(57)【要約】【課題】  主燃料ガスとして低発熱量のガスを用いる場合や、該主燃料ガスの燃料性状が時間によって変化する場合においても、エンジンの全運転域で安定的な着火燃焼が得られ、かつ該主燃料ガスの発熱量の変化に追従して高発熱量の補助燃料ガスの供給を制御可能として、主燃料ガスの発熱量が小さくあるいは発熱量が変動してもこれらに影響されることなく、安定的な着火燃焼を実現し得るガスエンジンにおける燃焼制御方法及び燃焼制御装置を提供する。【解決手段】  主燃料ガス通路を通して供給される主燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンの主燃焼室に導入するとともに、副室内に生成された着火火炎を前記主燃焼室内に噴出して前記主燃料ガスを着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおいて、前記副室内に前記主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスを連続的に供給して前記着火火炎を生成せしめることを特徴とする。【選択図】    図１
2005171975.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主燃料ガス通路を通して供給される主燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンの主燃焼室に導入するとともに、副室内に生成された着火火炎を前記主燃焼室内に噴出して前記主燃料ガスを着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおける燃焼制御方法において、前記副室内に前記主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスを連続的に供給して前記着火火炎を生成せしめることを特徴とするガスエンジンにおける燃焼制御方法。
【請求項２】
主燃料ガス通路を通して供給される主燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンの主燃焼室に導入するとともに、副室内に生成された着火火炎を前記主燃焼室内に噴出して前記主燃料ガスを着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおける燃焼制御方法において、前記主燃料ガスのガス分析を行ってこれの発熱量を求め、前記主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスを、該補助燃料ガスの供給量を前記主燃料ガスの発熱量が大きくなるに従い減少し該主燃料ガスの発熱量が小さくなるに従い増加して前記副室内に供給し、前記着火火炎を生成せしめることを特徴とするガスエンジンにおける燃焼制御方法。
【請求項３】
主燃料ガス通路を通して供給される主燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンの主燃焼室に導入するとともに、副室内に生成された着火火炎を前記主燃焼室内に噴出して前記主燃料ガスを着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおける燃焼制御方法において、前記主燃料ガスのガス分析を行ってこれの発熱量を求め、前記主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスを、該補助燃料ガスの供給圧力を前記主燃料ガスの発熱量が大きくなるに従い低下させ該主燃料ガスの発熱量が小さくなるに従い上昇させて前記副室内に供給し、前記着火火炎を生成せしめることを特徴とするガスエンジンにおける燃焼制御方法。
【請求項４】
前記補助燃料ガスを前記副室内に連続的に供給することを特徴とする請求項２または３のいずれかの項に記載のガスエンジンにおける燃焼制御方法。
【請求項５】
主燃料ガス通路を通して供給される主燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンの主燃焼室に導入するとともに、副室内に生成された着火火炎を前記主燃焼室内に噴出して前記主燃料ガスを着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおける燃焼制御方法において、前記副室内に前記主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスを供給するとともに、前記エンジンの筒内圧力を検出して該筒内圧力の検出値に基づき燃焼異常の有無を判断し、該燃焼異常の判断結果に従い前記補助燃料ガスの供給量を調整することを特徴とするガスエンジンにおける燃焼制御方法。
【請求項６】
