(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
液化ガス供給路を介して供給される液化ガス燃料を気化させる気化器と、気化されたガス燃料の圧力を調整する圧力調整器と、この調圧されたガス燃料をエンジンに設けられたミキサに供給するガス燃料供給装置において、
前記液化ガス供給路を分岐して第１および第２の供給路を形成するとともに、
前記第１の供給路には、前記エンジンの停止中に該第１の液化ガス供給路を遮断し、エンジンの回転に伴うエンジン内の圧力変化に応動して遮断を解除する第１のガス遮断弁を設け、
前記第２の供給路には、前記エンジンの停止中は該第２の供給路を遮断し、前記エンジンで駆動される発電機の発電出力で励磁されて遮断を解除する第２のガス遮断弁を設けたことを特徴とするガス燃料供給装置。
【請求項２】
前記発電機の出力電圧を検出する電圧検出手段と、
前記電圧検出手段で検出された前記出力電圧が設定電圧値以上では前記第２のガス遮断弁の遮断を解除し、該出力電圧が前記設定電圧値以下では前記第２のガス遮断弁を遮断する遮断弁制御手段とを備えたことを特徴とする請求項１記載のガス燃料供給装置。
【請求項３】
前記第１のガス遮断弁が、ピストンの往復動によってエンジンのクランク室内に発生する脈動で作動するように構成されたことを特徴とする請求項１または２記載のガス燃料供給装置。
【請求項４】
前記液化ガス燃料を加熱する電気加熱手段を設け、この電気加熱手段にバッテリの出力と前記発電機の整流出力とを接続する回路を形成し、
前記設定電圧値が、前記バッテリの出力電圧値以上に設定されていて、前記発電機の出力電圧よりも前記バッテリの出力電圧値の方が高い発電開始当初は、前記電気加熱手段が前記バッテリの出力電圧で動作し、前記発電機の出力電圧が前記バッテリの出力電圧を上回ると、前記バッテリからの電流が遮断され、前記電気加熱手段が発電機の出力電圧で動作するための閾値でもあることを特徴とする請求項２記載のガス燃料供給装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガス燃料供給装置に関し、特に、液化ガス供給路を介して供給される液化ガスを圧力調整器内で気化させて圧力調整した状態でガスエンジンに供給するガス燃料供給装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ブタンガス等の液化石油ガスが火花点火式エンジンの燃料として使用されている。そして、この燃料を吸気管路に噴射してエンジンに供給するに際しては、燃料を液体状態でなく、所定正圧で調圧気化して噴射させるのが一般的である。しかし、停止状態のときに調圧器内の液体燃料が浸入して始動時にその液体のままの燃料を含んだ状態で吸気管路へ燃料が噴射されてしまうことがあり、そのような場合混合気が過濃になってエンジンの始動不良や運転不調を発生する場合がある。
【０００３】
そこで、液化ガス供給路上にエンジン停止時には供給路を遮断する遮断弁を設けておき、エンジン始動操作時はこの遮断弁を開放することにより、エンジン運転中にのみ液化ガスの供給が行われるようにした液化ガス供給装置が提案されている（特開２００２−７０６５２号公報）。
【特許文献１】特開２００２−７０６５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記特許文献１に記載されたような液化ガス供給装置では、前記遮断弁として電磁弁を使用することが多いので、バッテリを常備していないガスエンジンに適用することはできない。また、仮にバッテリを備えていたとしても、バッテリが充電不足の場合は遮断弁の開閉ができないので、常にバッテリの充電状態に気を配らなければならないという解決すべき課題があった。
【０００５】
