(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリンダと、シリンダ内で往復動するピストンと、シリンダヘッドとにより区画される主燃焼室内に導入された気体燃料と空気との混合気を着火させる手段としての、火花点火を行う点火プラグと、液体燃料噴射弁から予燃焼室内に噴射されるパイロット油で着火燃焼させるパイロット燃料噴射弁付き予燃焼室とが設けられたガスエンジンの起動方法であって、
前記点火プラグの点火作動開始と、液体燃料噴射弁からのパイロット油の噴射とを行った後、前記ガスエンジンのスタート時点の冷却水温度に基づいて定めた前記ガスエンジンが火花点火を停止してもエンジン停止しない前記スタート時点からの指定経過時間、および前記ガスエンジンのスタート時点の室温に基づいて定めた前記ガスエンジンが火花点火を停止してもエンジン停止しない前記スタート時点からの指定経過時間のうち、長い方の指定経過時間の経過後に前記点火プラグの点火停止を行うことを特徴とするパイロット着火ガスエンジンの起動方法。
【請求項２】
シリンダと、シリンダ内で往復動するピストンと、シリンダヘッドとにより区画される主燃焼室内に導入された気体燃料と空気との混合気を着火させる手段としての、火花点火を行う点火プラグと、液体燃料噴射弁から予燃焼室内に噴射されるパイロット油で着火燃焼させるパイロット燃料噴射弁付き予燃焼室とが設けられたガスエンジンの起動装置であって、
前記ガスエンジンのスタート時点の冷却水温度に基づいて前記スタート時点からの指定経過時間を設定する冷却水温起因経過時間設定手段と、前記ガスエンジンのスタート時点の室温に基づいて前記スタート時点からの指定経過時間を設定する室温起因経過時間設定手段と、前記冷却水温起因経過時間設定手段と室温起因経過時間設定手段とで設定された各指定経過時間を比較し、長い方の指定経過時間を前記点火プラグの点火停止信号を発するタイマーに設定する経過時間比較手段とが設けられ、前記点火プラグの点火作動開始と、液体燃料噴射弁からのパイロット油の噴射とを行った後、前記点火プラグの点火停止を行うコントローラが設けられていることを特徴とするパイロット着火ガスエンジンの起動装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、主燃焼室に導入された気体燃料と空気との混合気を、液体燃料噴射弁付き予燃焼室で当該液体燃料噴射弁から噴射されるパイロット油によって、着火燃焼させる予燃焼室方式のパイロット着火と、当該混合気を点火プラグによって着火燃焼させる火花点火とを併用するガスエンジンの起動方法および起動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
出願人は、主燃焼室に導入された気体燃料と空気との混合気を、液体燃料噴射弁付き予燃焼室で当該液体燃料噴射弁から噴射されるパイロット油によって、着火燃焼させる予燃焼室方式のパイロット着火と、当該混合気を点火プラグによって着火燃焼させる火花点火とを併用するガスエンジンを提案した（特開２０００−６４８３８号公報）。
これは、図９に示す予燃焼室方式のパイロット着火式のガスエンジン１であり、例えば、産業用または民生用の定置型発電設備を駆動するのに好適なものである。
このガスエンジン１は、シリンダライナ（シリンダ）２と、シリンダライナ２内を上下に往復動するピストン３と、液体燃料噴射弁４と予燃焼室５を備えた液体燃料噴射弁付き予燃焼室のユニット６を有するシリンダヘッド７とを有している。
【０００３】
この液体燃料噴射弁付き予燃焼室のユニット６によるパイロット着火は、次のようにして行われる。すなわち、都市ガス等の燃料ガス（気体燃料）が空気と混合されて、シリンダライナ２とピストン３とシリンダヘッド７とで区画された主燃焼室８に、シリンダヘッド７の吸気ポートを経て供給され、かつピストン３の圧縮行程の後半には、全熱量比で約１％に相当する燃料油が、液体燃料噴射弁４から、予燃焼室５内に、パイロット油として噴射される。その結果、高温高圧の雰囲気下でパイロット油が圧縮着火され、これを着火源として、主燃焼室８内の燃料ガスが燃焼される。
一方、このシリンダヘッド７には、この液体燃料噴射弁４の他に、点火プラグ９も設けられ、点火プラグ９とパイロット燃料噴射弁付予燃焼室のユニット６と共に主燃焼室５の混合気の着火源として使用できるようにしている。
【０００４】
上記のように構成されたパイロット着火ガスエンジンにあっては、点火プラグ９とパイロット燃料噴射弁付予燃焼室のユニット６とによる多点点火によって、燃焼促進が図られ、エンジンの燃焼性を改善することができて、エンジン熱効率を向上させることができると共に、起動時のパイロット燃料噴射弁系を動作させていても、所定の回転数に達しないとパイロット油が噴射できず、着火源として機能しないという問題点をも解決したものである。
【０００５】