前記筒内圧力の検出値に基づき筒内最高圧力を検出するとともに、失火の有無、消炎の有無、及びノッキングの有無を検知し、前記筒内最高圧力の低下、または失火の発生、または消炎の発生のいずれかを検知したときは前記補助燃料ガスの供給量を増加し、前記筒内最高圧力の過昇、またはノッキングの発生のいずれかを検知したときは前記補助燃料ガスの供給量を減少することを特徴とする請求項５記載のガスエンジンにおける燃焼制御方法。
【請求項７】
主燃料ガス通路を通して供給される主燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンの主燃焼室に導入するとともに、副室内に生成された着火火炎を前記主燃焼室内に噴出して前記主燃料ガスを着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおいて、前記副室に接続されて該副室内に前記主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスを供給する補助燃料ガス通路と、該補助燃料ガス通路を開閉する補助燃料ガス供給弁と、前記副室内に前記補助燃料ガスを連続的に供給するように前記補助燃料ガス供給弁を開閉制御するコントローラとを備えたことを特徴とするガスエンジンの燃焼制御装置。
【請求項８】
主燃料ガス通路を通して供給される主燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンの主燃焼室に導入するとともに、副室内に生成された着火火炎を前記主燃焼室内に噴出して前記主燃料ガスを着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおいて、前記副室に接続されて該副室内に前記主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスを供給する補助燃料ガス通路と、該補助燃料ガス通路の通路面積を調整する補助燃料ガス供給弁と、前記主燃料ガスのガス分析を行い該主燃料ガスの発熱量を検出するガス分析装置と、該ガス分析装置から入力される主燃料ガスの発熱量に基づき前記補助燃料ガスの供給量を算出し、該主燃料ガスの発熱量が大きくなるに従い補助燃料ガスの供給量を減少し該主燃料ガスの発熱量が小さくなるに従い補助燃料ガスの供給量を増加するように前記補助燃料ガス供給弁を制御操作するコントローラとを備えたことを特徴とするガスエンジンの燃焼制御装置。
【請求項９】
主燃料ガス通路を通して供給される主燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンの主燃焼室に導入するとともに、副室内に生成された着火火炎を前記主燃焼室内に噴出して前記主燃料ガスを着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおいて、前記副室に接続されて該副室内に前記主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスを供給する補助燃料ガス通路と、該補助燃料ガス通路の通路面積を調整する補助燃料ガス供給弁と、前記主燃料ガスのガス分析を行い該主燃料ガスの発熱量を検出するガス分析装置と、該ガス分析装置から入力される主燃料ガスの発熱量に基づき前記補助燃料ガスの供給圧力を算出し、該主燃料ガスの発熱量が大きくなるに従い該補助燃料ガスの供給圧力が低下し該主燃料ガスの発熱量が小さくなるに従い補助燃料ガスの供給圧力が上昇するように前記補助燃料ガス供給弁を制御操作するコントローラとを備えたことを特徴とするガスエンジンの燃焼制御装置。
【請求項１０】
主燃料ガス通路を通して供給される主燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンの主燃焼室に導入するとともに、副室内に生成された着火火炎を前記主燃焼室内に噴出して前記主燃料ガスを着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおいて、前記副室に接続されて該副室内に前記主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスを供給する補助燃料ガス通路と、該補助燃料ガス通路の通路面積を調整する補助燃料ガス供給弁と、前記エンジンの筒内圧力を検出する筒内圧力検出器と、該筒内圧力の検出値に基づき筒内最高圧力を検出するとともに、失火の有無、消炎の有無、及びノッキングの有無等の燃焼状態を診断する燃焼診断装置と、該燃焼診断装置から入力される燃焼状態診断結果に基づき前記補助燃料ガスの供給量を算出し、前記燃焼状態診断結果において前記筒内最高圧力の低下、または失火の発生、または消炎の発生のいずれかが検知されたときは前記補助燃料ガスの供給量を増加し、前記筒内最高圧力の過昇、またはノッキングの発生のいずれかが検知されたときは前記補助燃料ガスの供給量を減少するように前記補助燃料ガス供給弁を制御操作するコントローラとを備えたことを特徴とするガスエンジンの燃焼制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジンに適用され、主燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスからなる給気をエンジンの主燃焼室に導入するとともに、副室内に生成された着火火炎を主燃焼室内に噴出して主燃料ガスを着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおける燃焼制御方法及び燃焼制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
