(57)【要約】  燃焼エンジン用の二重燃料システムは、燃焼エンジンに供給される空気と燃料とを混合するように構成された空気燃料混合器と、第１の燃料用の第１の燃料経路と、第２の燃料用の第２の燃料経路と、を含む。第１および第２の燃料は、異なる物理的および化学的特性を有する。二重燃料システムはまた、空気燃料混合器ならびに第１および第２の燃料経路の両方に結合された共通燃料経路と、を含み、共通燃料経路は、コントローラからの制御信号に応答して燃焼エンジンに供給される空気／燃料混合気の空気対燃料比を調整するように構成された電子制御バルブを含み、第１および第２の燃料経路の両方は、電子制御バルブの上流の位置で共通燃料経路に結合される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃焼エンジン（１２）用の二重燃料システム（２２）であって、
前記燃焼エンジン（１２）に供給される空気と燃料とを混合するように構成された空気燃料混合器（２０）と、
第１の燃料用の第１の燃料経路（５４）と、
第２の燃料用の第２の燃料経路（５６）であって、前記第１および第２の燃料が異なる物理的および化学的特性を有する、第２の燃料経路（５６）と、
前記空気燃料混合器（２０）ならびに前記第１および第２の燃料経路（５４，５６）の両方に結合された共通燃料経路（５２）と、を含み、前記共通燃料経路（５２）は、コントローラ（２５，４２）からの制御信号に応答して前記燃焼エンジン（１２）に供給される空気／燃料混合気の空気対燃料比を調整するように構成された電子制御バルブ（４８，８２）を含み、前記第１および第２の燃料経路（５４，５６）の両方は、前記電子制御バルブ（４８，８２）の上流の位置で前記共通燃料経路（５２）に結合される、二重燃料システム（２２）。
【請求項２】
前記第１の燃料経路（５４）は、前記空気燃料混合器（２０）の空気圧に対して前記第１の燃料の第１の圧力を制御するように構成された第１の燃料ガス調整器（６４）を含み、前記第２の燃料経路（５６）は、前記空気燃料混合器（２０）の前記空気に対して前記第２の燃料の第２の圧力を制御するように構成された第２の燃料ガス調整器（６６）を含む、請求項１に記載の二重燃料システム（２２）。
【請求項３】
前記共通燃料経路（５２）または前記第１の燃料経路（５４）のいずれかに沿って、前記空気燃料混合器（２０）に、または前記空気燃料混合器（２０）と前記第１の燃料ガス調整器（６４）との間に配置された第１の燃料手動調整バルブ（７４）を含み、前記第１の燃料手動調整バルブ（７４）は、前記第１の燃料経路（５４）の性能を機械的に調整して、前記空気対燃料比を調整するための前記電子制御バルブ（４８，８２）による調整量を最小にするように構成される、請求項２に記載の二重燃料システム（２２）。
【請求項４】
前記第２の経路は、前記第２の燃料ガス調整器（６６）と、前記第１および第２の燃料経路（５４，５６）の両方が前記共通燃料経路（５２）に結合されている位置と、の間に配置された第２の燃料手動調整バルブ（７６）を含み、前記第２の燃料手動調整バルブ（７６）は、前記第２の燃料経路（５６）の性能を機械的に調整して、前記空気対燃料比を調整するための前記電子制御バルブ（４８，８２）による調整量を最小にするように構成される、請求項３に記載の二重燃料システム（２２）。
【請求項５】
前記第１の燃料経路（５４）は、前記第１の燃料ガス調整器（６４）の上流に配置され、前記コントローラ（２５，４２）からの前記制御信号に応答して、前記第１の燃料経路（５４）を通る前記第１の燃料の流れを調整するために開閉するように構成された第１のオン／オフバルブ（６８）を含む、請求項４に記載の二重燃料システム（２２）。
【請求項６】
前記燃焼エンジン（１２）と、前記空気燃料混合器（２０）と、前記電子制御バルブ（４８，８２）と、前記第１のオン／オフバルブ（６８）と、に結合された前記コントローラ（２５，４２）を含み、前記コントローラ（２５，４２）は、前記二重燃料システム（２２）から前記燃焼エンジン（１２）への燃料の流れを調整するようにプログラムされ、前記コントローラ（２５，４２）は、前記第１の燃料と前記第２の燃料との混合上で前記燃焼エンジン（１２）を動作させることを回避しながら、前記燃焼エンジン（１２）の動作中に前記第１の燃料と前記第２の燃料との間で変更するようにプログラムされる、請求項５に記載の二重燃料システム（２２）。
【請求項７】
前記第２の燃料経路（５６）は、前記第２の燃料ガス調整器（６６）の上流に配置され、前記コントローラ（２５，４２）からの制御信号に応答して、前記第２の燃料経路（５６）を通る前記第２の燃料の流れを調整するために開閉するように構成された第２のオン／オフバルブ（７０）を含み、前記コントローラ（２５，４２）は、前記第２のオン／オフバルブ（７０）に結合され、前記コントローラ（２５，４２）は、同時に前記第１のオン／オフバルブ（６８）を開放し第２のオン／オフバルブ（７０）を閉鎖して前記第１の燃料の前記燃焼エンジン（１２）への流れを可能にするか、または同時に前記第１のオン／オフバルブ（６８）を閉鎖し第２のオン／オフバルブ（７０）を開放して前記第２の燃料の前記燃焼エンジン（１２）への流れを可能にするようにプログラムされる、請求項６に記載の二重燃料システム（２２）。
【請求項８】
前記二重燃料システム（２２）は、前記第１の燃料を前記第１の燃料よりも高圧で調整する、請求項５に記載の二重燃料システム（２２）。
【請求項９】
前記コントローラ（２５，４２）は、前記第１および第２の燃料のうちのいずれが前記燃焼エンジン（１２）に到来しても、前記燃焼エンジン（１２）の動作中に前記第１の燃料と前記第２の燃料の間で変更する場合に、エンジンの点火時期および所望の空気対燃料比を適切なエンジン点火時期および適切な所望の空気対燃料比に変更するようにプログラムされる、請求項５に記載の二重燃料システム（２２）。
