(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気系にミキサを介装し、該ミキサには空気供給ライン及び燃料供給ラインが連通しており、燃料供給ラインは混合燃料貯蔵手段に連通し、該混合燃料貯蔵手段には単位量当りの発熱量が相違する複数の燃料が各々供給されており、該複数の燃料の中で単位量当りの発熱量が最も高い燃料を前記混合燃料貯蔵手段に供給するラインから分岐した分岐ラインが、内燃機関の副室に連通していることを特徴とする内燃機関。
【請求項２】
吸気系にミキサを介装し、該ミキサには空気供給ライン及び燃料供給ラインが連通しており、燃料供給ラインは混合燃料貯蔵手段に連通し、単位量当りの発熱量が相違する複数の燃料の各々を前記混合燃料貯蔵手段に供給する複数の供給ラインにはそれぞれ圧力検出手段が介装されており、該複数の供給ラインの各々から分岐ラインが分岐しており、該分岐ラインは内燃機関の副室に連通していると共に、該分岐ラインの各々には開閉弁が介装されており、前記圧力検出手段の検出信号を入力して前記開閉弁に開閉制御信号を出力する制御手段を備え、該制御手段は、前記圧力検出手段の検出結果が所定圧力以上である前記複数の燃料の中から、単位量当りの発熱量が最も高い燃料を選択し、選択された燃料が流れる供給ラインから分岐する分岐ラインに介装された開閉弁のみを開放し、その他の前記開閉弁を閉鎖する制御を行う様に構成されていることを特徴とする内燃機関。
【請求項３】
請求項２の内燃機関を運転制御する方法において、前記複数の燃料の中から単位量当りの発熱量が最も高い燃料を選択する選択工程と、前記圧力検出手段により前記選択工程で選択された燃料が流過する供給ラインの圧力を検出する圧力検出工程と、該圧力検出工程の検出結果が所定圧力以上の場合は前記選択工程で選択された燃料が流過する供給ラインから分岐している分岐ラインに介装された開閉弁のみを開放し他の開閉弁は閉鎖する弁開閉工程とを有し、前記圧力検出工程の検出結果が所定圧力未満の場合には当該燃料を除外して前記選択工程を繰り返すことを特徴とする内燃機関の運転制御方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダ内に供給される燃料が、単位量当りの発熱量が相違する複数の燃料を混合した混合燃料である内燃機関に関する。
【０００２】
【従来の技術】
単位量当りの発熱量が相違する複数の燃料を混合した混合燃料を用いる従来の内燃機関（例えばガスエンジン）が、図４に示されている。
【０００３】
図４において、清浄化及び加熱昇温された外部空気Ａｉｒがミキサ５に供給され、混合燃料ガスＦｍが混合燃料ガスタンクＴｎからミキサ５に供給されるよう構成されている。
混合燃料ガスタンクＴｎには、それぞれの単位量当りの発熱量が相違する第１〜第４の燃料供給源Ｆ１〜Ｆ４から加圧状態で混合燃料ガスタンクＴｎに供給され、混合されて、混合燃料ガスＦｍになっている。
第１〜第４の燃料供給源Ｆ１〜Ｆ４から供給される燃料ガスの成分は、発熱量の差だけでなく、ＣＯ２やＮ２等の不活性成分含有量等の組成成分差もあって、供給される燃料の割合によっては燃焼性能に大きな差が生じている。
ここで、混合燃料ガスＦｍは、供給されるガス種の割合が変動すると、混合された性状、発熱量に”ばらつき”が生じた状態で、ミキサ５に供給される。
