備えられた副室を有する副室式ガスエンジンに具備される燃料ガス供給量制御装置であって、
前記点火栓の温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段で得られた温度に基づいて副室に供給すべき燃料ガスの供給量を調整する供給量調整手段とを備えたことを特徴とする燃料ガス供給量制御装置。
【請求項２】
請求項１に記載の燃料ガス供給量制御装置において、
前記温度検知手段により検知された温度が規定値を超える温度であった場合、燃料ガスの供給量を増大させることを特徴とする燃料ガス供給量制御装置。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の燃料ガス供給量制御装置において、
前記供給量調整手段は、一定時間に前記温度検知手段で得られた温度の平均値に基づいて燃料ガスの供給量の調整を行うことを特徴とする燃料ガス供給量制御装置。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料ガス供給量制御装置において、
前記温度検知手段は、前記点火栓の座金の温度を測定することで該点火栓の温度を検知することを特徴とする燃料ガス供給量制御装置。
【請求項５】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料ガス供給量制御装置において、
前記温度検知手段は、前記副室の壁部の温度を測定することで前記点火栓の温度を検知することを特徴とする燃料ガス供給量制御装置。
【請求項６】
請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料ガス供給量制御装置において、
前記温度検知手段は、前記副室の内部の温度を測定することで前記点火栓の温度を検知することを特徴とする燃料ガス供給量制御装置。
【請求項７】
請求項１から請求項６のいずれかに記載の燃料ガス供給量制御装置を備えたことを特徴とする副室式ガスエンジン。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、副室式ガスエンジンの副室への燃料供給技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、発電用エンジン等として広く用いられているガスエンジンのうち、ＮＯｘ等の発生量を低減し、低公害を実現するガスエンジンとして副室式ガスエンジンが用いられている。副室式ガスエンジンは、シリンダに連続して設けられた副室に、シリンダ内に供給される主燃料ガスより濃度の高い副室燃料ガスを供給し、副室に設けられた点火栓によって副室内の副室燃料ガスが着火し、副室内の燃焼によってシリンダ内の主燃料ガスが着火する燃焼手段を有している。
【０００３】
従来、特開２０００−３２０３６９で開示されている副室式ガスエンジンの副室燃料ガス供給量制御装置が知られている。この副室燃料ガス供給量制御装置によれば、過剰な副室燃料ガスの供給による副室内の失火を検知し、副室燃料ガスの供給を低減させることにより、常に失火のない状態で副室式ガスエンジンを運転することができる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記副室式ガスエンジンの副室燃料ガス供給量制御装置は、副室内で副室燃料ガスと主燃料ガスを混合し、着火に適した濃度の混合気を作り出しているが、副室内への副室燃料ガスの供給量がある一定値より減少すると、副室内で燃焼が良くなりすぎて副室に装着されている点火栓の温度が異常に上昇し、点火栓が劣化し易くなるという問題があった。そして、劣化した点火栓を取り替えるコストが必要となるだけでなく、点火栓を取り替えるために副室式ガスエンジンの運転を止めることによって運転効率が悪くなり、運転コストが高くなるという問題があった。
【０００５】
本発明は、このような背景の下になされたものであって、点火栓の劣化を抑制し、副室式ガスエンジンの運転コストを低減させることを目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項１に係る発明は、点火栓が備えられた副室を有する副室式ガスエンジンに具備される燃料ガス供給量制御装置であって、前記点火栓の温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段で得られた温度に基づいて副室に供給すべき燃料ガスの供給量を調整する供給量調整手段とを備えたことを特徴とする。
【０００７】
この発明に係る燃料ガス供給量制御装置によれば、点火栓の温度を検知する温度検知手段と、温度検知手段によって検知された温度に基づいて燃料ガスの供給量を調整する供給量調整手段とを備えているので、点火栓の温度が最適な温度となるよう、供給量調整手段にて副室に供給すべき燃料ガスの流量を調整する。これにより、最適な温度状態で点火栓を使用することができ、点火栓の劣化を抑制することができる。