希薄燃焼ガスエンジンにおいては、主燃料ガスと空気とを所要の空燃比に制御して混合し、この混合ガスを給気管を通して、エンジンの燃焼室に供給している。
かかるガスエンジンのうち、燃料の発熱量（カロリー）が低く、かつ該発熱量の変動があるガスを主燃料ガスとするエンジンにおいては、かかる低発熱量の主燃料ガスを起動時から高負荷運転時の全運転域において安定的に着火燃焼させるとともに、失火、消炎、ノッキング等の異常燃焼を回避した安定運転をすることが要求される。
【０００３】
前記のような、発熱量が低くかつ該発熱量が変動する燃料ガスを用いたガスエンジンの燃焼制御システムの１つとして、特許文献１（特開平９−３２７０８号公報）の技術が提供されている。
かかる技術においては、着火性が良好でないメタンを主成分とする主燃料ガスを用い、副室を備えたトーチ点火式希薄燃焼ガスエンジンにおいて、該エンジンの起動時に、副室に接続される補助燃料ガス通路から、プロパン、ブタン等の着火性の良好な補助燃料ガスを前記副室に供給して、該副室において該補助燃料ガスによる着火火炎を生成し、該着火火炎を主燃焼室内に噴出せしめて、着火性が良好でないメタンを主成分とする主燃料ガスを、特に着火条件の悪い起動時においても良好な着火性能を保持するように構成されている。
【０００４】
【特許文献１】特開平９−３２７０８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
希薄混合比の主燃料ガスを主燃焼室内において安定的に着火燃焼させるには、副室内に高発熱量のガスを供給して点火装置、パイロット燃料噴射弁等の着火手段によって着火せしめ、このトーチ着火火炎を主燃焼室内に噴出して主燃料ガスを着火燃焼することを要する。
しかるに、主燃料ガスとして消化ガス、廃棄物ガス等のように低発熱量のガスを用いる場合や該主燃料ガスの燃料性状が時間によって変化する場合には、前記各々の燃料によって副室内における燃焼状態が変化して、安定したトーチ着火火炎が得られず、このため主燃焼室内における燃焼状態が不安定になり易い。
【０００６】
そこで、前記特許文献１（特開平９−３２７０８号公報）の技術においては、エンジンの起動時に、プロパン、ブタン等の着火性の良好な補助燃料ガスを副室に供給して、該副室において補助燃料ガスによるトーチ着火火炎を生成し、該トーチ着火火炎を主燃焼室内に噴出して主燃料ガスを着火燃焼せしめることにより、特に着火条件の悪い起動時においても良好な着火性能を保持するようにしている。
しかしながら、前記主燃料ガスとして消化ガス、廃棄物ガス等のように低発熱量のガスを用いる場合や、該主燃料ガスの燃料性状が時間によって変化する場合には、前記特許文献１のように、起動時に高発熱量のガスを副室内に供給するのみでは、エンジンの全運転域で安定的な着火燃焼は得られ難い。
【０００７】
従って、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、主燃料ガスとして低発熱量のガスを用いる場合や、該主燃料ガスの燃料性状が時間によって変化する場合においても、エンジンの全運転域で安定的な着火燃焼が得られ、かつ該主燃料ガスの発熱量の変化に追従して高発熱量の補助燃料ガスの供給を制御可能として、主燃料ガスの発熱量が小さくあるいは発熱量が変動してもこれらに影響されることなく、安定的な着火燃焼を実現し得るガスエンジンにおける燃焼制御方法及び燃焼制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明はかかる目的を達成するもので、主燃料ガス通路を通して供給される主燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンの主燃焼室に導入するとともに、副室内に生成された着火火炎を前記主燃焼室内に噴出して前記主燃料ガスを着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおける燃焼制御方法において、前記副室内に前記主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスを連続的に供給して前記着火火炎を生成せしめることを特徴とする。
【０００９】