このため、ミキサ５で空気Ａｉｒによって混合攪拌された吸気ガスＧｓが空気比変動を生じ、機関Ｅに吸入され燃焼する場合に、着火タイミング、燃焼伝播速度等に影響を及ぼして、燃焼不良、燃費不良、出力変動及び出力低下等が発生する。
【０００４】
近年の省エネルギ化の要請、環境問題意識の高まりから、複数の燃料の一つとして、前記燃料源Ｆ１〜Ｆ４に、所謂「バイオガス」を用いる場合が多い。
しかし、バイオガスの様な低発熱量燃料ガスは組成が一定しておらず、従って、混合燃料ガスＦｍ自体の組成も不均一である。そして、ミキサ５だけでの混合調整による燃焼安定はできない。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の問題点に対処するべく提案されたものであり、発熱量が相違する複数の燃料を混合した混合燃料を燃料とする内燃機関及びその運転制御方法であって、前記混合燃料の組成の不均一に起因する各種不都合を解消することが出来る様な内燃機関及びその運転制御方法の提供を目的としている。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の内燃機関は、吸気系（吸気管７）にミキサ（５）を介装し、該ミキサ（５）には空気供給ライン（３）及び燃料供給ライン（６）が連通しており、燃料供給ライン（６）は混合燃料貯蔵手段（タンクＴｎ）に連通し、該混合燃料貯蔵手段（Ｔｎ）には単位量当りの発熱量が相違する複数の燃料（ガス▲１▼〜▲４▼）が各々供給されており、該複数の燃料（ガス▲１▼〜▲４▼）の中で単位量当りの発熱量が最も高い燃料（ガス▲１▼）を前記混合燃料貯蔵手段（タンクＴｎ）に供給するライン（Ｌ１）から分岐した分岐ライン（ＢＬ１）が、内燃機関（例えばエンジンＥｎ）の副室（Ｃｓ）に連通している（請求項１：図１）。
【０００７】
係る構成を具備する本発明によれば、複数の燃料の中で単位量当りの発熱量が最も高い燃料（ガス▲１▼）のみが、内燃機関（例えばエンジンＥｎ）の副室（Ｃｓ）へ常に供給されるので、副室（Ｃｓ）内は燃焼状態が安定し、その結果、混合燃料の組成の不均一が生じても、主燃焼室を含めた内燃機関の燃焼状態は安定するのである。
【０００８】
また本発明の内燃機関は、吸気系（吸気管（７））にミキサ（５）を介装し、該ミキサ（５）には空気供給ライン（３）及び燃料供給ライン（６）が連通しており、燃料供給ライン（６）は混合燃料貯蔵手段（タンクＴｎ）に連通し、単位量当りの発熱量が相違する複数の燃料（ガス▲１▼〜▲４▼）の各々を前記混合燃料貯蔵手段（タンクＴｎ）に供給する複数の供給ライン（Ｌ１〜Ｌ４）にはそれぞれ圧力検出手段（Ｓｐ１〜Ｓｐ４）が介装されており、該複数の供給ライン（Ｌ１〜Ｌ４）の各々から分岐ライン（ＢＬ１〜ＢＬ４）が分岐しており、該分岐ライン（ＢＬ１〜ＢＬ４）は内燃機関（例えばエンジンＥｎ）の副室（Ｃｓ）に連通していると共に、該分岐ライン（ＢＬ１〜ＢＬ４）の各々には開閉弁（Ｖ１〜Ｖ４）が介装されており、前記圧力検出手段（Ｓｐ１〜Ｓｐ４）の検出信号を入力して前記開閉弁（Ｖ１〜Ｖ４）に開閉制御信号を出力する制御手段（２０）を備え、該制御手段（２０）は、前記圧力検出手段（Ｓｐ１〜Ｓｐ４）の検出結果が所定圧力以上である前記複数の燃料の中から、単位量当りの発熱量が最も高い燃料を選択し、選択された燃料が流れる供給ラインから分岐する分岐ラインに介装された開閉弁のみを開放し、その他の前記開閉弁を閉鎖する制御を行う様に構成されている（請求項２：図２、図３）。