【０００８】
請求項２に係る発明は、請求項１に記載の燃料ガス供給量制御装置において、前記温度検知手段により検知された温度が規定値を超える温度であった場合、燃料ガスの供給量を増大させることを特徴とする。
【０００９】
この発明に係る燃料ガス供給量制御装置によれば、温度検知手段により検知された温度が規定値を超える温度であった場合、供給量調整手段が燃料ガスの供給量を増大させるので、点火栓の温度の異常な上昇が抑制される。つまり、副室内で混合される混合気の燃料濃度がある一定値より薄くなることで燃焼が良好となり、点火栓の温度が異常に上昇してしまうと考えられており、燃料ガスの供給量を増加させることにより温度上昇を抑制することができるのである。これにより、最適な温度状態で点火栓を使用することができ、点火栓の劣化を抑制することができる。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の燃料ガス供給量制御装置において、前記供給量調整手段は、一定時間に前記温度検知手段で得られた温度の平均値に基づいて燃料ガスの供給量の調整を行うことを特徴とする。
【００１１】
この発明に係る副室式ガスエンジンの燃料ガス供給量制御装置によれば、供給量調整手段は一定時間に温度検知手段で得られた温度の平均値に基づいて燃料ガスの供給量の調整を行うので、突発的な温度上昇による供給量の制御の誤作動を防止することができる。
【００１２】
請求項４から請求項６に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれかに記載の燃料ガス供給量制御装置において、前記温度検知手段は、前記点火栓の座金の温度、前記副室の壁部の温度、または前記副室の内部の温度を測定することで該点火栓の温度を検知することを特徴とする。
【００１３】
この発明に係る燃料ガス供給量制御装置によれば、温度検知手段によって上述した各測定部位の温度を測定することで点火栓の温度を検知するので、点火栓の温度を検知して燃料ガスの供給量が適正値となるように調整される。これにより、点火栓の温度が異常に上昇することを防止することができ、点火栓の劣化を抑制することができる。また、点火栓が劣化して取り替えられた場合においても、温度検知手段は各測定部位に取り付けられたまま使用することができる。また、副室の内部の温度は、他の測定部位の温度より温度変化が早いので、副室の内部の温度を測定することで点火栓の温度変化を早く検知することができる。
【００１４】
請求項７に係る発明は、副室式ガスエンジンであって、請求項１から請求項６のいずれかに記載の燃料ガス供給量制御装置を備えたことを特徴とする。
この発明に係る副室式ガスエンジンは、上述した燃料ガス供給量制御装置によって燃料ガスの供給量が調整されるので、点火栓の温度の異常な上昇が防止され、点火栓の劣化が抑制される。これにより、長時間において点火栓を使用することができ、点火栓の取り替え作業が削減される結果、副室式ガスエンジンの運転コストを低減させることができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明における実施の形態にかかる副室式ガスエンジンの副室近傍を示した構成図である。副室式ガスエンジン１００は、主燃焼室とされるシリンダ１０と、副燃焼室とされる副室１とを備えて構成され、シリンダ１０に供給すべき主燃料ガスと、副室１に供給すべき副室燃料ガスとの２系統の燃料ガス供給系を備えている。シリンダ１０には、その内部を直動するようにピストン１１が備えられ、シリンダ１０の上面には、主燃料ガスが供給される吸気ポート７、および燃焼したガスが排出される排気ポート１３が設けられ、それぞれに備えられた吸気弁９および排気弁１４によって各ポートの開閉が行われる構成とされている。
【００１６】
副室１は、供給量調整手段に接続される副室燃料ガス供給管５と、副室燃料ガス供給管５から流入してきた副室燃料ガスを燃焼のタイミングにあわせて副室１の内部に供給する副室燃料ガス供給弁２と、供給された副室燃料ガスを点火する点火栓８とを備えて構成され、シリンダ１０に開口した副室噴孔１２が形成されている。燃料ガス供給量制御装置６は、点火栓８の温度検知手段である点火栓温度センサー１９と、排気ポート１３に設けられた失火検知手段である排気温度センサー２０と、点火栓温度センサー１９および排気温度センサー２０からの検出信号が入力されるコントローラ１６と、コントローラ１６によって制御される供給量調整手段である可変面積オリフィス１７と、可変面積オリフィス１７および副室燃料ガスタンク（図示せず）との間の圧力を調整するレギュレータ４とを備えて構成されている。