すなわち、このパイロット燃料噴射弁系は、パイロット油量（燃料噴射ポンプのラック）の設定値に応じた所定のエンジン回転数に達するまでは、パイロット燃料噴射弁から少量の燃料油（パイロット油）を噴射できない。燃料吐出量を設定する燃料ラック位置の指示値が小さいほど、無噴射域となるエンジン回転数の範囲（液体燃料噴射弁４からの燃料油の噴射を開始させない回転数の領域）が広くなる。例えば、燃料ラックの位置を、全熱量比で約１％のパイロット油量を吐出するに相当する位置である８ｍｍに設定すると、エンジン回転数が約６００ｒｐｍに達するまで、パイロット油が液体燃料噴射弁から噴射されない。
したがって、起動時には、点火プラグ９による火花点火を行って、主燃焼室８内に供給された気体燃料と空気との混合気に確実に着火すると共に、パイロット燃料噴射弁系も動作させる。
【０００６】
パイロット燃料噴射弁系は、パイロット油量（燃料噴射ポンプのラック）の設定値に応じた所定のエンジン回転数に達すると、パイロット燃料噴射弁から少量の燃料油（パイロット油）を噴射できるようになる。この噴射した燃料油が着火燃焼し、これが点火源となって予燃焼室５内の混合気が着火燃焼し、次いで予燃焼室５にて燃焼した火炎が、噴口５ａを通って主燃焼室８に伝播し、主燃焼室８の混合気の着火源となって、主燃焼室８の混合気全体が燃焼する。これにより、パイロット燃料噴射弁からのパイロット油による着火もなされるようになる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
斯くの如く、起動時には、点火プラグ９による火花点火とパイロット燃料噴射弁付予燃焼室のユニット６のパイロット着火を用いて、主燃焼室８内に供給された気体燃料と空気との混合気に確実に着火するから、エンジンが起動時に着火不良により停止するようなことがなく確実に起動される。これにより、エンジンの起動を円滑に、かつ安定して行うことができるとともに、エンジンの運転を確実に継続することができる。
このようにパイロット燃料噴射による着火が確実となり、これを点火源としての運転が可能となったなら、火花点火を停止しても差し支えなく、そのようにするのが点火プラグの耐用性の点から好ましい。
【０００８】
しかしながら、前記火花点火を停止する場合には、パイロット燃料噴射による着火が確実となったことを判断して行わなければならない。
その判断方法の１つとして、主燃焼室８内の燃焼圧力を計測してその計測結果に基づいて判断を行うことが考えられるが、この場合には、圧力センサーおよびその圧力センサーの信号処理用の増幅器等の機器を新たに設備する必要がある。これらの設備に要する費用は少なからずかかり、製品コストの増大を伴う上に、機器の耐久性、動作の信頼性が劣る問題がある。
また、他の判断方法として、単純にガスエンジンの回転数が定格回転数に達したときに、火花点火を停止することも考えられ、これを実際に試験してみたところ、円滑にエンジンを起動して継続して運転することができず、着火不良によってエンジンが停止してしまうことがあった。その原因を検証したところ、エンジンの冷却水温度やエンジンを設置した室温等の環境によってエンジンの起動性が影響されることが判明した。
【０００９】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたもので、各発明の共通の課題は、パイロット燃料噴射による着火が確実となって火花点火を停止できるタイミングを、前記圧力センサー等の機器を設けて直接的に測定する物理量によって判断するのではなく、通常のエンジンの状態を示す物理量から間接的に判断して的確に設定することができ、起動を円滑、確実に行って運転を安定して継続して行うことができるパイロット着火ガスエンジンの起動方法および起動装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、本発明の請求項１に係るパイロット着火ガスエンジンの起動方法は、シリンダと、シリンダ内で往復動するピストンと、シリンダヘッドとにより区画される主燃焼室内に導入された気体燃料と空気との混合気を着火させる手段としての、火花点火を行う点火プラグと、液体燃料噴射弁から予燃焼室内に噴射されるパイロット油で着火燃焼させるパイロット燃料噴射弁付き予燃焼室とが設けられたガスエンジンの起動方法であって、
前記点火プラグの点火作動開始と、液体燃料噴射弁からのパイロット油の噴射とを行った後、前記ガスエンジンのスタート時点の冷却水温度に基づいて定めた前記ガスエンジンが火花点火を停止してもエンジン停止しない前記スタート時点からの指定経過時間、および前記ガスエンジンのスタート時点の室温に基づいて定めた前記ガスエンジンが火花点火を停止してもエンジン停止しない前記スタート時点からの指定経過時間のうち、長い方の指定経過時間の経過後に前記点火プラグの点火停止を行うことを特徴とする。
【００１４】
また、本発明の請求項２に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置は、シリンダと、シリンダ内で往復動するピストンと、シリンダヘッドとにより区画される主燃焼室内に導入された気体燃料と空気との混合気を着火させる手段としての、火花点火を行う点火プラグと、液体燃料噴射弁から予燃焼室内に噴射されるパイロット油で着火燃焼させるパイロット燃料噴射弁付き予燃焼室とが設けられたガスエンジンの起動装置であって、