また本発明は、前記のようなガスエンジンにおける燃焼制御方法を実施する装置として、主燃料ガス通路を通して供給される主燃料ガスと空気とを混合し、この混合ガスからなる給気を給気通路を通してエンジンの主燃焼室に導入するとともに、副室内に生成された着火火炎を前記主燃焼室内に噴出して前記主燃料ガスを着火燃焼するように構成されたガスエンジンにおいて、前記副室に接続されて該副室内に前記主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスを供給する補助燃料ガス通路と、該補助燃料ガス通路を開閉する補助燃料ガス供給弁と、前記副室内に前記補助燃料ガスを連続的に供給するように前記補助燃料ガス供給弁を開閉制御するコントローラとを備えたことを特徴とするガスエンジンの燃焼制御装置を提案する。
【００１０】
希薄混合比の主燃料ガスを主燃焼室内において安定的に着火燃焼させるには、前記従来技術のように、副室内に高発熱量のガスを供給して点火装置、パイロット燃料噴射弁等の着火手段によって着火せしめ、この着火火炎を前記主燃焼室内に噴出して前記主燃料ガスを着火燃焼することを要するが、消化ガス、廃棄物ガス等のように低発熱量のガスを用いる場合には、前記のように、起動時等の着火燃焼条件の悪い運転域で副室内に高発熱量のガスを供給するのみでは、全運転域で安定的な着火燃焼は得られ難い。
【００１１】
然るにかかる発明によれば、主燃料ガスよりも発熱量の大きい高発熱量の補助燃料ガスを、起動時から負荷運転までの全運転域において、補助燃料ガス通路を通して副室内に連続的に供給し、点火装置、パイロット燃料噴射弁等の着火手段によって該補助燃料ガスに着火せしめるように構成したので、主燃料ガスに前記のように低発熱量のガスを用いる場合でも、起動時を含む全運転域において、副室内に高発熱量の補助燃料ガスを常時供給して該補助燃料ガスを安定着火せしめ強い着火火炎を生成して主燃焼室内の主燃料ガスを着火燃焼せしめることができる。これにより、全運転域において安定的な着火燃焼を実現できる。
【００１２】
また、本発明は、前記ガスエンジンにおける燃焼制御方法において、主燃料ガスのガス分析を行ってこれの発熱量を求め、前記主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスを、該補助燃料ガスの供給量を前記主燃料ガスの発熱量が大きくなるに従い減少し該主燃料ガスの発熱量が小さくなるに従い増加して前記副室内に供給し、前記着火火炎を生成せしめることを特徴とする。
【００１３】
そして、前記のようなガスエンジンにおける燃焼制御方法を実施する装置として、ガスエンジンの燃焼制御装置において、前記副室に接続されて該副室内に前記主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスを供給する補助燃料ガス通路と、該補助燃料ガス通路の通路面積を調整する補助燃料ガス供給弁と、前記主燃料ガスのガス分析を行い該主燃料ガスの発熱量を検出するガス分析装置と、該ガス分析装置から入力される主燃料ガスの発熱量に基づき前記補助燃料ガスの供給量を算出し、該主燃料ガスの発熱量が大きくなるに従い補助燃料ガスの供給量を減少し該主燃料ガスの発熱量が小さくなるに従い補助燃料ガスの供給量を増加するように前記補助燃料ガス供給弁を制御操作するコントローラとを備えたことを特徴とする装置を提案供する。
【００１４】
また、前記装置において、前記コントローラを、前記ガス分析装置から入力される主燃料ガスの発熱量に基づき前記補助燃料ガスの供給圧力を算出し、該主燃料ガスの発熱量が大きくなるに従い該補助燃料ガスの供給圧力が低下し該主燃料ガスの発熱量が小さくなるに従い補助燃料ガスの供給圧力が上昇するように前記補助燃料ガス供給弁を制御操作するように構成する。
【００１５】
かかる発明によれば、ガス分析装置により主燃料ガスのガス分析を行って該主燃料ガスの発熱量を検出し、コントローラにおいて、前記主燃料ガスの発熱量に適合する補助燃料ガスの供給量、あるいは前記主燃料ガスの発熱量に適合する補助燃料ガスの供給圧力を算出し、前記主燃料ガスの発熱量が大きくなるに従い前記補助燃料ガスの供給量を減少しあるいは補助燃料ガスの供給圧力を低下し、かつ該主燃料ガスの発熱量が小さくなるに従い前記補助燃料ガスの供給量を増加しあるいは補助燃料ガスの供給圧力を上昇するように、補助燃料ガス供給弁の開度を制御操作するので、主燃料ガスに前記のような低発熱量のガスを用いる場合のように該主燃料ガスの低発熱量が小さくなった場合でも、該主燃料ガスの発熱量の低下に追従して高発熱量の補助燃料ガスの供給量を増加しあるいはこれの供給圧力を上昇せしめることにより、副室内に生成される補助燃料ガスによる着火火炎の着火エネルギーが増大して主燃焼室内における主燃料ガスの着火燃焼を促進することが可能となる。
【００１６】