【請求項１０】
前記コントローラ（２５，４２）は、所望のプロセスパラメータに基づいて前記燃焼エンジン（１２）の動作中に前記第１の燃料と前記第２の燃料との間で自動的に変更するようにプログラムされる、請求項５に記載の二重燃料システム（２２）。
【請求項１１】
システムであって、
燃焼エンジン（１２）に結合するように構成された二重燃料システム（２２）であって、
前記燃焼エンジン（１２）に供給される空気と燃料とを混合するように構成された空気燃料混合器（２０）と、
第１の燃料用の第１の燃料経路（５４）と、
第２の燃料のための第２の燃料経路（５６）であって、前記第１および第２の燃料が異なる物理的および化学的特性を有する、第２の燃料経路（５６）と、
前記空気燃料混合器（２０）ならびに前記第１および第２の燃料経路（５４，５６）の両方に結合された共通燃料経路（５２）と、
コントローラ（２５，４２）からの制御信号に応答して前記燃焼エンジン（１２）に供給される空気／燃料混合気の空気対燃料比を調整するように構成された第１の電子制御バルブ（４８，８２）と、を含む二重燃料システム（２２）と、
前記空気燃料混合器（２０）および前記第１の電子制御バルブ（４８，８２）に結合された前記コントローラ（２５，４２）と、を含み、前記コントローラ（２５，４２）は、前記二重燃料システム（２２）から前記燃焼エンジン（１２）への燃料の流れを調整するようにプログラムされ、前記コントローラ（２５，４２）は、前記第１の燃料と前記第２の燃料との混合上で前記燃焼エンジン（１２）を動作させることを回避しながら、前記燃焼エンジン（１２）の動作中に前記第１の燃料と前記第２の燃料との間で変更するようにプログラムされる、システム。
【請求項１２】
前記第１の電子制御バルブ（４８，８２）は、前記第１および第２の燃料経路（５４，５６）が前記共通燃料経路（５２）に結合される位置の下流で前記共通燃料経路（５２）に配置される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１３】
前記第１の電子制御バルブ（４８，８２）は、前記第１および第２の燃料経路（５４，５６）が前記共通燃料経路（５２）に結合される位置の上流で前記第１の燃料経路（５４）に沿って配置される、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１４】
前記第１および第２の燃料経路（５４，５６）が前記共通燃料経路（５２）に結合される位置の上流で前記第２の燃料経路（５６）に沿って配置された第２の電子制御バルブ（８４）を含む、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１５】
前記コントローラ（２５，４２）は、前記第１および第２の電子制御バルブ（８４）を介してそれぞれ前記第１および第２の燃料の流れを別々に調整するようにプログラムされる、請求項１３に記載のシステム。
【請求項１６】
前記二重燃料システム（２２）は、前記空気燃料混合器（２０）の空気に対して前記第１の燃料の第１の圧力および前記空気燃料混合器（２０）の前記空気に対して前記第２の燃料の第２の圧力を制御するように構成されたガス圧力調整システム（６２）を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１７】
前記二重燃料システム（２２）は、前記第１および第２の燃料経路（５４，５６）の両方の性能を機械的に調整して前記空気対燃料比を調整するための前記第１の電子制御バルブ（４８，８２）による調整量を最小にするように構成された機械的調整システム（７２）を含む、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１８】
前記二重燃料システム（２２）は、前記第１の燃料を前記第１の燃料よりも高圧で調整する、請求項１１に記載のシステム。
【請求項１９】
前記コントローラ（２５，４２）は、前記第１および第２の燃料のうちのいずれが前記燃焼エンジン（１２）に到来しても、前記燃焼エンジン（１２）の動作中に前記第１の燃料と前記第２の燃料の間で変更する場合に、エンジンの点火時期および所望の空気対燃料比を適切なエンジン点火時期および適切な所望の空気対燃料比に変更するようにプログラムされる、請求項１１に記載のシステム。
【請求項２０】
燃焼エンジン（１２）用の二重燃料システム（２２）であって、
前記燃焼エンジン（１２）に供給される空気と燃料とを混合するように構成された空気燃料混合器（２０）と、
前記空気燃料混合器（２０）の空気圧に対して前記第１の燃料の第１の圧力を制御するように構成された第１の燃料ガス調整器（６４）と、第１の燃料手動調整バルブ（７４）と、を含む第１の燃料用の第１の燃料経路（５４）と、
前記空気燃料混合器（２０）の空気圧に対して前記第２の燃料の第２の圧力を制御するように構成された第２の燃料ガス調整器（６６）と、第２の燃料手動調整バルブ（７６）と、を含む第２の燃料用の第２の燃料経路（５６）であって、前記第１および第２の燃料が異なる物理的および化学的特性を有する、第２の燃料経路（５６）と、
前記空気燃料混合器（２０）ならびに前記第１および第２の燃料経路（５４，５６）の両方に結合された共通燃料経路（５２）と、を含み、前記共通燃料経路（５２）は、コントローラ（２５，４２）からの制御信号に応答して前記燃焼エンジン（１２）に供給される空気／燃料混合気の空気対燃料比を調整するように構成された電子制御バルブ（４８，８２）を含み、前記第１および第２の燃料経路（５４，５６）の両方は、前記電子制御バルブ（４８，８２）の上流の位置で前記共通燃料経路（５２）に結合され、