前記ガスエンジンのスタート時点の冷却水温度に基づいて前記スタート時点からの指定経過時間を設定する冷却水温起因経過時間設定手段と、前記ガスエンジンのスタート時点の室温に基づいて前記スタート時点からの指定経過時間を設定する室温起因経過時間設定手段と、前記冷却水温起因経過時間設定手段と室温起因経過時間設定手段とで設定された各指定経過時間を比較し、長い方の指定経過時間を前記点火プラグの点火停止信号を発するタイマーに設定する経過時間比較手段とが設けられ、前記点火プラグの点火作動開始と、液体燃料噴射弁からのパイロット油の噴射とを行った後、前記点火プラグの点火停止を行うコントローラが設けられていることを特徴とする。
【００２３】
請求項１に係る発明は、通常、ガスエンジンの状態を示す物理量であるガスエンジンのスタート時点における冷却水温度およびガスエンジンのスタート時点における室温（すなわち、主燃焼室に吸引される空気温度）のいずれもが、間接的にパイロット着火の状態を把握できる物理量であることを見出し、これらの物理量に基づいて、前記点火プラグの点火作動開始と、液体燃料噴射弁からのパイロット油の噴射とを行った後の点火プラグの点火停止を行うようにした。すなわち、ガスエンジンが火花点火を停止してもエンジン停止しないスタート時点からの指定経過時間を、前記ガスエンジンのスタート時点の冷却水温度に基づいて定めた指定経過時間と、前記ガスエンジンのスタート時点の室温に基づいて定めた指定経過時間のうちの、長い方の指定経過時間とすることによって、エンジン停止を起こすことなく、更により確実で安全に運転が続けられるタイミングで、点火プラグの点火停止を行うことができる。したがって、これらの冷却水温や室温は、通常、エンジンの状態を把握する物理量として測定されるものであるので、直接的にパイロット着火の状態を把握する圧力センサー等の新たな計測手段を設けずに、適切に火花点火を停止でき、しかも点火プラグの耐久性を向上することができる。
【００２７】
さらに、前記請求項２に係る発明は、コントローラが、例えば、予め実験的に求めたデータ等から、スタート時点の冷却水温度およびスタート時点の室温の両方に基づいて、火花点火を停止してもエンジン停止しないスタート時点からの指定経過時間を定め、その指定経過時間の経過後に、前記点火プラグの点火停止信号を発する。すなわち、前記コントローラに、冷却水温起因経過時間設定手段と、室温起因経過時間設定手段の両方を設け、経過時間比較手段がこれら冷却水温起因経過時間設定手段と室温起因経過時間設定手段が定めた、火花点火を停止してもエンジン停止しないとする各指定経過時間を比較し、長い方の指定経過時間を点火プラグの点火停止信号を発するタイマーに伝達することにより、エンジン停止を起こすことなく、自動的に的確なタイミングで点火プラグの点火停止を行うことができる。したがって、パイロット着火の状態を直接的に把握する圧力センサー等の新たな計測手段を設けずに、適切に火花点火を停止でき、しかも点火プラグの耐久性が向上する。
【００３７】
なお、以上の請求項において、ガスエンジンの冷却水とは、少なくとも主燃焼室近傍を冷却する冷却水を意味する。
【００３８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置の実施の形態について図面を参照した説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ａを示す。
図１において、１０はパイロット着火ガスエンジンであり、その出力軸に継ぎ手１１を介して発電機１２が連結されて定置型発電設備として利用される。
前記パイロット着火ガスエンジン（ガスエンジン）１０は、図９に示した従来のパイロット着火ガスエンジン１と同様に点火プラグ９とパイロット燃料噴射弁付予燃焼室６（図１には図示せず）とを備えたシリンダヘッド７と主燃焼室８とを含む燃焼室周辺部構造を有している。前記点火プラグ９は点火装置１３に接続されており、該点火装置１３によって動作されて火花を発して主燃焼室８内の混合気に着火させるようになっている。以下、ガスエンジン１０の燃焼室周辺部についての説明は、必要に応じて図９にもとづいて行う。
【００３９】
また、図１において、１４はガスエンジン１０のシリンダヘッド７とシリンダライナ等を冷却する一次冷却水循環回路であり、ガスエンジン１０の入口１４ａと出口１４ｂとを結ぶ冷却水配管１５と、該冷却水配管１５の前記入口１４ａ側に設けた冷却水循環ポンプ１６と、該冷却水循環ポンプ１６と前記出口１４ｂとの間において冷却水配管１５に並列に接続したバイパス配管１７と、該バイパス配管１７に設けた一次水冷却器１８と、該バイパス配管１７の冷却水循環ポンプ１６側の冷却水配管１５への合流部に設けた温度調節弁１９とを備えている。
【００４０】