これにより、主燃料ガスの発熱量が小さくあるいは該主燃料ガスの組成変化等によりこれの発熱量が変動しても、これらに影響されることなく、安定的な着火燃焼を実現することができる。
一方、前記主燃料ガスの発熱量が大きくなった場合には、該発熱量の増大に追従して前記補助燃料ガスの供給量を減少しあるいはこれの供給圧力を低下せしめることにより、前記補助燃料ガスのガス供給量を必要最小限に抑えることができる。
【００１７】
また、本発明は、前記ガスエンジンにおける燃焼制御方法において、副室内に主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスを供給するとともに、エンジンの筒内圧力を検出して該筒内圧力の検出値に基づき燃焼異常の有無を判断し、該燃焼異常の判断結果に従い前記補助燃料ガスの供給量を調整することを特徴とする。
かかる発明において好ましくは、前記筒内圧力の検出値に基づき筒内最高圧力を検出するとともに、失火の有無、消炎の有無、及びノッキングの有無を検知し、前記筒内最高圧力の低下、または失火の発生、または消炎の発生のいずれかを検知したときは前記補助燃料ガスの供給量を増加し、前記筒内最高圧力の過昇、またはノッキングの発生のいずれかを検知したときは前記補助燃料ガスの供給量を減少する。
【００１８】
そして、前記のようなガスエンジンにおける燃焼制御方法を実施する装置として、ガスエンジンの燃焼制御装置において、前記副室に接続されて該副室内に前記主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスを供給する補助燃料ガス通路と、該補助燃料ガス通路の通路面積を調整する補助燃料ガス供給弁と、前記エンジンの筒内圧力を検出する筒内圧力検出器と、該筒内圧力の検出値に基づき筒内最高圧力を検出するとともに、失火の有無、消炎の有無、及びノッキングの有無等の燃焼状態を診断する燃焼診断装置と、該燃焼診断装置から入力される燃焼状態診断結果に基づき前記補助燃料ガスの供給量を算出し、前記燃焼状態診断結果において前記筒内最高圧力の低下、または失火の発生、または消炎の発生のいずれかが検知されたときは前記補助燃料ガスの供給量を増加し、前記筒内最高圧力の過昇、またはノッキングの発生のいずれかが検知されたときは前記補助燃料ガスの供給量を減少するように前記補助燃料ガス供給弁を制御操作するコントローラとを備えたことを特徴とする。
【００１９】
かかる発明によれば、燃焼診断装置において筒内圧力の検出値に基づき、筒内最高圧力を検出するとともに、失火の有無、消炎の有無、及びノッキングの有無等の燃焼状態を診断し、コントローラにおいて、前記燃焼診断装置における燃焼診断結果に基づき補助燃料ガスの供給量を変化させて、前記筒内最高圧力の低下、または失火の発生、または消炎の発生のいずれかが検知されたときは前記補助燃料ガスの供給量を増加せしめるように補助燃料ガス供給弁の開度を制御操作するので、筒内最高圧力の低下、失火の発生、消炎の発生等の燃焼不良発生時には即座に補助燃料ガスの供給量を増加することにより、燃焼状態をかかる燃焼不良から回復することができる。
【００２０】
また、前記筒内最高圧力の過昇、ノッキングの発生等の過大な筒内圧力となる過剰燃焼が検知されたときは、前記補助燃料ガスの供給量を減少せしめるように補助燃料ガス供給弁の開度を制御操作するので、筒内最高圧力の過昇、ノッキングの発生等の過剰燃焼発生時には即座に補助燃料ガスの供給量を減少することにより、燃焼状態をかかる過剰燃焼から回復することができる。
【００２１】
従って、かかる発明によれば、筒内最高圧力の低下、失火の発生、消炎の発生等の燃焼不良の発生時、あるいは筒内最高圧力の過昇、ノッキングの発生等の過大な筒内圧力となる過剰燃焼の発生時のような異常燃焼発生時には、かかる異常燃焼の発生の即座に対応して補助燃料ガスの供給量を増加あるいは減少して安定燃焼を維持することができる。
【発明の効果】
【００２２】
本発明によれば、主燃料ガスよりも発熱量の大きい高発熱量の補助燃料ガスを、起動時から負荷運転までの全運転域において、補助燃料ガス通路を通して副室内に連続的に供給して、該補助燃料ガスに着火せしめるように構成したので、主燃料ガスに低発熱量のガスを用いる場合でも、起動時を含む全運転域において、副室内に高発熱量の補助燃料ガスを常時供給して該補助燃料ガスを着火燃焼せしめることができる。
【００２３】
また、本発明によれば、主燃料ガスに低発熱量のガスを用いる場合のように該主燃料ガスの低発熱量が小さくなった場合でも、該主燃料ガスの発熱量の低下に追従して高発熱量の補助燃料ガスの供給量を増加しあるいはこれの供給圧力を上昇せしめることにより、副室内に生成される補助燃料ガスによる着火火炎の着火エネルギーが増大して主燃焼室内における主燃料ガスの着火燃焼を促進することが可能となる。
これにより、主燃料ガスの発熱量が小さくあるいは該主燃料ガスの組成変化等によりこれの発熱量が変動しても、これらに影響されることなく、安定的な着火燃焼を実現することができる。