【０００９】
そして、係る内燃機関（請求項２：図２、図３）を運転制御する方法は、前記複数の燃料の中から単位量当りの発熱量が最も高い燃料を選択する選択工程と、前記圧力検出手段（Ｓｐ１〜Ｓｐ４）により前記選択工程で選択された燃料が流過する供給ライン（Ｌ１〜Ｌ４）の圧力を検出する圧力検出工程と、該圧力検出工程の検出結果が所定圧力以上の場合は前記選択工程で選択された燃料が流過する供給ラインから分岐している分岐ラインに介装された開閉弁のみを開放し他の開閉弁は閉鎖する弁開閉工程とを有し、前記圧力検出工程の検出結果が所定圧力未満の場合には当該燃料を除外して前記選択工程を繰り返す（請求項３：図２、図３）。
【００１０】
係る構成を具備する本発明によれば、供給量を消費した燃料、すなわち前記圧力検出手段（Ｓｐ１〜Ｓｐ４）の検出結果が所定値未満の燃料を除外して、供給量を消費しておらず、圧力検出手段の検出結果が所定値以上となっている燃料の中から、単位量当りの発熱量が最も高い燃料を選択し、対応する開閉弁（前記選択工程で選択された燃料が流過する供給ラインから分岐している分岐ラインに介装された開閉弁）のみを開放することにより、その燃料が流過している燃料供給ラインから分岐する分岐ラインのみ内燃機関の副室に連通せしめている。
従って、供給量が十分にある燃料の中で、単位量当りの発熱量が最も高い燃料のみが、内燃機関（例えばエンジンＥｎ）の副室（Ｃｓ）へ常に供給されるので、副室（Ｃｓ）内は燃焼状態が安定し、その結果、混合燃料の組成の不均一が生じても、内燃機関の燃焼状態は安定するのである。
【００１１】
副室（Ｃｓ）内に燃料を供給するためには、ポンプその他の加圧手段或いは噴射手段により、加圧供給する必要がある。ここで、高カロリー燃料を供給すれば、燃料供給体積が少なくて済むので、ポンプその他の加圧手段或いは噴射手段の負荷を低減させることができる。
【００１２】
なお上記は、ガス燃料の供給を例にしているが、例えば成分の異なる複数の液体燃料を使用する場合にも、本発明の適用は可能である。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、添付図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
なお、図４で示すのと同様な部材には、同様な符号が付してある。
【００１４】
図１に第１実施形態を示している。
内燃機関Ｅｎは、ピストンＰｅとシリンダＢｃ及びヘッドＨｃで形成される燃焼室Ｃの上部に副室Ｃｓが形成され、副室Ｃｓには着火装置Ｉｇと燃料噴射弁Ｉｎｊが装着されている。
【００１５】
吸気系の吸気管７にミキサ５が介装されていて、そのミキサ５には、清浄し、加熱昇温された空気Ａｉｒが供給される空気供給ライン３が連通され、また、燃料貯蔵手段の混合燃料ガスタンクＴｎに通じる燃料供給ライン６が連通されている。
ミキサ５は、空気Ａｉｒと混合燃料ガスタンクＴｎから供給される混合燃料ガスＦｍを、所定の空気比で攪拌・混合する公知の機能を有して構成されている。
【００１６】
混合燃料ガスタンクＴｎは、複数の、本例では４つの燃料ガス供給源Ｆ１〜Ｆ４に、それぞれラインＬ１〜Ｌ４で連通されている。燃料ガス供給源Ｆ１〜Ｆ４は、それぞれが発熱量の異なる組成を有する燃料ガス▲１▼〜▲４▼を供給するように構成されている。