前記温度調節弁１９は、ガスエンジン１０から流出されバイパス配管１７を通って一次水冷却器１８で冷却された一次冷却水の冷却水配管１５への流入量（ガスエンジン１０から流出された一次冷却水のバイパス配管１７への流量）を調節し、ガスエンジン１０の入口１４ａへ送られる一次冷却水の温度を設定温度に自動調節するものである。前記冷却水配管１５における前記出口１４ｂの近くには、ガスエンジン１０から流出された一次冷却水の温度を検出する冷却水温度センサー２０が設けられている。前記入口１４ａからの一次冷却水は、分岐され各主燃焼室８を冷却し、再び集合されて前記出口１４ｂに至っており、この冷却水温度センサー２０は少なくとも主燃焼室８の近傍の一次冷却水の温度を測定するものである。また、前記ガスエンジン１０が設置されている室内には、ガスエンジン１０の近傍の室温を検出する室温センサー２１が設置されている。
【００４１】
また、２２はガスエンジン１０の起動を制御するコントローラであり、パーソナルコンピュータ、シーケンサー等からなり、ガスエンジン１０の運転を操作する操作盤等に内蔵してまたは外付けにより設けられている。
前記コントローラ２２には、前記冷却水温度センサー２０に接続された冷却水温起因経過時間設定手段２３と、前記室温センサー２１に接続された室温起因経過時間設定手段２４と、前記点火装置１３に接続されタイマー２５と、前記冷却水温起因経過時間設定手段２３と室温起因経過時間設定手段２４とタイマーとに接続された経過時間比較手段２６とが設けられている。
【００４２】
前記冷却水温起因経過時間設定手段２３は、冷却水温度センサー２０で測定されたガスエンジン１０の始動前における一次冷却水温度を入力し、該一次冷却水温度と、予め、記憶されている図２に示すデータとにもとづき、ガスエンジン１０の始動時または定格回転到達時から、始動に合わせて点火された点火プラグ９の点火停止までの時間（指定経過時間）を設定するようになっている。
【００４３】
図２に示すデータは、事前にガスエンジン１０の試運転において、ガスエンジン１０の始動開始と同時に点火プラグ９の点火作動開始と液体燃料噴射弁４からのパイロット油の噴射とを行ってガスエンジン１０を起動させ、ガスエンジン１０の始動開始時からの所定の経過時間ごとに、またはガスエンジン１０が定格回転に達してからの所定の経過時間ごとに点火プラグ９の火花点火を停止し、液体燃料噴射弁４からのパイロット油のみの噴射でガスエンジン１０が着火運転を継続できるか否かの限界の経過時間を、その時のガスエンジン１０の一次冷却水温度に対応して記録したものである。
図２における右側縦軸の始動から点火装置ＯＦＦまでの時間と、左側縦軸の定格回転から点火装置ＯＦＦまでの時間とは、図の如く、定格回転に達するまでの時間が環境に影響されず一定であるため定数と見なすことができ、相互に換算できるものである。したがって、ガスエンジン１０の始動時からの始動に合わせて点火された点火プラグ９の点火停止までの時間と、定格回転到達時からの点火停止までの時間とは、時間の基点を違えて表現しているだけであり、実質的に同じであるので、本発明においては、両者表現を含めて「ガスエンジンのスタート時点からの時間」として一律に取り扱っている。
【００４４】
図２中、○印は、点火プラグ９の火花点火を停止してもガスエンジン１０の液体燃料噴射弁４のみによる着火運転が継続できる場合、×印は火花点火を停止すると着火運転が継続できない場合で、○×印の混在する領域は不安定領域であり、×印と同様に扱われ、折れ線が一次冷却水温度に対する前記経過時間の境界線Ｌ１を示し、その左側の領域ＯＮは、点火プラグ９の火花点火を行わないと、ガスエンジン１０の着火運転が継続できない（ガスエンジン１０が停止する）領域であり、右側の領域ＯＦＦは、点火プラグ９の火花点火を停止しても、ガスエンジン１０の着火運転が継続できる領域である。
【００４５】
したがって、前記冷却水温起因経過時間設定手段２３には、図２に示すデータにもとづいて、点火プラグ９の火花点火を停止しても、ガスエンジン１０液体燃料噴射弁４のみによる着火運転が継続できるようになるエンジンスタート時点からの経過時間が、一次冷却水温度に対する指定経過時間として出力される。
なお、ガスエンジン１０は、通常、予め一次冷却水を４５℃程度に加熱して始動を開始するので、図２ではデータが４５℃以上の範囲で採取されて図示されている。
【００４６】
また、前記室温起因経過時間設定手段２４は、室温センサー２１で測定されたガスエンジン１０の始動前における室温を入力し、該室温と、予め、記憶されている図３に示すデータの境界線Ｌ２にもとづいて、ガスエンジン１０の始動時または定格回転到達時から、始動に合わせて点火された点火プラグ９の点火停止までの時間（指定経過時間）を設定するようになっている。
【００４７】
図３に示すデータは、図２に示すデータと同様に、事前にガスエンジン１０の試運転において、ガスエンジン１０の始動開始と同時に点火プラグ９の点火作動開始と液体燃料噴射弁４からのパイロット油の噴射とを行ってガスエンジン１０を起動させ、ガスエンジン１０の始動開始時からの所定の経過時間ごとに、またはガスエンジン１０が定格回転に達してからの所定の経過時間ごとに点火プラグ９の火花点火を停止し、液体燃料噴射弁４からのパイロット油のみの噴射でガスエンジン１０が着火運転を継続できるか否かの限界の経過時間を、その時のガスエンジン１０が設置された室温に対応して記録したものである。