一方、前記主燃料ガスの発熱量が大きくなった場合には、該発熱量の増大に追従して前記補助燃料ガスの供給量を減少しあるいはこれの供給圧力を低下せしめることにより、前記補助燃料ガスのガス供給量を必要最小限に抑えることができる。
【００２４】
また本発明によれば、筒内最高圧力の低下、失火の発生、消炎の発生等の燃焼不良の発生時、あるいは筒内最高圧力の過昇、ノッキングの発生等の過大な筒内圧力となる過剰燃焼の発生時のような異常燃焼発生時には、かかる異常燃焼の発生の即座に対応して補助燃料ガスの供給量を増加あるいは減少して安定燃焼を維持することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
【００２６】
図１は本発明の第１実施例に係るガスエンジンの燃焼制御装置の全体構成図である。図２は前記第１実施例における補助燃料ガス量にタイミングチャート、図３は第１実施例における主燃料ガス発熱量と補助燃料ガス流量との関係線図、図４は前記第１実施例における主燃料ガス発熱量と補助燃料ガス圧力との関係線図である。図５は本発明の第２実施例に係るガスエンジンの燃焼制御装置の全体構成図である。図６は前記第２実施例における補助燃料ガス量の筒内最高圧力に関するタイミングチャート、図７は前記第２実施例における補助燃料ガス量の失火及び消炎に関するタイミングチャート、図８は前記第２実施例における補助燃料ガス量のノッキングに関するタイミングチャートである。
【００２７】
本発明の第１実施例を示す図１において、１００はエンジン（ガスエンジン）、１０１は該エンジン１００のピストン、１０２はクランク軸、１０３は主燃焼室、１０４は給気ポート、１０５は該給気ポート１０４を開閉する給気弁、１０６は排気ポート、１０７は該排気ポート１０６を開閉する排気弁、１０８は前記主燃焼室１０３に連絡孔１０８ａを介して連通される副室、１０９は該副室１０８内に着火用のパイロット液体燃料（軽油）を噴射するパイロット燃料噴射弁である。
【００２８】
２０は主燃料ガスタンク（図示省略）から主燃料ガスが導入される主燃料ガス管である。１は主燃料ガス供給制御弁で、前記主燃料ガス管２０からの主燃料ガスを給気ポート１０４内に噴出せしめるものである。前記主燃料ガス管２０には、消化ガス、廃棄物ガス等の低発熱量の主燃料ガスが導入され、前記主燃料ガス供給制御弁１から噴射量を調整されて前記給気ポート１０４内に噴出せしめられるようになっている。
【００２９】
２１は補助燃料ガスタンク（図示省略）から補助燃料ガスが導入される補助燃料ガス管で、後述する補助燃料ガス供給制御弁４を介して前記副室１０８に接続されている。４は補助燃料ガス供給制御弁で、後述するコントローラ３に制御操作されて、前記補助燃料ガス管２１の管路を開閉するとともに該管路の通路面積を調整するものである。５は補助燃料ガス管２１に介装された逆止弁で、前記副室１０８側に向かうガスの流れのみを許容するものである。
【００３０】
６は前記補助燃料ガス管２１に取り付けられて補助燃料ガスの流量を計測する流量計である。７はガス圧力センサで、前記補助燃料ガス管２１の前記補助燃料ガス供給制御弁４の下流側に取り付けられて該補助燃料ガスのガス圧力を検出するものである。
２はガス分析装置で、前記主燃料ガス管２０を流れる主燃料ガスを抽出してガス分析を行い該主燃料ガスの発熱量を検出するもので、熱量計、比重計等が用いられる。
３はコントローラで、前記流量計６からの補助燃料ガスの流量計測値、ガス圧力センサ７からの補助燃料ガスのガス圧力検出値、及び前記ガス分析装置２からの主燃料ガスの発熱量検出値は該コントローラ３に入力され、該コントローラ３はこれらの検出値に基づき、後述するような制御操作を行う。
【００３１】
次に、かかる構成からなるガスエンジンにおける燃焼制御装置の動作を説明する。
主燃料ガス管２０から供給される消化ガス、廃棄物ガス等の低発熱量の主燃料ガスは、前記主燃料ガス供給制御弁１から前記給気ポート１０４内を流れる空気中に噴射され、該空気と混合して希薄混合比の混合ガスからなる給気となって、給気弁１０５の開弁とともに前記主燃焼室１０３内に供給される。
一方、前記主燃料ガスよりも発熱量の大きい補助燃料ガスは、補助燃料ガス管２１を通り、補助燃料ガス供給制御弁４において流量を調整された後、逆止弁５を通り、副室１０８内に供給される。該副室１０８内においては、圧縮行程中に主燃焼室１０３から連絡孔１０８ａを通って流入したガス及び前記補助燃料ガス管２１中に、前記パイロット燃料噴射弁１０９によりパイロット液体燃料が噴射されてトーチ着火火炎が生成される。そして、このトーチ着火火炎が前記連絡孔１０８ａを通して前記主燃焼室１０３内の希薄混合ガス中に噴出せしめられて、該希薄混合ガスが燃焼せしめられる。
【００３２】
本発明の第１実施例においては、前記コントローラ３によって前記補助燃料ガス供給制御弁４を開閉制御して、図２にＡ線で示されるように、エンジンの起動時から負荷運転までの全運転域で、主燃焼室１０３内の主燃料ガス（低発熱量の前記主燃料ガス）よりも発熱量の大きい補助燃料ガスを前記副室１０８内に連続的に噴出せしめる。