前記第１および第２の燃料手動調整バルブ（７４，７６）ならびに前記第１および第２のガス調整器（６４，６６）は共に、前記燃焼エンジン（１２）が前記第１の燃料または前記第２の燃料のいずれで動作しているかに関わらず、前記電子制御バルブ（４８，８２）がエンジン動作速度および負荷の両方の制御範囲内に留まることができるように構成される、二重燃料システム（２２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書で開示される主題は、燃焼エンジンに関し、より詳細には、燃焼エンジン用の二重燃料システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
燃焼エンジンは、通常、天然ガス、ガソリン、およびディーゼル燃料等の炭素質燃料を燃焼させ、高温高圧ガスの対応する膨張を用いて、エンジンの特定の部品、例えばシリンダ内に配置されたピストンに力を加えて、ある距離にわたってその部品を移動させる。したがって、炭素質燃料は、負荷を駆動するのに有用な機械的な運動に変換される。特定の燃焼エンジンは、１つの燃料から別の燃料への移行を可能にする複数燃料システムに結合されている。異なる燃料間の移行中に、燃焼エンジンは、エンジン負荷の大幅な減少、燃料消費の増加、および／または排出物の増加を経験することがある。さらに、エンジン動作中に異なる燃料の使用を管理することは、複雑になり、かつ／または費用がかかる可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１４／１９９８２８号
【発明の概要】
【０００４】
最初に特許請求する主題の範囲に相応する特定の実施形態を以下に要約する。これらの実施形態は特許請求する主題の範囲を限定しようとするものではなく、むしろ、これらの実施形態は主題の可能性がある形式の概要を提供しようとするものにすぎない。実際、本主題は、以下に記載する実施形態に類似してもよく、あるいは異なってもよい様々な形態を含むことができる。
【０００５】
第１の実施形態によれば、燃焼エンジン用の二重燃料システムは、燃焼エンジンに供給される空気と燃料とを混合するように構成された空気燃料混合器と、第１の燃料用の第１の燃料経路と、第２の燃料用の第２の燃料経路と、を含む。第１および第２の燃料は、異なる物理的および化学的特性を有する。二重燃料システムはまた、空気燃料混合器ならびに第１および第２の燃料経路の両方に結合された共通燃料経路と、を含み、共通燃料経路は、コントローラからの制御信号に応答して燃焼エンジンに供給される空気／燃料混合気の空気対燃料比を調整するように構成された電子制御バルブを含み、第１および第２の燃料経路の両方は、電子制御バルブの上流の位置で共通燃料経路に結合される。
【０００６】
第２の実施形態によれば、システムは、燃焼エンジンに結合するように構成された二重燃料システムを含む。二重燃料システムは、燃焼エンジンに供給される空気と燃料とを混合するように構成された空気燃料混合器と、第１の燃料用の第１の燃料経路と、第２の燃料用の第２の燃料経路と、を含む。第１および第２の燃料は、異なる物理的および化学的特性を有する。二重燃料システムはまた、空気燃料混合器ならびに第１および第２の燃料経路の両方に結合された共通燃料経路を含む。二重燃料システムは、コントローラからの制御信号に応答して燃焼エンジンに供給される空気／燃料混合気の空気対燃料比を調整するように構成された第１の電子制御バルブをさらに含む。本システムはまた、空気燃料混合器および第１の電子制御バルブに結合されたコントローラを含む。コントローラは、二重燃料システムから燃焼エンジンへの燃料の流れを調整するようにプログラムされる。コントローラはまた、第１の燃料と第２の燃料との混合上で燃焼エンジンを動作させることを回避しながら、燃焼エンジンの動作中に第１の燃料と第２の燃料との間で変更するようにプログラムされる。
【０００７】
第３の実施形態によれば、燃焼エンジン用の二重燃料システムは、燃焼エンジンに供給される空気と燃料とを混合するように構成された空気燃料混合器を含む。二重燃料システムはまた、空気燃料混合器の空気圧に対して第１の燃料の第１の圧力を制御するように構成された第１の燃料ガス調整器と、第１の燃料手動調整バルブと、を含む第１の燃料用の第１の燃料経路を含む。二重燃料システムは、空気燃料混合器の空気圧に対して第２の燃料の第２の圧力を制御するように構成された第２の燃料ガス調整器と、第２の燃料手動調整バルブと、を含む第２の燃料用の第２の燃料経路をさらに含む。第１および第２の燃料は、異なる物理的および化学的特性を有する。二重燃料システムはまた、空気燃料混合器ならびに第１および第２の燃料経路の両方に結合された共通燃料経路と、を含み、共通燃料経路は、コントローラからの制御信号に応答して燃焼エンジンに供給される空気／燃料混合気の空気対燃料比を調整するように構成された電子制御バルブを含み、第１および第２の燃料経路の両方は、電子制御バルブの上流の位置で共通燃料経路に結合される。第１および第２の手動調整バルブならびに第１および第２のガス調整器は共に、燃焼エンジンが第１の燃料または第２の燃料のいずれで動作しているかに関わらず、電子制御バルブがエンジン動作速度および負荷の両方の制御範囲内に留まることができるように構成される。
【０００８】
本主題のこれらの、ならびに他の特徴、態様および利点は、添付の図面を参照しつつ以下の詳細な説明を読めば、よりよく理解されよう。添付の図面では、図面の全体にわたって、類似する符号は類似する部分を表す。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本開示の態様による二重燃料システムを有するエンジン駆動発電システムの一部の一実施形態のブロック図である。