図３における右側縦軸の始動から点火装置ＯＦＦまでの時間と、左側縦軸の定格回転から点火装置ＯＦＦまでの時間とは、図２と同様に、相互に換算できるものであり、時間の基点を違えて表現しているだけであり、実質的に同じであるので、両者表現を含めて「ガスエンジンのスタート時点からの時間」として一律に取り扱っている。
【００４８】
図３中に、室温に対する前記経過時間の限界が直線状の境界線Ｌ２で示され、該境界線Ｌ２の左側が火花点火を停止すると着火運転が継続できない領域ＯＮとなり、境界線Ｌ２の右側が火花点火を停止してもガスエンジン１０の液体燃料噴射弁４のみによる着火運転が継続できる領域ＯＦＦとなる。
したがって、前記室温起因経過時間設定手段２４には、図３に示すデータの前記境界線Ｌ２にもとづいて、点火プラグ９の火花点火を停止しても、ガスエンジン１０液体燃料噴射弁４のみによる着火運転が継続できるようになったエンジンスタート時点からの経過時間が、室温に対する指定経過時間として出力される。
【００４９】
次に、前記構成のパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ａの作用とともに、その起動方法について説明する。
ガスエンジン１０の起動に際して、操作盤等のスイッチで始動指令Ｓが出されると、気体燃料供給源からの燃料ガス（気体燃料）と空気との混合気がシリンダヘッド７の吸気ポート等に導入され、始動装置によりガスエンジン１０の始動が開始されるとともに、タイマー２５を経て点火装置１３が作動され、前記点火プラグ９の点火作動の開始と液体燃料噴射弁４からのパイロット油の噴射とが開始され、これにより、主燃焼室８内の混合気が着火、燃焼されてガスエンジン１０が回転を開始する。
【００５０】
このとき、コントローラ２２では、冷却水温起因経過時間設定手段２３が、ガスエンジン１０の冷却水配管１５に設けた冷却水温度センサー２０から入力された冷却水出口温度に基づいて、予め記憶されている図２に示すデータから、火花点火を停止してもエンジン停止を起こさないとする指定経過時間を求め、また、室温起因経過時間設定手段２４が、室温センサー２１から入力された室温に基づいて、予め記憶されている図３に示すデータから、火花点火を停止してもエンジン停止を起こさないとする指定経過時間を求め、これらの指定経過時間を経過時間比較手段２６に出力する。
【００５１】
前記経過時間比較手段２６は、前記冷却水温起因経過時間設定手段２３と室温起因経過時間設定手段２４が定めた、エンジン停止を起こさないとする各指定経過時間を比較し、長い方の指定経過時間を前記タイマー２５に伝達し、計時動作時間として設定する。タイマー２５は、ガスエンジン１０のエンジン始動時からの経過時間を計測しており、その計測時間が入力された指定経過時間に達すると、点火装置１３に指令を送り、この指令に基づいて点火装置１３が作動して点火プラグ９の火花点火を可及的速やかに停止させる。これ以後は、ガスエンジン１０は液体燃料噴射弁４からのパイロット油の噴射のみによる着火運転が継続して行われる。
【００５２】
この実施の形態のパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ａおよび起動方法によれば、エンジン停止を起こすことなく、安定してガスエンジン１０の運転が継続されるタイミングで、点火プラグ９の点火停止を自動的に行ってエンジン起動を円滑に行うことができる。これにより、ガスエンジン１０のパイロット着火の状態を直接的に把握する圧力センサー等の新たな計測手段を設けずに、適切に火花点火を停止でき、しかも点火プラグ９の使用時間を短縮して耐久性を向上することができる。
【００５３】
次に、図４は本発明の第２の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ｂを示す。
この実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ｂは、前記第１の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ａの前記コントローラ２２における前記室温起因経過時間設定手段２４と前記経過時間比較手段２６とを省略し、前記冷却水温起因経過時間設定手段２３と前記タイマー２５とを接続してコントローラ２２Ａが構成されたもので、その他の構成は、前記室温センサー２１が省略されている点を除いて、第１の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ａと同一であるので、該起動装置Ａと同一の構成部分には同一の符号を付してそれらに関する説明は省略する。
【００５４】
この実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ｂおよび起動方法においては、前記冷却水温起因経過時間設定手段２３が定めた、火花点火を停止してもエンジン停止を起こさないとする指定経過時間を前記タイマー２５に伝達し、計時動作時間として設定するので、タイマー２５によって計測されたガスエンジン１０のエンジンスタート時点からの経過時間が指定経過時間に達すると、点火装置１３に指令が送られてこの指令に基づいて点火装置１３が作動して点火プラグ９の火花点火が可及的速やかに停止され、すなわち、エンジン停止を起こすことなく、安定してガスエンジン１０の運転が継続されるタイミングで、点火プラグ９の点火停止が自動的に行われてエンジン起動が円滑に行われる。