本発明の目的は、上記課題を解消して、液化ガス供給路を介して供給される液化ガスを圧力調整器内で気化させて圧力調整した状態でガスエンジンへ供給するガス燃料供給装置において、運転中にのみ燃料を供給可能とすることができるガス燃料供給装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明は、液化ガス供給路を介して供給される液化ガス燃料を気化させる気化器と、気化されたガス燃料の圧力を調整する圧力調整器と、この調圧されたガス燃料をエンジンに設けられたミキサに供給するガス燃料供給装置において、前記液化ガス供給路を分岐して第１および第２の供給路を形成するとともに、前記第１の供給路には、前記エンジンの停止中に該第１の液化ガス供給路を遮断し、エンジンの回転に伴うエンジン内の圧力変化に応動して遮断を解除する第１のガス遮断弁を設け、前記第２の供給路には、前記エンジンの停止中は該第２の供給路を遮断し、前記エンジンで駆動される発電機の発電出力で励磁されて遮断を解除する第２のガス遮断弁を設けた点に第１の特徴がある。
【０００７】
また、本発明は、前記発電機の出力電圧を検出する電圧検出手段と、前記電圧検出手段で検出された前記出力電圧が設定電圧値以上では前記第２のガス遮断弁の遮断を解除し、該出力電圧が前記設定電圧値以下では前記第２のガス遮断弁を遮断する遮断弁制御手段とを備えた点に第２の特徴がある。
【０００８】
また、本発明は、前記第１のガス遮断弁が、ピストンの往復動によってエンジンのクランク室内に発生する脈動で作動するように構成された点に第３の特徴がある。
【０００９】
さらに、本発明は、前記液化ガス燃料を加熱する電気加熱手段を設け、この電気加熱手段にバッテリの出力と前記発電機の整流出力とを接続する回路を形成し、前記設定電圧値が前記バッテリの出力電圧値以上に設定されている点に第４の特徴がある。
【発明の効果】
【００１０】
第１の特徴によれば、第１のガス遮断弁としてエンジンの回転に伴うエンジン内の圧力変化で液化ガス供給路を開通させる機械式弁としているので、始動初期に第１のガス遮断弁を開いて第１の供給路から確実に燃料を供給することができる。
【００１１】
そして、手動式のリコイルスタータ等により、上述のようにして始動した後は、ガスエンジンの運転に伴う発電機の出力で第２のガス遮断弁の遮断を解除して第２の供給路からも液化ガス燃料を供給することができる。
【００１２】
すなわち、エンジンの始動操作時には始動に必要な程度の燃料供給量で燃料を速やかに、かつ確実に供給でき、通常運転に移行した後は、高負荷に対応できる十分な量の燃料を供給することができる。
【００１３】
また、通常の運転状態では、第１および第２の供給路を併用できるので、第２の供給路の流量を大きくする必要がない。したがって、第２のガス遮断弁は小型の電磁弁で構成できる。
【００１４】
第２の特徴によれば、ガスエンジンの始動操作や停止操作によって現れる発電機の出力電圧値の変化に応答して速やかに第２のガス遮断弁を作動させてガス供給路を開閉できる。
【００１５】
第３の特徴によれば、エンジンの回転に伴う圧力変化を利用しているので、エンジン停止時には確実に液化ガス供給路を遮断できるし、エンジンが始動のために回転されたときは、回転開始に伴って適切なタイミングで燃料供給を開始することができる。
【００１６】
また、第４の特徴によれば、液化ガス燃料を加熱して気化を促進することができる。さらに、エンジン始動後の発電機出力が立ち上がった状態を、発電機出力電圧がバッテリ電圧以上になったことで判断し、発電機出力で安定して第２のガス遮断弁を作動させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガスエンジン内に設けられる燃料供給装置の燃料供給系統図である。ガスエンジンＥのクランク軸１には、エンジン始動操作用のリコイルスタータ２とガスエンジンＥで駆動される発電機３とが連結される。エンジンＥの吸気ポート５に連通する吸気通路６にはミキサ７が装着され、このミキサ７には、吸気通路６を通る吸入空気を清浄にするエアクリーナ８が接続される。
【００１８】