【図２】本開示の態様による二重燃料システム（例えば、単一の電子制御バルブを有する）の一実施形態のブロック図である。
【図３】本開示の態様による二重燃料システム（例えば、２つの電子制御バルブを有する）の一実施形態のブロック図である。
【図４】本開示の態様による二重燃料システム（例えば、気化器を有する）の一実施形態のブロック図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下で、本主題の１つまたは複数の具体的な実施形態を説明する。これらの実施形態の簡潔な説明を提供するために、実際の実装のすべての特徴が本明細書に記載されていなくてもよい。任意のエンジニアリングプロジェクトにおけるような、任意のこのような実際の実装の開発においては、例えば、システム関連およびビジネス関連の制約の遵守などの開発者の特定の目標を達成するために、別の実装によって異なる可能性がある多くの実装の詳細が決定される必要があることを理解されたい。さらに、このような開発作業は複雑で時間がかかるかもしれないが、にもかかわらず、この開示の利益を得る当業者にとっては、製作、および製造の日常的な仕事であることが理解されるべきである。
【００１１】
本発明の主題の様々な実施形態の要素を導入するとき、冠詞「１つの（ａ、ａｎ）」、「この（ｔｈｅ）」、および「前記（ｓａｉｄ）」は、１つまたは複数の要素が存在することを意味するように意図されている。「備える（ｃｏｍｐｒｉｓｉｎｇ）」、「含む（ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ）」、および「有する（ｈａｖｉｎｇ）」という用語は、包括的なものであって、列挙された要素以外の付加的な要素があり得ることを意味するものである。
【００１２】
本開示は、燃焼エンジン（例えば、スパーク点火式ガス状燃料内燃エンジン）を用いて複数の燃料（例えば、異なる物理的および化学的特性を有する）の使用を管理または制御するためのシステムおよび方法に関する。本開示の実施形態は、燃焼エンジンに結合された二重燃料システムを含む。二重燃料システムは、燃焼エンジンに供給される空気と燃料とを混合する空気燃料混合器（例えば、キャブレター）を含む。二重燃料システムはまた、第１の燃料（例えば、天然ガスのような気体燃料）用の第１の燃料経路と、第１の燃料とは異なる物理的および化学的特性（化学的熱容量、比重、ウォッベ指数など）を有する第２の燃料（例えば、天然ガスのような気体燃料）用の第２の燃料経路と、を含む。二重燃料システムは、空気燃料混合器ならびに第１および第２の燃料経路の両方に結合された共通燃料経路を（例えば、空気燃料混合器の上流の位置に）さらに含む。特定の実施形態では、共通燃料経路は、コントローラからの制御信号に応答して、燃焼エンジンに供給される空気／燃料混合気の空気対燃料比（またはラムダ（λ）または当量比、すなわち化学量論的ＡＦＲに対する実際のＡＦＲの比）を調整する（例えば、維持する）電子制御バルブ（例えば、燃料制御バルブ）を含む。第１および第２の燃料経路の両方は、電子制御バルブの上流の位置で共通燃料経路に結合することができる。第１および第２の燃料経路は、第１および第２の燃料経路内のそれぞれの燃料の圧力を制御するためのガス圧力調整システム（例えば、それぞれのガス調整器）を含むことができる。二重燃料システムはまた、空気対燃料比を調整（例えば、維持）するための電子制御バルブによる調整量を最小にするために、第１および第２の燃料経路の性能を機械的に調整する機械的調整システムを含むことができる。コントローラは、燃焼エンジンおよび／または二重燃料システムの構成要素（例えば、空気燃料混合器、電子制御バルブ、オン／オフバルブなど）に結合することができる。コントローラは、第１の燃料と第２の燃料との混合上で燃焼エンジンを動作させることを回避しながら、燃焼エンジンの動作中に第１の燃料と第２の燃料との間で変更するようにプログラムすることができる。さらに、ガス圧力調整システムおよび機械的調整システムと共にコントローラは、燃焼エンジンが第１の燃料または第２の燃料のいずれで動作しているかに関わらず、電子制御バルブがエンジン動作速度および負荷の両方の制御範囲内に留まることを可能にすることができる。開示する実施形態は、エンジン負荷を最小限に抑えながら、第１の燃料と第２の燃料との間の変更を可能にする。さらに、開示する実施形態は、排出物および燃料消費を最小限に抑えるために空気対燃料比の電子制御を維持しながら、異なる燃料の間のスムーズな移行を可能にする。
【００１３】
図面を参照すると、図１は、エンジン駆動発電システム１０の一部の一実施形態のブロック図を示す。以下で詳細に説明するように、システム１０は、１つまたは複数の燃焼室１４（例えば、１、２、３、４、５、６、７、８、１０、１２、１４、１６、１８、２０、またはそれ以上の燃焼室１４）を有するエンジン１２を含む。エンジン１２は、往復動エンジンまたはピストンエンジン（例えば、内燃エンジン）を含むことができる。エンジン１２は、スパーク点火エンジンを含むことができる。空気供給源１６は、空気、酸素、酸素富化空気、酸素低減空気、またはこれらの任意の組み合わせなどの加圧酸化剤１８を空気燃料混合器２０（例えば、キャブレター）を介して各燃焼室１４に供給するように構成される。燃焼室１４はまた、二重燃料システム２２を介して、第１の燃料供給源２６から第１の燃料２４（例えば、気体燃料）を、または第２の燃料供給源３０から第２の燃料２８（例えば、気体燃料または気体燃料から変換された液体燃料）を受け取るように構成される。第１および第２の燃料２４、２８は、異なる物理的および化学的特性（例えば、天然ガス対プロパン）を含む。例えば、燃料２４、２８は、異なる化学的熱容量、ウォッベ指数、比重および／または他の特性を含むことができる。