この実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ｂおよび起動方法によれば、前記第１の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ａおよび起動方法と同様な作用効果が奏される上に、コントローラ２２Ａの構成を簡略にすることができる。
【００５５】
また、図５は本発明の第３の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ｃを示す。
この実施の形態に係るガスエンジンの起動装置Ｃは、前記第１の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ａの前記コントローラ２２における前記冷却水温起因経過時間設定手段２３と前記経過時間比較手段２６とを省略し、前記室温起因経過時間設定手段２４と前記タイマー２５とを接続してコントローラ２２Ｂが構成されたもので、その他の構成は、前記冷却水温度センサー２０が省略されている点を除いて、第１の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ａと同一であるので、該起動装置Ａと同一の構成部分には同一の符号を付してそれらに関する説明は省略する。
【００５６】
この実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ｃおよび起動方法においては、前記室温起因経過時間設定手段２４が定めた、火花点火を停止してもエンジン停止を起こさないとする指定経過時間を前記タイマー２５に伝達し、計時動作時間として設定するので、タイマー２５によって計測されたガスエンジン１０のエンジン始動時からの経過時間が指定経過時間に達すると、点火装置１３に指令が送られてこの指令に基づいて点火装置１３が作動して点火プラグ９の火花点火が可及的速やかに停止され、すなわち、エンジン停止を起こすことなく、安定してガスエンジン１０の運転が継続されるタイミングで、点火プラグ９の点火停止が自動的に行われてエンジン起動が円滑に行われる。
この実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ｃおよび起動方法によれば、前記第１の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ａおよび起動方法と同様な作用効果が奏される上に、コントローラ２２Ｂの構成を簡略にすることができる。
【００５７】
さらに、図６は本発明第４の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ｄのを示す。
この実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ｄは、前記第１の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ａの前記コントローラ２２における前記冷却水温起因経過時間設定手段２３と前記室温起因経過時間設定手段２４と前記経過時間比較手段２６とを省略し、前記タイマー２５のみを有してコントローラ２２Ｃが構成されたもので、前記タイマー２５には、前記冷却水温起因経過時間設定手段２３や前記室温起因経過時間設定手段２４からの入力によることなく、予め選択された特定の指令経過時間が設定されている。
その他の構成は、前記冷却水温度センサー２０と室温センサー２１が省略されるとともに、前記冷却水循環回路１４に冷却水保温回路１４Ａが付加されている点を除いて、第１の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ａと同一であるので、該起動装置Ａと同一の構成部分には同一の符号を付してそれらに関する説明は省略する。
【００５８】
前記冷却水保温回路１４Ａは、前記冷却水配管１５におけるガスエンジン１０の出口１４ｂの近くと前記冷却水循環ポンプ１６の下流である前記入口１４ａ近くとを連絡する保温水配管１５Ａに、前記出口１４ｂ側から順に温水循環ポンプ１６Ａ、ヒータＨ、逆止弁１５ａを設けてなり、ガスエンジン１０の始動前に、前記温水循環ポンプ１６ＡとヒータＨを作動させることにより、予め所定温度に加温した一次冷却水をガスエンジン１０内に循環するようになっている。
なお、図示してないが、コントローラ２２Ｃには、前記始動指令Ｓがタイマー２５に出されても、前記保温水循環回路１４Ａによって一次冷却水が前記所定温度になっていないときは、前記タイマー２５が作動を開始しないように、また、前記保温水循環回路１４Ａと前記冷却水循環回路１４は一方が作動するとき他方が停止されるように、それぞれインターロック回路が組み込まれている。