【００１７】
点火栓温度センサー１９は、熱電対で構成されており、図２に示すように点火栓８が副室１の壁部１ａに取り付けられている状態において、点火栓８と壁部１ａとの間に配設されている点火栓８の座金８ａに取り付けられている。排気温度センサー２０も熱電対で構成されており、排気温度の低下を測定することにより副室１の内部の失火を検知する構成とされている。可変面積オリフィス１７は、オリフィスを構成する流路の側壁にねじタップを切って、同流路方向に対して垂直に挿入又は抜き出し可能なねじを取り付けたもので、同ねじの挿入量によって配管の流路面積を調整可能としたものである。コントローラ１６は、点火栓温度センサー１９および排気温度センサー２０から常時又は所定時間ごとに温度データ信号が入力され、温度データの任意な一定時間の平均値に基づいて制御信号を可変面積オリフィス１７に出力する構成とされている。
【００１８】
このように、燃料ガスの供給系は、主燃料ガス供給系と副室燃料ガス供給系の２系統がある。主燃料ガス供給系は、図示しない吸気管内で燃料ガスを空気と混合させて希薄混合気とし、吸気ポート７からシリンダ１０内へ導く系統である。一方、副室燃料ガス供給系は、供給される副室燃料ガスの圧力を調整するレギュレータ４と、流量調整のための可変面積オリフィス１７を備え、主燃料ガスよりも濃度の高い副室燃料ガスを副室１に導く系統である。
【００１９】
上述したような燃料ガス供給量制御装置６を備えた副室式ガスエンジン１００における燃焼サイクルについて説明する。
副室式ガスエンジン１００が吸気行程に入ると、ピストン１１が下降しつつ、主燃料ガス供給系における吸気弁９及び副室燃料ガス供給系における副室燃料ガス供給弁２が開き、排気弁１４が閉状態となる。吸気弁９が開くと、吸気ポート７から主燃料ガスがシリンダ１０内へ導入される。副室燃料ガス供給弁２が開くと、可変面積オリフィス１７によって所望流量に調整された副室燃料ガスが副室１内へ導入される。
【００２０】
次に、副室式ガスエンジン１００が圧縮行程に入ってピストン１１が上昇し出すと、主燃料ガス供給系における吸気弁９及び副室燃料ガス供給系における副室燃料ガス供給弁２は閉じる。シリンダ１０内に導入された主燃料ガスの希薄混合気は、ピストン１１の上昇に伴って圧縮され、その一部が副室噴口１２を通って副室１内へ流入する。副室１内では、この主燃料ガスと副室燃料ガスが混合し、着火に適した濃度になる。
【００２１】
ピストン１１が圧縮上死点近傍に来た際、所望のタイミングで点火栓８を作動させ副室１内の混合気に点火すると、副室１内の混合気が燃焼し、燃焼火炎が副室噴口１２を通ってシリンダ１０へ噴出する。これによって、シリンダ１０内の希薄混合気、即ち、主燃料ガスは着火され、シリンダ１０内の主燃料ガス全体が燃焼に至る。この燃焼行程の後、排気行程によって燃焼したガスが排気ポート１３から排出される。
【００２２】
上述したような燃焼サイクルにおいて副室１に供給される副室燃料ガスの供給量Ｑは、点火栓温度センサー１９によって検知される点火栓８の温度Ｔ、および排気温度センサー２０によって検知される副室１内の失火率Ｘによって決定される。図３に、副室燃料ガスの供給量Ｑに対する点火栓温度Ｔおよび失火率Ｘの変化曲線の概略図を示す。図において、曲線Ｌ１は点火栓温度Ｔの変化で、供給量ＱがＱ０において点火栓温度Ｔのピークを示し、曲線Ｌ２は失火率Ｘの変化で、供給量Ｑが過剰時または不足時において失火率Ｘが上昇することを示している。
【００２３】
そして、点火栓温度Ｔが規定点火栓温度Ｔ０以下、かつ失火率Ｘが規定失火率Ｘ０以下となるように、供給量Ｑは下限値Ｑ１から上限値Ｑ２の間で制御される。つまり、供給量Ｑの下限値Ｑ１は規定点火栓温度Ｔ０で設定され、上限値Ｑ２は規定失火率Ｘ０で設定されるのである。従来は、失火率Ｘだけで供給量Ｑが制御されており、供給量Ｑは上限値Ｑ２と失火率Ｘによる下限値Ｑ３との間とされ、点火栓温度Ｔが異常に上昇するおそれがあった。
【００２４】
上述したように副室燃料ガスの供給量Ｑが制御されるので、副室１の内部の失火による問題の発生を防止することができると共に、点火栓８の温度Ｔが異常に上昇することを防止することができるので、副室式ガスエンジン１００を安全に運転できると共に、点火栓８の劣化を防止し、長時間において点火栓８を用いることができる。これにより、点火栓８の取り替え回数を低減させることができ、取り替えに必要なコストを削減させることができるだけでなく、長時間において効率的に副室式ガスエンジン１００を運転することができるので、運転コストを削減させることができる。
【００２５】