ミキサ７は、吸気通路６を開閉するスロットル弁９と、このスロットル弁９の上流側で吸気通路６に開口する燃料ノズル１０とが設けられ、この燃料ノズル１０に連なる気化燃料通路１２の上流端が圧力調整器１３の燃料出口１３ａに接続される。圧力調整器１３には気化室１４が設けられ、この気化室１４の燃料入口１４ａに、液化ガス燃料（例えば、液化ブタンガス）を充填したカセット式燃料ボンベ１６から延出された液化燃料通路１５の下流端が接続される。圧力調整器１３は、気化室１４で気化された高圧の気化燃料を大気圧に調整するようになっている。
【００１９】
前記液化燃料通路１５には、第１遮断弁２１および第２遮断弁２２が互いに並列状態で介装される。第１遮断弁２１は、ハウジング２５と、このハウジング２５内を仕切って負圧作動室２６と弁室２７とを形成するダイアフラム２８と、弁室２７でダイアフラム２８の中心部に連結された弁体２９と、負圧作動室２６に収容されてダイアフラム２８を弁室２７側に付勢する閉弁ばね３０とを備える。
【００２０】
ハウジング２５には、弁体２９が着座する弁座管３１と、弁室２７に常時開口する燃料導入管３２と、負圧作動室２６に常時開口する負圧導入管３３とが設けられる。燃料導入管３２には、燃料ボンベ１６から延びる液化燃料通路１５の上流側部分１５ａの下流端が接続され、弁座管３１には、気化室１４に至る液化燃料通路１５の下流側部分１５ｂの上流側が接続される。
【００２１】
負圧導入管３３には、ガスエンジンＥのクランク室４から延びる圧力通路３４が接続される。この圧力通路３４に、クランク室４の脈動圧力のうち、負圧のみを負圧作動室２６側に伝達する一方向弁３６と、リークオリフィス３７とが並列に介装される。
【００２２】
また、ダイアフラム２８および弁体２９には、ハウジング２５の天井壁を摺動かつ気密に貫通する手動ロッド３８が連結され、この手動ロッド３８を引くことにより、弁体２９を強制的に弁座管３１から離脱させることができる。第２遮断弁２２は電磁式であり、発電機３の発生電力によって励起されて開弁するように設定される。
【００２３】
気化室１４には液化ガス燃料を加熱して気化を促進する第１の加熱手段つまり第１ヒータ４０が設けられ、圧力調整器１３には、気化された液化ガス燃料が再液化するのを防止する第２の加熱手段つまり第２ヒータ４１が設けられる。例えば、ガスエンジンＥが停止している間や、使用環境が極めて低温である場合などに一旦気化した燃料ガスが再液化することがあり、始動性や運転効率を低下させるおそれがある。第１ヒータ４０や第２ヒータ４１を設けておくことにより、始動前にエンジンを予熱することによって良好な始動性を確保できるし、運転中も必要に応じて気化室１４や圧力調整器１３を加熱することができる。始動前に第１ヒータ４０や第２ヒータ４１を付勢するための電源としてバッテリ４２（後述）を設ける。
【００２４】
上記構成の燃料供給装置の動作を参照して説明する。ガスエンジンＥの始動時には、リコイルスタータ２７を操作してクランキングさせる。このクランキングによってピストンが往復動すると、クランク室４に脈動圧力が発生する。この脈動圧力のうち、負圧のみが一方向弁３６を経由して第１遮断弁２１の負圧作動室２６に伝達される。負圧作動室２６の負圧は、戻しばね３０の付勢力に抗してダイアフラム２８を負圧作動室２６側に偏倚させる。これにより、燃料ボンベ１６の高圧液化燃料は、液化燃料通路１５、並びに第１遮断弁２１の燃料導入管３２、弁室２７および弁座管３１を経由して気化室１４に流入する。
【００２５】
気化室１４で気化された燃料は圧力調整室１３で大気圧に調整された後、気化燃料通路１２を経由して燃料ノズル１０からミキサ７内に供給される。ミキサ７内の吸気通路６では、燃料ノズル１０からの噴霧燃料とエアクリーナ８で清浄化された空気との混合気が生成される。混合気はスロットル弁９で流量制御されながらガスエンジンＥに供給され、ガスエンジンＥが始動される。
【００２６】