また、前記逆止弁１５ａは冷却水配管１５側から保温水配管１５Ａ側への一次冷却水の流入を阻止するものであり、また、前記冷却水配管１５における冷却水循環ポンプ１６と前記温度調節弁１９との間には、温度調節弁１９側への一次冷却水の逆流を阻止する逆止弁１５ｂが設けられている。
【００５９】
図６に示す実施の形態に係る起動装置Ｄは、例えば、一次冷却水の水温が４５℃以上に加温されていないと、ガスエンジン１０が始動しないようになっているガスエンジンシステム等の始動時の環境に特段の事情がある場合に好適に適用することができる。
前記一次冷却水をガスエンジンの始動前に加温し、一次冷却水の水温が４５℃以上に加温されていないとガスエンジンが始動しないようになっているガスエンジン１０にあっては、図２に示すように、スタート時点からの経過時間が４００秒経過した後に可及的速やかに点火プラグ９の点火停止を行えば、一次冷却水が４５℃以上のいかなる冷却水温度であっても、ガスエンジン１０の着火運転が継続できる領域ＯＦＦ（安全領域）となる。
【００６０】
すなわち、ガスエンジン１０の始動時の一次冷却水の温度が４５℃未満に下がった状態にならないという特段の事情がある場合、点火プラグ９の点火作動開始と液体燃料油噴射弁４からのパイロット油の噴射とを行った後で、ガスエンジン１０のスタート時点からの経過時間が４００秒経過した後に、可及的速やかに点火プラグ９の点火停止を行う起動方法を行えばよいことになる。
したがって、前記起動装置Ｄによってガスエンジン１０を起動する場合には、前記コントローラ２２Ｃのタイマー２５に、ガスエンジン１０のスタート時点の一次冷却水の冷却水温度４５℃に基づき、４００秒以上の経過時間を指定経過時間として設定しておく。
【００６１】
この実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ｄおよび起動方法においては、前記コントローラ２２Ｃの前記タイマー２５に前記のようにして定めた、火花点火を停止してもエンジン停止を起こさないとする特定の指定経過時間が設定されるので、タイマー２５によって計測されたガスエンジン１０のエンジン始動時からの経過時間が前記特定の指定経過時間に達すると、点火装置１３に指令が送られてこの指令に基づいて点火装置１３が作動して点火プラグ９の火花点火が可及的速やかに停止され、すなわち、エンジン停止を起こすことなく、安定してガスエンジン１０の運転が継続されるタイミングで、点火プラグ９の点火停止が自動的に行われてエンジン起動が円滑に行われる。
この実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ｄおよび起動方法によれば、前記第１の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ａおよび起動方法と同様な作用効果が奏される上に、コントローラ２２Ｃの構成を極めて簡略にすることができる。
【００６２】
また、図７は本発明の第５の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ｅを示す。
この実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ｅは、コントローラ２２Ｄが、前記冷却水温度センサー２０から入力される一次冷却水出口温度と設定値入力手段２７から入力された設定温度値とを比較し、一次冷却水出口温度が設定温度値以上になったとき温度到達情報を出力する温度比較手段２８と、ガスエンジン１０の継ぎ手１１の回転を検出してガスエンジンの回転数を計測する回転数センサー２９と、該回転数センサー２９から入力されるエンジン回転数と予め記憶されているエンジン定格回転数とを比較し、エンジン回転数が定格回転数の８０％以上に達したとき回転数到達情報を出力する回転数比較手段３０と、前記温度比較手段２８と前記回転数比較手段３０の両方から発せられる出力情報を入力したとき、前記点火装置１３に点火プラグ９の点火停止信号を発するアンド回路手段３１とを備えている。
その他の構成は、前記室温センサー２１が省略されている点を除いて、第１の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ａと同一であるので、該起動装置Ａと同一の構成部分には同一の符号を付してそれらに関する説明は省略する。
【００６３】
図８は、点火プラグ９の点火作動開始と液体燃料油噴射弁４からのパイロット油の噴射とを行ってガスエンジン１０を起動し、該ガスエンジン１０を定格回転数付近に達する経過時間だけ運転させた後に、点火プラグ９の点火停止をしたとき、ガスエンジン１０がパイロット着火だけでエンジン停止することなく運転を継続できるか否かを、一次冷却水出口温度との関係において実験した結果であり、一次冷却水出口温度が３５℃以下では、点火プラグ９の点火停止をするとエンジン停止が起こり（領域ＮＧ）、３５〜６０℃未満ではエンジン停止をしたり、しなかったりして不安定となり（不安定領域ＮＯ）、６０℃以上では点火プラグ９の点火停止をしても運転を継続できる（安定領域ＯＫ）ことが判明した。