特に、燃料ガス供給源Ｆ１は、４つの燃料ガス供給源Ｆ１〜Ｆ４の中で単位量当りで最も発熱量の高い燃料▲１▼を供給するよう選択されている。
【００１７】
ラインＬ１に分岐点Ｌ１ｂが設けられ、分岐点Ｌ１ｂと副室Ｃｓとは燃料噴射弁Ｉｎｊを介して分岐ラインＢＬ１が連通されている。
燃料噴射弁Ｉｎｊへのガス燃料の供給は、装置の小型化の面から、ポンプによる加圧供給が好ましい。また、高発熱量の燃料ガスを供給すれば、ポンプ負荷の低減による機関効率の向上がなされる。
符号Ｖｓは、混合攪拌された吸気ガスＧｓの機関Ｅｎへの供給量を制御するスロットル弁を示し、ラインｐ８は排気ガスＧｅを外部に排出するラインを示している。
【００１８】
上記構成による第１実施形態の作用を図１によって説明する。
燃料供給源Ｆ１から供給された発熱量の最も高い燃料ガス▲１▼は、分岐点Ｌ１ｂで分岐され、一方は混合燃料ガスタンクＴｎに供給され、他方は燃料噴射弁Ｉｎｇに供給される。
【００１９】
他の燃料供給源Ｆ２〜Ｆ４から供給された燃料ガス▲２▼〜▲４▼は、直接に、混合燃料ガスタンクＴｎに供給される。
燃料ガスタンクＴｎ内で、燃料ガス▲１▼〜▲４▼が混合されて混合燃料ガスＦｍとなり、ミキサ５に供給される。
同時に、清浄化され、加熱された空気Ａｉｒがミキサ５に供給され、ミキサ５でこの空気Ａｉｒと、混合燃料ガスＦｍとが攪拌・混合されて吸気ガスＧｓとなってスロットル弁Ｖｓで所要出力に応じて、流量調整され主燃焼室Ｃに供給される。
【００２０】
また、分岐ラインＬ１ｂを介した発熱量の高い燃料ガス▲１▼の１部は、燃料ガス噴射弁Ｉｎｊによって副室Ｃｓに供給される。
【００２１】
そして、運転状態における圧縮着火工程で、着火装置Ｉｇにより燃料ガス噴射弁Ｉｎｊを介した空気混合されない生の発熱量の高い燃料ガス▲１▼が着火され、高温燃焼ガスとなって燃焼室Ｃ内に噴流して吸気管７を介した吸気ガスＧｓを安定に燃焼させる。燃焼後の排気ガスＧｅの排気は、従来の形態と同様である。
【００２２】
このようにして、最も発熱量の高い生ガス▲１▼を副室Ｃｓで燃焼させることで、主燃焼室内に供給される混合ガスの組成が不均一であること、或いは不活性ガスを含有していることに起因する、着火及び燃焼の不安定を防止している。
【００２３】
図２は、本発明の第２実施形態を示している。
内燃機関Ｅｎは、ピストンＰｅとシリンダＢｃ及びヘッドＨｃで形成される主燃焼質Ｃの上部に副室Ｃｓが形成され、副室Ｃｓには着火装置Ｉｇと燃料噴射弁Ｉｎｊが装着されている。
【００２４】
吸気系の吸気管７にミキサ５が介装されていて、そのミキサ５には、清浄し、加熱昇温された空気Ａｉｒが供給される空気供給ライン３が連通され、また、燃料貯蔵手段の混合燃料ガスタンクＴｎに通じる燃料供給ライン６が連通されている。
ミキサ５は、空気Ａｉｒと混合燃料ガスタンクＴｎから供給される混合燃料ガスＦｍを、所定の空気比で攪拌・混合する公知の機能を有して構成されている。
【００２５】
混合燃料ガスタンクＴｎは、複数の、本例では４つの燃料ガス供給源Ｆ１〜Ｆ４に、それぞれラインＬ１〜Ｌ４で連通されている。燃料ガス供給源Ｆ１〜Ｆ４は、それぞれが発熱量の異なる組成を有する燃料ガス▲１▼〜▲４▼を供給するように構成されている。
【００２６】
ラインＬ１に分岐点Ｌ１ｂが設けられ、分岐点Ｌ１ｂと副室Ｃｓとは燃料噴射弁Ｉｎｊを介して、分岐ラインＢＬ１とラインＢＬ１に接続するラインＢＬによって連通されている。