特定の実施形態では、第１の燃料２４はエンジン１２によって利用される一次的な燃料であり、第２の燃料２８は二次的な燃料であってもよい。特定の実施形態では、第１の燃料２４は、第２の燃料２８よりも低い化学物質含有量およびウォッベ指数の両方を含んでもよい。結果として、第１の燃料２４は、二重燃料システム２２によって第２の燃料２８よりも高い圧力で調整されてもよい。燃料空気混合気３２が各燃焼室１４内で点火し燃焼する。高温加圧燃焼ガスは、各燃焼室１４に隣接するピストン３４をシリンダ３６内で直線的に動かし、ガスによって加えられた圧力を回転運動に変換して、シャフト３８を回転させる。さらに、シャフト３８を負荷４０に結合することができ、負荷４０はシャフト３８の回転によって駆動される。例えば、負荷４０は、発電機などの、システム１０の回転出力によって電力を発生することができる任意の適切な装置であってもよい。さらに、以下の説明では、酸化剤１６として空気を参照しているが、任意の適切な酸化剤を開示された実施形態で使用することができる。同様に、燃料２４、２８は、例えば天然ガス、付随石油ガス、プロパン、バイオガス、下水ガス、埋立地ガス、石炭坑内ガスなどの任意の適切な気体燃料であってもよい。
【００１４】
本明細書に開示するシステム１０は、固定用途（例えば、工業用発電エンジン）または移動用途（例えば、自動車または航空機）に適合させることができる。エンジン１２は、２ストロークエンジン、３ストロークエンジン、４ストロークエンジン、５ストロークエンジン、または６ストロークエンジンであってもよい。エンジン１２はまた、任意の数の（例えば、１〜２４の）燃焼室１４、ピストン３４、および関連するシリンダを含んでもよい。例えば、特定の実施形態では、システム１０は、シリンダ３６内で往復運動する４、６、８、１０、１６、または２４以上のピストン３４を有する大規模な産業用往復エンジンを含んでもよい。いくつかのそのような事例では、シリンダ３６および／またはピストン３４は、約１３．５〜３４センチメートル（ｃｍ）の直径を有することができる。いくつかの実施形態では、シリンダ３６および／またはピストン３４は、約１０〜４０ｃｍ、１５〜２５ｃｍ、または約１５ｃｍの直径を有することができる。システム１０は、１０ｋＷ〜１０ＭＷの範囲の電力を生成することができる。いくつかの実施形態では、エンジン１２は、約１８００回転／分（ＲＰＭ）未満で動作することができる。いくつかの実施形態では、エンジン１２は、約２０００ＲＰＭ、１９００ＲＰＭ、１７００ＲＰＭ、１６００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１４００ＲＰＭ、１３００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、９００ＲＰＭ、または７５０ＲＰＭ未満で動作することができる。いくつかの実施形態では、エンジン１２は、約７５０〜２０００ＲＰＭ、９００〜１８００ＲＰＭ、または１０００〜１６００ＲＰＭで動作することができる。いくつかの実施形態では、エンジン１２は、約１８００ＲＰＭ、１５００ＲＰＭ、１２００ＲＰＭ、１０００ＲＰＭ、または９００ＲＰＭで動作することができる。例示的なエンジン１２は、例えば、ゼネラルエレクトリック社のＪｅｎｂａｃｈｅｒエンジン（例えば、Ｊｅｎｂａｃｈｅｒタイプ２、タイプ３、タイプ４、タイプ６、またはＪ９２０ＦｌｅＸｔｒａ）またはＷａｕｋｅｓｈａエンジン（例えば、Ｗａｕｋｅｓｈａ  ＶＧＦ、ＶＨＰ、ＡＰＧ，２７５ＧＬ）を含むことができる。
【００１５】
二重燃料システム２２は、コントローラからの制御信号に応答して、エンジン１２に供給される空気／燃料混合気３２の空気対燃料比を調整する（例えば、所望の空気対燃料比またはラムダを維持する）ように構成された１つまたは複数の電子制御バルブ（例えば、燃料制御バルブ）を含む。エンジン駆動発電システム１０は、エンジン１２に結合されたエンジン制御ユニット４２（例えば、ＥＣＵ）と、二重燃料システム２２の種々の構成要素（例えば、空気燃料混合器２０、機械的調整システム（例えば、手動調整バルブ）、ガス圧力調整システム（例えばガス調整器）、電子制御バルブ、オン／オフバルブなど）と、システム１０の全体に配置された１つまたは複数のセンサと、を含むことができる。特定の実施形態では、二重燃料システム２２の構成要素は、ＥＣＵ４２とは別個の１つまたは複数のコントローラに結合されてもよいし、あるいはＥＣＵ４２と１つまたは複数のコントローラとの両方に結合されてもよい。ＥＣＵ４２は、エンジン動作を制御するとともに、二重燃料システム２２の異なる燃料２４、２８の間の使用および移行を調整する。ＥＣＵ４２は、二重燃料システム２２と共に、第１の燃料２４と第２の燃料２８との混合上でエンジン１２を動作させることを回避しながら、エンジン１２の動作中に第１の燃料２４と第２の燃料２８との間の変更を可能にする。ＥＣＵ４２は、第１の燃料２４と第２の燃料２８との間の変更を単一のスイッチまたはリレーを介して始動させることができる１つまたは複数のプロセスパラメータ（例えば、第１の燃料２４の圧力）を監視することができる。例えば、監視されたプロセスパラメータは、しきい値を下回るか、しきい値を上回るか、ある範囲内に入るか、またはある範囲外になると、燃料２４と燃料２８との間の変更を始動することができる。ＥＣＵ４２はまた、第１および第２の燃料２４、２８のうちのいずれがエンジン１２に到来しても、エンジン１２の動作中に燃料２４、２８の間で変更するときに、エンジン点火時期および所望の空気対燃料比を、適切なエンジン点火時期および適切な所望の空燃比に変更することができる。二重燃料システム２２の構成要素は、実施形態では単一の電子制御バルブとともに、エンジン１２が第１の燃料２４または第２の燃料２８のどちらで動作しているかに関わらず、電子制御バルブをエンジン動作速度および負荷の両方の制御範囲内に留めることができる。