したがって、前記起動装置Ｅでは前記コントローラ２２Ｄの回転数比較手段３０には、ガスエンジン１０の定格回転数の８０％が設定、記憶され、前記温度比較手段２８には、６０℃以上の温度であれば適宜温度を設定することができる。
【００６４】
この実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ｅおよび起動方法においては、温度調節弁１９は、一次冷却水温度が例えば８０℃になるまでは一次冷却水が一次冷却器１８のあるバイパス配管１７に流れないように閉じている状態であり、この状態でコントローラ２２Ｄの回転数比較手段が、回転数センサー２９で検出された前記ガスエンジン１０の回転数が定格回転数の８０％以上になったなら、回転数到達情報をアンド回路手段３１に出力し、また、前記温度比較手段２８が、冷却水温度センサー２０で検出されたガスエンジン１０の冷却水出口温度が、前記設定値入力手段２７で予め入力されている設定温度以上になったと判定すると、この温度到達情報をアンド回路手段に出すので、アンド回路手段が、温度到達情報と回転数到達情報の両方を受けて前記点火装置１３に指令を送り、この指令に基づく点火装置１３の作動で前記点火プラグ９の点火停止が行われ、すなわち、冷却水出口温度が設定温度以上に達した以降に可及的速やかに点火プラグ９点火停止が行われる。
【００６５】
これにより、自動的に的確なタイミングでエンジン停止を起こすことなく、点火プラグの点火停止を行うことができる。これにより、エンジン停止を起こすことなく、安定してガスエンジン１０の運転が継続される的確なタイミングで、点火プラグ９の点火停止が自動的に行われてエンジン起動が円滑に行われる。
この実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ｅおよび起動方法によれば、前記第１の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置Ａおよび起動方法と同様な作用効果が奏される。
【００６６】
【発明の効果】
本発明は、パイロット燃料噴射による着火が確実となって火花点火を停止できるタイミングを、燃焼室内の圧力を計測する圧力センサー等の機器を設備して直接的に測定することなく、通常のガスエンジンに係る状態を示す物理量であるガスエンジンのスタート時点の冷却水温度と、ガスエンジンのスタート時点におけるエンジン設置室の室温とから間接的に判断して設定することができる。
さらに、前記タイミングの設定によって、適切に点火プラグの作動時間を可及的に短くすることができ、点火プラグの耐久性を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の第１の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置を示す系統図である。
【図２】  ガスエンジンの１次冷却水温度とエンジン始動時から点火プラグの点火停止をするまでの時間の関係を示す線図である。
【図３】  ガスエンジンの設置室の室温とエンジン始動時から点火プラグの点火停止をするまでの時間の関係を示す線図である。
【図４】  本発明の第２の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置を示す系統図である。
【図５】  本発明の第３の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置を示す系統図である。
【図６】  本発明の第４の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置を示す系統図である。
【図７】  本発明の第５の実施の形態に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置を示す系統図である。
【図８】  ガスエンジンの１次冷却水温度とエンジン起動時における起動の良否の関係を示す線図である。
【図９】  従来のパイロット着火ガスエンジンの要部の縦断面図である。
【符号の説明】
１、１０  ガスエンジン
２  シリンダライナ（シリンダ）
３  ピストン
４  液体燃料噴射弁
７  シリンダヘッド
８  主燃焼室
９  点火プラグ
１０  パイロット着火ガスエンジン（ガスエンジン）
１１  継ぎ手
１３  点火装置
１４  冷却水循環回路
１５  冷却水配管
２０  冷却水温度センサー
２１  室温センサー
２２，２２Ａ，２２Ｂ，２２Ｃ，２２Ｄ  コントローラ
２３  冷却水温起因経過時間設定手段
２４  室温起因経過時間設定手段
２５  タイマー
２６  経過時間比較手段
２７  設定値入力手段
２８  温度比較手段
２９  回転数センサー
３０  回転数比較手段
３１  アンド回路手段
【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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【図９】
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