【００３３】
主燃料ガスに、消化ガス、廃棄物ガス等の低発熱量のガスを用いる場合には、図２のＢ線に示される従来技術のように、起動時に副室１０８内に高発熱量の補助燃料ガスを供給するのみでは、全運転域で安定的な着火燃焼は得られ難い。
然るにかかる実施例によれば、低発熱量の主燃料ガスよりも発熱量の大きい高発熱量の補助燃料ガスを、起動時から負荷運転までの全運転域において、補助燃料ガス管２１を通して副室１０８内に連続的に供給し、パイロット燃料噴射弁１０９によって該補助燃料ガスに着火せしめるように構成したので、主燃料ガスに低発熱量のガスを用いる場合でも、起動時を含む全運転域において、副室１０８内に高発熱量の補助燃料ガスを常時供給して該補助燃料ガスを安定着火せしめて強い着火火炎を生成して主燃焼室１０３内の主燃料ガスを着火燃焼せしめることができる。これにより、全運転域において安定的な着火燃焼を実現できる。
【００３４】
また、かかる第１実施例において、前記ガス分析装置２においては、前記主燃料ガス管２０を流れる主燃料ガスを抽出してガス分析を行い該主燃料ガスの発熱量を検出して、該発熱量の検出値を前記コントローラ３に入力する。
一方、前記コントローラ３には、前記流量計６からの補助燃料ガスの流量計測値、及び前記ガス圧力センサ７からの補助燃料ガスのガス圧力検出値が入力されている。そして、該コントローラ３はこれらの検出値に基づき、次のような制御操作を行う。
【００３５】
即ち、該コントローラにおいては、実験あるいはシミュレーション計算によって、前記主燃料ガスの発熱量と補助燃料ガスの供給量との関係、及び前記主燃料ガスの発熱量と補助燃料ガスの供給圧力との関係が設定されている。
前記主燃料ガスの発熱量と補助燃料ガスの供給量との関係は、図３に示されるように、該主燃料ガスの発熱量が大きくなるに従い補助燃料ガスの供給量を減少し該主燃料ガスの発熱量が小さくなるに従い補助燃料ガスの供給量を増加するように設定されている。
また、前記主燃料ガスの発熱量と補助燃料ガスの供給圧力との関係は、図４に示されるように、該主燃料ガスの発熱量が大きくなるに従い該補助燃料ガスの供給圧力が低下し該主燃料ガスの発熱量が小さくなるに従い補助燃料ガスの供給圧力が上昇するように設定されている。
【００３６】
そして、前記コントローラ３においては、前記ガス分析装置２にて検出された主燃料ガスの発熱量に対応する補助燃料ガスの供給量（補助燃料ガス流量）のガス供給量目標値を図３の設定線図から求め、前記流量計６からの補助燃料ガスの流量計測値が前記目標値になるように前記補助燃料ガス供給制御弁４の開度を調整する。これにより、前記副室１０８への補助燃料ガス供給量は前記ガス供給量目標値に制御される。
また、前記コントローラ３においては、前記ガス分析装置２にて検出された主燃料ガスの発熱量に対応する補助燃料ガス圧力（補助燃料ガス流量）のガス圧力目標値を図４の設定線図から求め、前記ガス圧力センサ７からの補助燃料ガス圧力検出値が前記目標値になるように前記補助燃料ガス供給制御弁４の開度を調整する。これにより、前記副室１０８への補助燃料ガス圧力は前記ガス圧力目標値に制御される。
【００３７】
従ってかかる実施例によれば、前記コントローラ３により、主燃料ガスの発熱量に適合する補助燃料ガスの供給量、あるいは前記主燃料ガスの発熱量に適合する補助燃料ガスの供給圧力を算出し、主燃料ガスの発熱量が大きくなるに従い補助燃料ガスの供給量を減少しあるいは該補助燃料ガスの供給圧力を低下し、かつ該主燃料ガスの発熱量が小さくなるに従い補助燃料ガスの供給量を増加しあるいは該補助燃料ガスの供給圧力を上昇するように、前記補助燃料ガス供給弁４の開度を制御操作するので、主燃料ガスに消化ガス、廃棄物ガス等の低発熱量のガスを用いる場合のように該主燃料ガスの低発熱量が小さくなった場合でも、該主燃料ガスの発熱量の低下に追従して高発熱量の補助燃料ガスの供給量を増加しあるいはこれの供給圧力を上昇せしめることにより、副室１０８内に生成される補助燃料ガスによる着火火炎の着火エネルギーが増大して主燃焼室１０３内における主燃料ガスの着火燃焼を促進することが可能となる。
【００３８】
これにより、主燃料ガスの発熱量が小さくあるいは該主燃料ガスの組成変化等によりこれの発熱量が変動しても、これらに影響されることなく、安定的な着火燃焼を実現することができる。
一方、前記主燃料ガスの発熱量が大きくなった場合には、該発熱量の増大に追従して前記補助燃料ガスの供給量を減少しあるいはこれの供給圧力を低下せしめることにより、前記補助燃料ガスのガス供給量を必要最小限に抑えることが可能となる。
【００３９】
次に、図５ないし図８に示される本発明の第２実施例において、１０は前記エンジン１００の筒内圧力を検出する筒内圧力検出器で、該筒内圧力検出器１０からの筒内圧力の検出値は燃焼診断装置１１に入力される。