このように第１遮断弁２１は、クランク室４に発生する脈動圧力を利用して開弁するように構成されるので、手動操作によるクランキングに連動して確実に開弁することができる。したがって、ガスエンジンＥが遮断弁駆動用のバッテリを常備していない場合でも、また、バッテリを常備していたとしても充電不足となっているような場合でも、ミキサ７に気化燃料を確実に給送してスムーズに始動することができる。
【００２７】
ガスエンジンＥが通常の運転状態になって、発電機３が発電を開始すると、その出力の一部が電磁式の第２遮断弁２２に給電され、第２遮断弁２２は励起されて開弁する。液化燃料通路１５は、第１及び第２遮断弁２１，２２の開弁によって開度が拡がり、ガスエンジンＥの高負荷運転状態においてもミキサ７に十分な量の気化燃料を供給することができる。しかも、第２遮断弁２２は第１遮断弁２１と併用することによって小型のものとすることができる。
ガスエンジンＥの運転を停止すると、クランク室４は大気圧状態となり、一方向弁３６と並列配置されているリークオリフィス３７を通じてクランク室４の大気が第１遮断弁２１の負圧作動室２６に流入する。その結果、負圧作動室の圧力が大気圧に平衡するので、弁体２９は閉弁ばね３０の付勢力で弁座管３１に着座する。一方、発電機３も発電を停止するので、第２遮断弁２２も閉弁する。
【００２８】
第１及び第２遮断弁２１，２２の閉弁によって液化燃料通路１５は遮断されるので、燃料ボンベ１６から気化室１４および圧力調整器１３への液化燃料の供給を防ぐことができる。したがって、ガスエンジンＥが再び始動されたとき、圧力調整器１３に直接液化燃料が供給されることに起因する混合気の過濃化を未然に防ぎ、ガスエンジンＥの正常な作動を確保することができる。
【００２９】
燃料ボンベ１６の燃料を使い切り、新たな燃料ボンベ１６を液化燃料通路１５に接続した場合には、第１遮断弁２１の手動ロッド３８を引き上げて、弁体２９を戻しばね３０の付勢力に抗して弁座管３１から離脱させる。そうすると、第１遮断弁２１は開弁状態にすることができるので、液化燃料通路１５に燃料を素速く充填して、ガスエンジＥの始動に備えることができる。
【００３０】
図２は、前記第２遮断弁２２および第１および第２ヒータ４０，４１を制御する制御ユニットの要部回路図である。制御ユニット４３はマイクロコンピュータ（以下、「マイコン」という）で制御される。制御ユニット４３には、マイコン４５と、マイコン用の電源部４６と、ヒータ駆動用ＦＥＴ４７，４８と、シャント抵抗４９，５０と、遮断弁駆動用トランジスタ５１と、エンジン停止回路５２と、エンジン起動判別回路５３とが設けられる。電源部４６には、電源部４６の入出力安定化のためにコンデンサ５４，５５が接続される。
【００３１】
第１および第２ヒータ４０，４１を付勢するためのバッテリ４２と、発電機３の交流出力を整流器４４で整流して得られた直流出力とが電源部４６に接続される。特に、バッテリ４２はスイッチ５６および逆流防止用のダイオード５７を介して電源部４６に接続される。
【００３２】
気化室１４には第１温度センサ５８が設けられ、圧力調整器１３には第２温度センサ５９が設けられる。第１および第２温度センサ５８，５９はサーミスタで構成するのがよい。遮断弁駆動用トランジスタ５１には第２遮断弁２２が接続される。第１および第２ヒータ４０，４１、並びに第２遮断弁２２には、バッテリ４２または発電機３から電力供給されるように配線される。
【００３３】
なお、ガスエンジンＥには、冷却および潤滑用のオイル量が所定量以下になったときにオイル不足検出信号を出力するオイルレベルスイッチ６０が設けられる。オイルレベルスイッチ６０の検出出力はエンジン停止回路５２に入力され、エンジンが停止する。例えば、点火装置を接地して点火を停止させてエンジンを停止させる。
【００３４】