【００１６】
ＥＣＵ４２は、プロセッサ４４およびメモリ４６（例えば、機械可読媒体）を含む。ＥＣＵ２５は、プロセッサ４４または複数のプロセッサを含むことができる。さらに、さらに、プロセッサ４４は、複数のマイクロプロセッサ、１つもしくは複数の「汎用」マイクロプロセッサ、１つもしくは複数の専用マイクロプロセッサ、および／または１つもしくは複数の特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣＳ）、システムオンチップ（ＳｏＣ）デバイス、または他の何らかのプロセッサ構成を含んでもよい。例えば、プロセッサ４４は、１つまたは複数の縮小命令セット（ＲＩＳＣ）プロセッサまたは複合命令セット（ＣＩＳＣ）プロセッサを含んでもよい。プロセッサ４４は、命令または非一時的コードを実行することができる。これらの命令は、メモリ４６および／または他の記憶装置などの有形の非一時的コンピュータ可読媒体に格納されるプログラムまたはコードに符号化することができる。本実施形態では、メモリ４６はコンピュータ可読媒体を含み、それは例えば、限定はしないが、ハードディスクドライブ、ソリッドステートドライブ、フロッピーディスク、フラッシュドライブ、コンパクトディスク、デジタルビデオディスク、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭおよび／またはフラッシュＲＡＭ）、ならびに／または、プロセッサ４４が命令（例えば、ソフトウェアまたはファームウェア）および／もしくはデータ（例えば、しきい値、範囲など）を記憶、検索、および／もしくは実行することを可能にする任意の適切な記憶装置などである。メモリ４６は、１つもしくは複数のローカルおよび／またはリモートの記憶装置を含むことができる。
【００１７】
図２は、二重燃料システム２２（例えば、単一の電子制御バルブ４８を有する）の一実施形態のブロック図を示す。二重燃料システム２２は、図１に記載されたエンジン１２に結合することができる。二重燃料システム２２は、共通燃料経路５２の第１の端部５０（例えば、混合器２０に対して上流側の）に結合された空気燃料混合器２０（例えば、キャブレター）を含む。二重燃料システム２２はまた、第１の燃料２４用の第１の燃料経路５４（例えば、一次的な燃料経路）と、第２の燃料２８用の第２の燃料経路５６（例えば、二次的な燃料経路）と、を含む。第１および第２の燃料経路５４、５６は共に、経路５２および空気燃料混合器２０の上流の位置６０（例えば、Ｔ接続部）で共通燃料経路５２の第２の端部５８に結合される。
【００１８】
図示するように、共通燃料経路５２は、電子制御バルブ４８（例えば、燃料制御バルブ）を含む。電子制御バルブ４８は、空気燃料混合器２０（すなわち、その下流）と、第１および第２の燃料経路５４、５６の両方が共通燃料経路５２に接続する位置６０（すなわち、その上流）と、の間に配置することができる。電子制御バルブ４８は、ＥＣＵ４２からの制御信号に応答して、エンジン１２に供給される空気／燃料混合気（例えば、第１の燃料２４または第２の燃料２８のいずれかを有する）の所望の空気対燃料比またはラムダを調整（例えば維持）する。特定の実施形態では、第１および第２の燃料経路５４、５６の両方は、共通燃料経路５２（図３を参照）の代わりに電子制御バルブを含むことができる。他の実施形態（例えば、第２の燃料２８を使用するときに排出物の要求が免除される場合）では、電子制御バルブ４８を、第１の燃料経路５４に沿って配置して、第１の燃料２４の所望の空気対燃料比またはラムダを調整（例えば維持）するためにのみ使用することができる。
【００１９】
二重燃料システム２２は、ガス圧力調整システム６２を含む。ガス圧力調整システム６２は、第１および第２の燃料２４、２８のそれぞれの圧力を制御または調整する。ガス圧力調整システム６２は、第１および第２の燃料経路５４、５６に沿ってそれぞれ配置された第１のガス調整器６４（例えば、ガス圧力調整器バルブ）および第２のガス調整器６６（例えば、ガス圧力調整器バルブ）を含む。第１および第２のガス調整器６４、６６は、それぞれ第１および第２の燃料２４、２８の圧力を制御または調整する。第１のガス調整器６４は、位置６０とオン／オフバルブ６８との間（すなわち、オン／オフバルブ６８と第１の燃料供給源２６の両方の下流）に第１の燃料経路５４に沿って配置される。第２のガス調整器６６は、位置６０とオン／オフバルブ７０との間（すなわち、オン／オフバルブ７０と第２の燃料供給源３０の両方の下流）に第２の燃料経路５６に沿って配置される。図示するように、ＥＣＵ４２は、ガス調整器６４、６６に電子的に結合され、それらを制御する。特定の実施形態では、ＥＣＵ４２はガス調整器６４、６６に結合されていない。
【００２０】
二重燃料システム２２はまた、機械的調整システム７２を含む。機械的調整システム７２は、第１および第２の燃料経路５４、５６の両方の性能を機械的に調整して、空気対燃料比を調整（例えば維持）するための電子制御バルブ４８による調整量を最小にする。機械的調整システム７２は、第１の燃料経路５４および／または共通燃料経路５２の性能を調整する第１の燃料の機械的調整バルブ７４を含む。図示するように、バルブ７４は空気燃料混合器２０に配置されている。特定の実施形態では、バルブ７４は、空気燃料混合器２０と位置６０との間の共通燃料経路５２に沿って配置されてもよい。他の実施形態では、バルブは、位置６０とガス調整器６４との間の第１の燃料経路５４に沿って配置されてもよい。機械的調整システム７２はまた、第２の燃料経路５６の性能を調整する第２の燃料の機械的調整バルブ７６を含む。バルブ７６は、位置６０とガス調整器６６との間の第２の燃料経路５６に沿って配置される。バルブ７４、７６は、固定絞りバルブまたはゲートバルブを含むことができる。機械的調整システム７２およびガス圧力調整システム６２は共に働いて、エンジン１２が第１の燃料２４または第２の燃料２８のいずれで動作しているかに関わらず、電子制御バルブ４８がエンジン動作速度および負荷の両方の制御範囲内に留まることを可能にする。