【００２７】
同様に、ラインＬ２〜Ｌ４のそれぞれに、分岐点Ｌ２ｂ〜Ｌ４ｂが設けられ、分岐点Ｌ２ｂ〜Ｌ４ｂと副室Ｃｓとは、燃料噴射弁Ｉｎｊを介して分岐ラインＢＬ２〜ＢＬ４と、ラインＢＬ２〜ＢＬ４に接続するラインＢＬによって連通されている。
【００２８】
ラインＬ１〜Ｌ４のそれぞれに、圧力検出手段Ｓｐ１〜Ｓｐ４が介装されていて、圧力検出手段Ｓｐ１〜Ｓｐ４のそれぞれと制御装置２０がそれぞれの信号線１１〜１４で連通されている。
分岐ラインＢＬ１〜ＢＬ４のそれぞれに、開閉弁Ｖ１〜Ｖ４が介装されていて、開閉弁Ｖ１〜Ｖ４のそれぞれと制御装置２０がそれぞれの制御線２１〜２４で連通されている。
【００２９】
制御装置２０は、圧力検出手段Ｓｐ１〜Ｓｐ４の検出信号を受信し入力して、開閉弁Ｖ１〜Ｖ４に開閉制御信号を出力する、機能を有して構成されている。また、圧力検出手段Ｓｐ１〜Ｓｐ４の検出結果が、燃料ガスの供給可能なことを示す所定の供給圧以上の燃料ガス▲１▼〜▲４▼の中から単位量当りの発熱量が最も高い燃料ガスを選択して、その燃料ガスが流れる供給ラインから分岐する分岐ラインに介装された開閉弁のみを開放し、その他の開閉弁を閉鎖するように制御する機能を有して構成されている。
【００３０】
制御装置２０に線ＤＬによって記憶装置Ｄｍが連通されていて、記憶装置Ｄｍは、燃料ガスタンクＴｎに供給される燃料ガスの発熱量を記憶し、また、発熱量の大きさ順にアクセス可能に記憶できるよう構成されている。
上記以外は、図１の実施形態と同じである。
【００３１】
上記構成による第２実施形態の作用を、図３に示すフローチャートによって説明する。
ステップＳ１において、図４における燃料供給源Ｆ１〜Ｆ４の燃料ガス▲１▼〜▲４▼の中から単位量当りの発熱量の比較をする。そして、最も発熱量の高い燃料ガスを記憶装置Ｄｍからアクセスして選択する。この工程が発熱量の最も高い燃料（燃料ガス▲１▼〜▲４▼中のいづれか、例えば▲１▼）を選択する工程である。
【００３２】
ステップＳ２では、上記で選択された燃料ガスの配管である供給ライン（ラインＬ１〜Ｌ４のいづれか、例えばＬ１）の圧力ｐを検出する。この工程が、選択工程で選択された燃料が流過する供給ラインの圧力を、検出する工程である。
【００３３】
ステップＳ３では、上記の供給ラインの圧力ｐ（例えばＳｐ１の圧力）が、燃料を機関Ｅｎに供給するに値する所定圧以上即ち残量が充分であるか？を確認する。ＹＥＳであれば、ステップＳ４に進み、ＮＯであればステップＳ５に進む。
【００３４】
ステップＳ４では、上記工程で確認された、発熱量が最も高く、供給圧が所定圧以上の燃料ガスが流過する分岐ライン（分岐ラインＢＬ１〜ＢＬ４のうちのいづれか）の開閉弁（開閉弁Ｖ１〜Ｖ４のいづれか、例えばＶ１）を開放する。そして、他の開閉弁（例えばＶ２〜Ｖ４）を閉鎖する。これによって、最も発熱量が高く、供給圧ｐが所定圧以上の燃料ガスだけ（例えば▲１▼）が副室Ｃｓに噴射供給される。この工程が、発熱量が最も高く、所定圧以上の場合にその燃料ガスの分岐ラインの開閉弁のみを開放し、他を閉鎖する工程である。
【００３５】
この特定の弁（例えばＶ１）開放と閉鎖（例えばＶ２〜Ｖ４）の状態を継続し、その燃料ガス（例えば▲１▼）の供給圧ｐ（例えばＳｐ１の圧力）を常時確認するために、ステップＳ３に戻る。
【００３６】