図２の回路図に従って、第２遮断弁２２と第１および第２ヒータ４０，４１の動作を説明する。まず、ガスエンジンＥの始動に先立ってスイッチ５６を投入しておく。スイッチ５６を投入（オンに）すると、バッテリ４２はダイオード５７を通じて電源部４６並びに第１及び第２ヒータ４０，４１にバッテリ電圧Ｖｂを印加する。電源部４６に電圧が印加されると、マイコン４５は予定のプログラムに従って動作を開始する。まず、ガスエンジンＥの始動前は、予定の固定されたデューティでＦＥＴ４７，４８を付勢する。そうすると、第１及び第２ヒータ４０，４１にバッテリ電圧Ｖｂに従って電流が流れ、第１及び第２ヒータ４０，４１は発熱して気化室１４や圧力調整室１３が加熱される。気化室１４や圧力調整室１３が予熱された状態で、図１に関して説明した始動手順によりガスエンジンＥを始動させる。
【００３５】
ガスエンジンＥが始動すると、クランク軸１に連結されている発電機３が回転して交流出力を生じる。この交流出力は整流されて電源部４６に入力される。発電開始当初は発電機３の直流出力電圧Ｖｇよりバッテリ電圧Ｖｂの方が高いので、電源部４６はバッテリ電圧Ｖｂで動作する。エンジン回転数が増大して発電機３の直流出力電圧Ｖｇがバッテリ電圧Ｖｂを上回ると、ダイオード５７はオフになって、バッテリ４２からの電流は遮断される。そうすると、電源部４６や第１及び第２ヒータ４０，４１、並びに第２遮断弁２２には専ら発電機３から電力が供給される。
【００３６】
エンジン起動判別回路５３は、発電機３の直流出力電圧Ｖｇを監視し、この電圧Ｖｇが所定のバッテリ電圧Ｖｄを超過したとき、エンジン起動検出信号を出力する。マイコン４５は、エンジン起動検出信号に応答して遮断弁駆動用トランジスタ５１をオン動作させる信号を出力する。遮断弁駆動用トランジスタ５１がオン動作すると、第２遮断弁２２は、発電機３の直流出力電圧Ｖｇによる電流によって付勢され、開弁する。第２遮断弁２２が開くことによって、液化燃料通路１５のメインの管路が開放されて十分な液化ガス燃料が気化室１４に供給され、ミキサ７に対する十分な気化燃料が供給される。
【００３７】
ガスエンジンＥの運転中は、マイコン４５は第１及び第２温度センサ５８，５９による検出温度を監視し、検出されたそれぞれの温度が予定の基準温度になるように、デューティを決定してＦＥＴ４７，４８を制御する。第１温度センサ５８用の基準温度は液化ガス燃料の気化温度よりわずかに高めに設定し、第２温度センサ５９用の基準温度は、再液化防止の観点から決定される。
【００３８】
なお、エンジン停止回路５２は、オイルレベルスイッチ６０に応答して動作するだけでなく、例えば、キルスイッチによるエンジン停止操作にも応答するようにできる。すなわち、キルスイッチの信号をマイコン４５に入力し、マイコン４５がそのキルスイッチの操作に応答してエンジン停止回路５２に停止検出信号を入力するようにする。また、マイコン４５に発電機３の直流出力電圧Ｖｇの大幅な低下を検出する手段でエンジンＥの異常を検出できるようにして、異常検出時にエンジン停止回路５２を作動させるようにする。
【００３９】
上記実施形態では、２系統に分岐した液化燃料通路にそれぞれ、ガス遮断弁を設けて、両系統を使って燃料ガスを供給する例を説明したが、例えば、軽負荷に対応する用途では、第２遮断弁２２を遮断したままにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】本発明の一実施形態に係る燃料供給装置の系統図である。
【図２】ヒータおよび第２遮断弁の駆動回路図である。
【符号の説明】
【００４１】
Ｅ…エンジン、  １…クランク軸、  ２…リコイルスタータ、  ３…発電機、  ７…ミキサ、  １０…燃料ノズル、  １２…気化燃料通路、  １３…圧力調整器、  １４…気化室、  １５…液化燃料通路、  １６…燃料ボンベ、  ２１…第１遮断弁、  ２２…第２遮断弁、  ３９…傾斜遮断弁、  ４０…第１ヒータ、  ４１…第２ヒータ、  ４２…バッテリ、  ４３…制御ユニット、  ４５…マイコン、  ４６…電源部、  ５１…遮断弁駆動用トランジスタ
【図１】
0004424616.tif 000002
【図２】
0004424616.tif 000003