【００２１】
二重燃料システム２２は、ガス調整器６４と第１の燃料供給源２６との間の第１の燃料経路５４に沿って配置された第１のオン／オフバルブ６８（例えば、遮断バルブ）をさらに含む。システム２２はまた、ガス調整器６６と第２の燃料供給源３０との間の第２の燃料経路５６に沿って配置された第２のオン／オフバルブ７０（例えば、遮断バルブ）を含む。オン／オフバルブ６８、７０は、第１および第２の燃料経路５４、５６および共通燃料経路５２を通る第１および第２の燃料２４、２８の流れを調整するために開閉するように構成される。特定の実施形態では、第１の燃料２４の圧力が第２の燃料２８よりも高い圧力で調整されるため、第２の燃料経路５６はオン／オフバルブ７０を含まなくてもよい。ＥＣＵ４２は、オン／オフバルブ６８、７０に電子的に結合され、それらを制御する。
【００２２】
上述したように、ＥＣＵ４２は、第１の燃料２４と第２の燃料２８との混合上でエンジン１２を動作させることを回避するために、エンジン１２の動作中に第１の燃料２４と第２の燃料２８との間で変更するようにプログラムされる。例えば、ＥＣＵ４２は、（第２の燃料２８から第１の燃料２４への移行時に）第１のオン／オフバルブ６８の開放と第２のオン／オフバルブ７０の閉鎖とを同時に開始して、矢印７８で示すように、第１の燃料２４が第１の燃料経路５４および共通燃料経路５２の両方に沿って空気燃料混合器２０に流れることを可能にするようにプログラムされている。ＥＣＵ４２はまた、（第１の燃料２４から第２の燃料２８への移行時に）第２のオン／オフバルブ７０の開放と第１のオン／オフバルブ６８の閉鎖とを同時に開始して、矢印８０で示すように、第２の燃料２８が第２の燃料経路５６および共通燃料経路５２の両方に沿って空気燃料混合器２０に流れることを可能にするようにプログラムされている。特定の実施形態では、燃料変更中のエンジン１２への過多または過少の燃料供給を回避し、したがって、燃料変更中のエンジンの安定性を改善するために、オン／オフバルブ６８、７０の開閉の際に、短い間隔（例えば、５秒以下）にわたって、オン／オフバルブ６８、７０の両方が開放または閉鎖されてもよい。
【００２３】
上述のように、第１および第２の燃料２４、２８は、異なる物理的および化学的特性（例えば、天然ガス対プロパン）を含む。例えば、燃料２４、２８は、異なる化学的熱容量、ウォッベ指数、比重および／または他の特性を含むことができる。特定の実施形態では、第１の燃料２４（例えば、より少量のエタン、プロパン、および他の重質炭化水素と共にメタンを主に含む天然ガス）をエンジン１２によって利用される一次的な燃料とすることができ、第２の燃料２８（例えば、プロパン）を二次的な燃料としてもよい。特定の実施形態では、第１の燃料２４は、第２の燃料２８よりも低い化学物質含有量およびウォッベ指数の両方を含んでもよい。結果として、第１の燃料２４は、二重燃料システム２２によって第２の燃料２８よりも高い圧力で調整されてもよい。第１の燃料２４がより高い圧力で調整される実施形態では、第２の燃料経路は第２のオン／オフバルブ７０を含まなくてもよい。代わりに、第１の燃料経路５４のためのオン／オフバルブ６８が開いているときに、第１の燃料経路５４および共通燃料経路５２内の第１の燃料２４の圧力は、第２の燃料経路５６からの第２の燃料２８の流れを遮断する。
【００２４】
また、ＥＣＵ４２は、第１の燃料２４と第２の燃料２８との間の変更を単一のスイッチまたはリレーを介して始動させることができる１つまたは複数のプロセスパラメータ（例えば、第１の燃料２４の圧力）を監視することができる。例えば、監視されたプロセスパラメータは、しきい値を下回るか、しきい値を上回るか、ある範囲内に入るか、またはある範囲外になると、燃料２４と燃料２８との間の変更を始動することができる。さらに、ＥＣＵ４２はまた、第１および第２の燃料２４、２８のうちのいずれがエンジン１２に到来しても、エンジン１２の動作中に燃料２４、２８の間の変更を制御するときに、エンジン点火時期および所望の空気対燃料比を、適切なエンジン点火時期および適切な所望の空燃比に変更することができる。
【００２５】
図３は、二重燃料システム２２（例えば、２つの電子制御バルブを有する）の一実施形態のブロック図を示す。二重燃料システム２２は、２つの例外を除いて図２に記載されている通りである。図示するように、第１の燃料手動調整バルブ７４は、空気燃料混合器２０と位置６０との間の共通燃料経路５２に沿って配置されている。さらに、各燃料経路５４、５６は、ＥＣＵ４２に結合された電子制御バルブを含む。第１の燃料経路５４は、位置６０と第１の燃料ガス調整器６４との間に配置された第１の電子制御バルブ８２（例えば、燃料制御バルブ）を含む。第２の燃料経路５６は、位置６０と第２の燃料ガス調整器６６との間に配置された第２の電子制御バルブ８４（例えば、燃料制御バルブ）を含む。このように、電子制御バルブ８２、８４は、それぞれ第１および第２の燃料２４、２８に関して所望の空気対燃料比またはラムダを個別に調整（例えば、維持）することができる。
【００２６】