該燃焼診断装置１１においては、前記筒内圧力の検出値に基づき筒内最高圧力Ｐｍａｘを検出するとともに、失火の有無、消炎の有無、及びノッキングの有無等の燃焼状態を診断する。そして、該燃焼診断装置１１における前記筒最高圧力Ｐｍａｘの検出値、失火の有無、消炎の有無、及びノッキングの有無等の燃焼状態の診断結果は、前記コントローラ３に入力される。
【００４０】
該コントローラ３においては、図６に示されるように、前記燃焼診断装置１１から筒内最高圧力Ｐｍａｘの低下の診断結果が入力されたときは、前記補助燃料ガス制御弁４の開度を大きくし、補助燃料ガスの供給量を増加せしめて着火燃焼性を上昇せしめ、前記筒内最高圧力Ｐｍａｘの過昇の診断結果が入力されたときは、前記補助燃料ガス制御弁４の開度を小さくし、補助燃料ガスの供給量を減少せしめて着火燃焼性を抑制する。
また、該コントローラ３においては、図７に示されるように、前記燃焼診断装置１１から失火発生の診断結果が入力されたとき、あるいは消炎発生の診断結果が入力されたときは、前記補助燃料ガス制御弁４の開度を大きくし、補助燃料ガスの供給量を増加せしめて着火燃焼性を上昇せしめる。
さらに、該コントローラ３においては、図８に示されるように、前記燃焼診断装置１１からノッキング発生の診断結果が入力されたときは、前記補助燃料ガス制御弁４の開度を小さくし、補助燃料ガスの供給量を減少せしめて着火燃焼性を抑制する。
【００４１】
かかる第２実施例によれば、コントローラ３において、燃焼診断装置１１における燃焼診断結果に基づき補助燃料ガスの供給量を変化させて、前記筒内最高圧力Ｐｍａｘの低下、または失火の発生、または消炎の発生のいずれかが検知されたときは前記補助燃料ガスの供給量を増加せしめるように補助燃料ガス供給弁４の開度を制御操作するので、筒内最高圧力Ｐｍａｘの低下、失火の発生、消炎の発生等の燃焼不良発生時には即座に補助燃料ガスの供給量を増加することにより、燃焼状態をかかる燃焼不良から回復することができる。
また、前記筒内最高圧力Ｐｍａｘの過昇、ノッキングの発生等の過大な筒内圧力となる過剰燃焼が検知されたときは、前記コントローラ３により、前記補助燃料ガスの供給量を減少せしめるように補助燃料ガス供給弁４の開度を制御操作するので、筒内最高圧力Ｐｍａｘの過昇、ノッキングの発生等の過剰燃焼発生時には即座に補助燃料ガスの供給量を減少することにより、燃焼状態をかかる過剰燃焼から回復することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４２】
本発明によれば、主燃料ガスとして低発熱量のガスを用いる場合や、該主燃料ガスの燃料性状が時間によって変化する場合においても、エンジンの全運転域で安定的な着火燃焼を得ることができ、かつ該主燃料ガスの発熱量の変化に追従して高発熱量の補助燃料ガスの供給が制御可能となり、主燃料ガスの発熱量が小さくあるいは発熱量が変動してもこれらに影響されることなく、安定的な着火燃焼をなし得るガスエンジンを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の第１実施例に係るガスエンジンの燃焼制御装置の全体構成図である。
【図２】前記第１実施例における補助燃料ガス量にタイミングチャートである。
【図３】前記第１実施例における主燃料ガス発熱量と補助燃料ガス流量との関係線図である。
【図４】前記第１実施例における主燃料ガス発熱量と補助燃料ガス圧力との関係線図である。
【図５】本発明の第２実施例に係るガスエンジンの燃焼制御装置の全体構成図である。
【図６】前記第２実施例における補助燃料ガス量の筒内最高圧力に関するタイミングチャートである。
【図７】前記第２実施例における補助燃料ガス量の失火及び消炎に関するタイミングチャートである。
【図８】前記第２実施例における補助燃料ガス量のノッキングに関するタイミングチャートである。
【符号の説明】
【００４４】
１    主燃料ガス供給制御弁
２    ガス分析装置
３    コントローラ
４    補助燃料ガス供給制御弁
６    流量計
７    ガス圧力センサ
１０    筒内圧力検出器
１１    燃焼診断装置
２０    主燃料ガス管
２１    補助燃料ガス管
１００    エンジン（ガスエンジン）
１０３    主燃焼室、
１０４    給気ポート
１０５    給気弁
１０８    副室
１０９    パイロット燃料噴射弁
【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】
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【図７】
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【図８】
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