ステップＳ５では、ステップＳ３で確認の結果、その燃料ガス（例えば▲１▼）の供給圧ｐ（例えばＳｐ１の圧力）が低下して燃料不足で供給不能の状態にある場合の処置をする。即ち、その燃料ガス（例えば▲１▼）の副室Ｃｓへの供給を停止する。そしてステップＳ６に進む。
【００３７】
ステップＳ６では、除外された燃料ガス以外に（例えば▲１▼以外に）、選択可能な別の燃料ガスが残存しているいるか？を確認する。ＮＯの残存ガスありでは（例えば▲２▼〜▲４▼が残存）、ステップＳ１に戻って残存各ガス（例えば▲２▼〜▲４▼）の単位熱量あたりの熱量比較をして、つぎのステップＳ２に進み、前記のように繰り返す。
ＹＥＳの場合の残存ガスなし（例えば全ガス▲１▼〜▲４▼を使用完了）では、ステップＳ７で、制御終了をし、警報を発信する。
【００３８】
このようにして、複数の燃料ガス中の単位量当りの発熱量が最も大きい燃料ガスを、空気と混合しない生の状態で副室Ｃｓに供給して、正確に着火〜予燃焼させ主燃焼室Ｃでの燃焼を最善に行う。
【００３９】
なお、例示では燃料ガス▲１▼を単位量当り発熱量が最大と仮定しているが、補給または補充ガスの配管接続位置の随時変更によって、単位量当りの発熱量最大のラインは随時変更される。
【００４０】
上記第１及び第２実施形態においては燃料をガスにしているが、性状の異なる複数種の液体燃料を混合して使用する場合も適用可能である。
【００４１】
【発明の効果】
本発明の作用効果を、以下に列記する。
（１）  本発明によれば、単位量当りの発熱量が異なる複数の燃料の中で、最も発熱量の高い燃料を副室に供給して、着火〜予燃焼させるようにしているので、不活性成分の含有割合が異なる混合燃料でも安定な燃焼となり、燃焼不良、燃費不良、出力変動及び出力低下等が発生しない。
（２）  第２実施形態によれば、混合燃料貯蔵手段に連通する複数の供給ラインのそれぞれに、副室に連通する分岐ラインが設けられていて、燃料の中で単位量当り最大の発熱量を有する燃料を、空気と未混合の生のまま副室で着火〜予燃焼させるので、不活性成分の含有割合の異なる混合燃料でも安定な燃焼ができる。
（３）  第２実施形態における副室に供給する燃料の選択は、記憶装置内に記憶された燃料性状を制御装置で優先選択し、選択された燃料の貯蔵量は圧力検出手段で常時監視して、必要に応じて別の発熱量が最大の燃料を選択するようにしているので、常時最良の燃焼が保証される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態を示す構成図。
【図２】本発明の第２実施形態を示す構成図。
【図３】図２（第２実施形態）の制御作用を説明するフローチャート。
【図４】従来の実施形態を示す構成図。
【符号の説明】
Ｅｎ・・機関
Ｐｅ・・ピストン
Ｃ・・・主燃焼室
Ｃｓ・・副室
Ｉｇ・・着火装置
Ｉｎｇ・・燃料ガス噴射装置
Ｇｅ・・排気ガス
Ｆ１、Ｆ２、Ｆ３、Ｆ４・・・第１、第２、第３、第４の燃料ガス供給源
Ｔｎ・・混合燃料貯蔵手段（ガスタンク）
３・・・空気供給ライン
５・・・ミキサ
６・・・燃料供給ライン
７・・・吸気管（吸気ライン）
ｐ８・・排気管
Ｖｓ・・スロットル弁
【図１】
0003874402.tif 000002
【図２】
0003874402.tif 000003
【図３】
0003874402.tif 000004
【図４】
0003874402.tif 000005