図４は、二重燃料システム２２（例えば、気化器８６を有する）の一実施形態のブロック図を示す。二重燃料システム２２は、上述のように機能する電子制御バルブ４８を含む。第１の燃料経路５４は、第１の燃料２４（例えば、気体燃料）のための第１の燃料供給源２６の下流に配置されたセンサ８８（例えば、圧力トランスデューサ）を含む。第１の燃料経路５４はまた、第１の燃料経路５４に沿って直列に配置された第１のソレノイドバルブ９０（例えば、ＥＳＭ駆動ソレノイドバルブ）および第２のソレノイドバルブ９２（例えば、ＥＣＭ駆動ソレノイドバルブ）を含む。第１の燃料経路５４はまた、位置６０とソレノイドバルブ９２との間に配置された、上述の第１の燃料ガス調整器６４を含む。第２の燃料経路５６は、第２の燃料（例えば、液体燃料）のための第２の燃料供給源３０の下流に配置された手動バルブ９４（例えば、遮断バルブ）を含む。第２の燃料経路５６はまた、バルブ９４と気化器８６との間に配置されたソレノイドバルブ（例えば、ＥＳＭ駆動ソレノイドバルブ）を含む。第２の燃料経路５６は、ソレノイドバルブ９６と第２の燃料手動調整バルブ７６との間に配置された気化器８６を含む。バルブ７６は、位置６０と気化器８６との間の第２の燃料経路５６に沿って配置される。
【００２７】
センサ８８は、第１の燃料２４の圧力を監視し、バルブ９０と通信する。あるいはまたはさらに、センサ８８は、バルブ９２に結合されたＥＣＵ４２と通信することができる。特定の実施形態では、第１の燃料２４の圧力が特定のしきい値を下回る場合には、ソレノイドバルブ９０および／またはソレノイドバルブ９２を閉じて、第１の燃料経路５４を通る第１の燃料２４の流れを遮断することができる。バルブ６４は、上述したように機能する。
【００２８】
第２の燃料経路５６では、バルブ９４を手動で開閉して、経路５６に沿った第２の燃料２８の流れを制御することができる。あるいはまたはさらに、第１の燃料２４の圧力が特定のしきい値を下回る場合には、ソレノイドバルブ９６（センサ８８と通信することができる）を開放することができ、第１の燃料２４の圧力がしきい値以上の場合にはソレノイドバルブ９６を閉鎖することができる。気化器８６は液体の第２の燃料２８を気体状態に変換する。バルブ７６は、上述したように機能することができる。
【００２９】
特定の実施形態では、第２の燃料経路５６は、気化器８６の下流に配置されたＴ接続部を含むことができ、Ｔ接続部は、第２の燃料経路５６内の圧力を調整することを可能にするリリーフバルブを有する流体導管に結合される。特定の実施形態では、第２の燃料経路５６は、気化器とＴ接続部の両方の下流に配置された１つまたは複数の電子燃料遮断バルブも含むことができる。
【００３０】
開示された実施形態の技術的効果は、コントローラ（例えば、ＥＣＵ４２）と、第１の燃料２４と第２の燃料２８との混合上で燃焼エンジン１２を動作させることを回避しながら、燃焼エンジン１２の動作中に第１の燃料２４と第２の燃料２８との間の変更を可能にする電子制御バルブ４８を有する二重燃料システム２２と、を含むシステムを提供することを含む。さらに、ガス圧力調整システム６２および機械的調整システム７２と共にコントローラは、燃焼エンジン１２が第１の燃料２４または第２の燃料２８のいずれで動作しているかに関わらず、電子制御バルブ４８がエンジン動作速度および負荷の両方の制御範囲内に留まることを可能にすることができる。開示された実施形態は、エンジン負荷を最小限に抑えながら、第１の燃料２４と第２の燃料２８との間の変更を可能にする。さらに、開示する実施形態は、排出物および燃料消費を最小限に抑えるために空気対燃料比の電子制御を維持しながら、異なる燃料の間のスムーズな移行を可能にする。
【００３１】
本明細書は最良の形態を含む発明の主題を開示するため、および、あらゆるデバイスまたはシステムを製作し、ならびに使用し、およびあらゆる組込方法を実行することを含む任意の当業者が本発明の主題を実施することを可能にするための例を用いる。主題の特許可能な範囲は、特許請求の範囲によって定義され、当業者が想到するその他の実施例を含むことができる。このような他の実施例は、特許請求の範囲の文言との差がない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言との実質的な差がない等価の構造要素を含む場合、特許請求の範囲内にある。
【符号の説明】
【００３２】
１０  エンジン駆動発電システム
１２  燃焼エンジン
１４  燃焼室
１６  空気供給源
１８  加圧酸化剤
２０  空気燃料混合器
２２  二重燃料システム
２４  第１の燃料
２５  ＥＣＵ
２６  第１の燃料供給源
２８  第２の燃料
３０  第２の燃料供給源
３２  燃料空気混合気
３４  ピストン
３６  シリンダ
３８  シャフト
４０  負荷
４２  ＥＣＵ
４４  プロセッサ
４６  メモリ
４８  電子制御バルブ
５０  第１の端部
５２  共通燃料経路
５４  第１の燃料経路
５６  第２の燃料経路
５８  第２の端部
６０  位置
６２  ガス圧力調整システム
６４  第１の燃料ガス調整器
６６  第２の燃料ガス調整器
６８  第１のオン／オフバルブ
７０  第２のオン／オフバルブ
７２  機械的調整システム
７４  第１の燃料手動調整バルブ
７６  第２の燃料手動調整バルブ
７８  矢印
８０  矢印
８２  電子制御バルブ
８４  第２の電子制御バルブ
８６  気化器
８８  センサ
９０  第１のソレノイドバルブ
９２  第２のソレノイドバルブ
９４  手動バルブ
９６  ソレノイドバルブ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【国際調査報告】
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2018524509.tif 000008
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