また、コントローラ１６は、点火栓温度センサー１９および排気温度センサー２０から入力された温度データの任意の一定時間の平均値に基づいて、可変面積オリフィス１７に制御信号を出力するので、突発的に点火栓８の温度Ｔが上昇しても誤作動することなく、より最適に副室燃料ガスの供給量Ｑを制御することができる。また、点火栓温度センサー１９は座金８ａに取り付けられているので、点火栓８が劣化して取り替えられた場合においても、座金８ａおよび点火栓温度センサー１９を引き続き使用することができ、副室式ガスエンジン１００の運転コストを削減させることができる。また、点火栓温度センサー１９に不具合が生じた場合に座金８ａごと取り替えることができ、容易に交換することができる。また、可変面積オリフィス１７を用いることにより、供給流路の断面における面積の調整操作を比較的簡単な構造で実現でき、かつ、精度よく面積調整をすることができる。
【００２６】
なお、本実施の形態において、温度検知手段である点火栓温度センサー１９は、座金８ａに取り付けられているが、座金８ａ以外の副室１の壁部１ａや、副室１の内部に取り付けられてもよく、点火栓８の温度を検知することができればよい。また、失火検知手段として排気温度センサー２０が用いられているが、シリンダ１０に設けられた圧力センサー、燃焼による発光を測定する光学センサー、副室式ガスエンジン１００の回転角速度を検出する角速度センサー、副室式ガスエンジン１００の出力変動を検出する出力センサー、または排気ガス中の燃料ガス濃度を測定する濃度センサーを用いて副室１の内部の失火を検出してもよい。
【００２７】
また、供給量調整手段としては、供給流路の断面積を操作する可変面積オリフィス１７を用いて説明を行ったが、供給流路の差圧を操作する可変差圧レギュレータ、または供給流路の開閉時間を操作する電磁弁を用いてもよい。可変差圧レギュレータを用いることにより、副室燃料ガスの供給量の調整範囲に幅を持たせることができ、電磁弁を用いることにより、吸気ポート７内の圧力や燃料ガスによる圧力に影響されることなく正確に副室燃料ガスの供給量を調整できる。また、複数のシリンダ１０を備えて構成される副室式ガスエンジン１００においては、各シリンダ１０ごとにコントローラ１６を設けて制御してもよく、複数のシリンダ１０を１台のコントローラ１６で制御してもよい。たとえば、１６個のシリンダ１０を備えて構成される副室式ガスエンジン１００において、４台のコントローラ１６を用いて、４個のシリンダ１０を１グループとして１台のコントローラ１６で制御してもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項１から請求項３に係る発明によれば、点火栓の温度を検知する温度検知手段と、温度検知手段で得られた温度の一定時間の平均値に基づいて燃料ガスの供給量を調整する供給量調整手段とを備え、温度検知手段により検知された温度が規定値を超える温度であった場合、供給量調整手段が燃料ガスの供給量を増大させるので、確実に最適な温度状態で点火栓を使用することができる。これにより、点火栓の劣化を抑制することができる。
【００２９】
請求項４から請求項６に係る発明によれば、温度検知手段によって点火栓の座金の温度、副室の壁部の温度、または副室の内部の温度を測定することで点火栓の温度を検知するので、点火栓の温度の異常な上昇を防止することができ、点火栓の劣化を抑制することができる。また、点火栓が劣化して取り替えられた場合においても、温度検知手段は各測定部位に取り付けられたまま使用することができる。また、座金に温度検知手段が取り付けられた場合には、温度検知手段に不具合が生じた時に容易に取り替えを行うことができる。また、副室の内部に温度検知手段が取り付けられた場合には、温度上昇を早く検知することができる。
【００３０】
請求項７に係る発明によれば、上述した供給量制御装置によって燃料ガスの供給量が調整され、点火栓の温度の異常な上昇を防止することができ、点火栓の劣化を防止することができるので、長時間において点火栓を使用することができ、点火栓の取り替え作業によるコストを削減できるだけでなく、副室式ガスエンジンを効率的に連続して運転することで運転コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態における副室式ガスエンジンの副室近傍を示した構成図である。
【図２】点火栓付近の断面図である。
【図３】燃料ガスの供給量Ｑに対する点火栓温度Ｔおよび失火率Ｘの変化曲線の概略図である。
【符号の説明】
１　副室
１ａ　壁部
６　燃料ガス供給量制御装置
８　点火栓
８ａ　座金
１７　可変面積オリフィス（供給量調整手段）
１９　点火栓温度センサー（温度検知手段）
１００　副室式ガスエンジン
【図１】
2004036424.tif 000003
【図２】
2004036424.tif 000004
【図３】
2004036424.tif 000005