(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸気通路（５）に設けたベンチュリ部（６）に燃料ガスを流出させることにより、理論空燃比より燃料の割合が少ない希薄混合気を生成して燃焼室に供給するようにしたリーンバーン方式のガスエンジン用ミキサ（４）において、吸気通路（５）に設けた吸気絞り弁（７）の上下流間の差圧に基づいて流量制御された燃料ガスをガスエンジンの低負荷域において前記ベンチュリ部（６）より下流の吸気通路（５）に供給する補助供給手段を設けたことを特徴とするミキサの空燃比制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はＣＮＧを燃料とするガスエンジンに用いられるミキサの空燃比の制御装置に係り、特に、リーンバーン方式のガスエンジンにおける空燃比の制御装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
ガスエンジンに用いられるベンチュリ方式のミキサは、ベンチュリ部を通過する空気量に比例してガスの吸い出し流量が決定されるために、空燃比の制御幅が狭い。また、理論空燃比より燃料の割合が少ない希薄混合気を生成して燃焼室に供給するようにしたリーンバーン方式のガスエンジンにおいては、充分な空気量を有するために燃料ガスの全量が燃焼に供されて燃費が改善されるとともに、燃焼温度が低いためにＮＯｘの生成が抑制されて排気がクリーンであるという利点を有している。
【０００３】
ところで、このようなリーンバーン方式のガスエンジンの場合においても、通常はベンチュリ部の絞りを大きくすることにより、使用頻度が高い中負荷域の空燃比制御に重点をおいていた。しかしながら、このようなリーンバーン方式のガスエンジンにおいては、高負荷域においては燃料の割合をより少なくしても安定燃焼が行われるにも拘らず、この希薄混合気をそのまま低負荷域で供給すると燃焼が不安定になるために、エンジン回転数が安定せず、あるいは、失火を起して排気特性が悪化するという不具合が懸念される。
【０００４】
なお、このような不具合を解消すべく低負荷域での燃焼安定性を重視して濃いめの希薄混合気を供給するように設定した場合は、例えば商用車のように中・高負荷域での運転頻度が高いエンジンの場合は、リーンバーン方式による燃費の改善効果が悪化するとともに、燃焼温度が高くなってＮＯｘの改善効果が低下するという不具合があった。
【０００５】
従って、リーンバーン方式のガスエンジンにおいては、低負荷域での燃焼安定性および排気中に含まれる未燃成分の量を減少しつつ、中・高負荷域での燃費および排出ガス特性などを改善することは困難であるとされていた。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであって、ガスエンジンにリーンバーン方式を適用した場合においても低負荷域での燃焼安定性はもとより、中・高負荷域での出力性能を犠牲にすることなく燃費および排ガス特性などを改善することを課題としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために本発明は、吸気通路に設けたベンチュリ部に燃料ガスを流出させることにより、理論空燃比より燃料の割合が少ない希薄混合気を生成して燃焼室に供給するようにしたリーンバーン方式のガスエンジン用ミキサにおいて、吸気通路に設けた吸気絞り弁の上下流間の差圧に基づいて流量制御された燃料ガスをガスエンジンの低負荷域において前記ベンチュリ部より下流の吸気通路に供給する補助供給手段を設けたことを特徴としている。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に本発明の実施形態を図に基づいて詳細に説明する。図１は本発明に係るミキサの空燃比制御装置の一実施形態を示す概略構成図であり、図示しない燃料タンクから送出された燃料ガスは、ガスレギュレータ２および調量弁３を介してミキサ４に供給される。なお、ミキサ４は従来同様にガスエンジン本体１の吸気通路５に設けられ、そのベンチュリ部６を通流する空気による吸込作用で空気中に吸い出し供給される。７は吸気絞り弁である。
【０００９】
また、ミキサ４のベンチュリ部６より下流で吸気絞り弁７より上流の吸気通路に設けたガスインジェクタ８とガスレギュレータ２の中圧ガス出口をガスパイプ９を介して接続している。そして、ガスエンジン本体１のエキゾーストマニホールド１０に設けた酸素センサ１１、インテークマニホールド１２に設けた吸気圧センサ１３および回転センサ１４並びに絞り弁開度センサ１５の各出力が供給されるコントロールユニット１６の出力が制御信号として供給されるコントロールユニット１６を設けることにより、エンジンが低負荷域で運転されていることを検出した場合にガスインジェクタ８から吸気中に燃料ガスを補充供給して希薄混合気を理論空燃比側に濃化補正するようにしている。
【００１０】
すなわち、ミキサ６により生成される混合気は、理論空燃比より燃料の割合が少ない希薄混合気であり、このような希薄混合気をエンジンの中・高負荷域で供給することにより、燃焼効率を高くして燃費を改善しつつ燃焼温度を低くしてＮＯｘの生成を予防して排気をクリーンなものとしている。
【００１１】
ところで、高負荷での運転に適した空燃比の混合気を生成するようにしたミキサ４を用いた場合は、図２に実線で示した要求ガス流量に対して同図に二点鎖線で示したように低負荷域でのガス流量が不足して空燃比が薄くなり過ぎて燃焼が不安定になる。また、逆に低負荷域で安定燃焼する程度の空燃比の希薄混合気を生成するようにミキサ４をマッチングさせた場合は、同図に破線で示したように高負荷域での流量が過剰になって空燃比が濃くなって燃焼温度が上昇するためにＮＯｘ排出量が増加するとともに燃費が悪化することはよく知られている。
【００１２】
しかしながら、本実施形態のようにエンジン１が低負荷域で運転されたときにガスインジェクタ８から燃料ガスを補充供給して希薄混合気の空燃比を理論空燃比側に濃化補正するようにした場合は、エンジンの出力および排気特性を重視してミキサ４を中・高負荷にマッチングさせた場合においても、低負荷域でガスインジェクタ８から補充供給される燃料ガスで空燃比が濃化補正されるために、燃焼が不安定になることはない。
【００１３】
ところで、硫黄あるいはリンなどが含まれないＣＮＧを燃料とするガスエンジンの場合においても、オイルに添加剤として混入させた硫黄あるいはリンなどが燃焼して排気とともに排出される。従って、排気中に含まれるＨＣなどの浄化手段として触媒コンバータを設けた場合は、該コンバータに充填した酸化触媒の表面が硫黄あるいはリンなどの酸化物の被膜で次第に覆われて該触媒の活性を損なうことがある。
【００１４】
しかしながら、上記のように低負荷域で混合気を理論空燃比側に濃化補正すると、低負荷域で排出される排気中に含まれるＨＣの濃度が増加する。すると、増加したＨＣの酸化作用で図示しない触媒の温度が上昇するために、硫黄あるいはリンなどの酸化被膜が還元処理されて触媒の表面から脱落するために、低負荷域で運転するたびに酸化触媒が賦活されるという副次的効果を得ることもできる。
【００１５】
なお、ミキサ６は上記実施形態のものに限定されるものではなく、例えば図３に示したように調量弁３で流量調整された燃料ガスをベンチュリ部６に設けたメインポート６ａおよびベンチュリ部６の直下流部に設けたアイドルポート６ｂに分離させて供給するようにしたものにも本発明を適用することができる。
【００１６】
また、補充供給される燃料ガスの調量手段は上記実施形態のようなガスインジェクタ８およびコントロールユニット１６に限定されるものではない。すなわち、図３に示したようにベンチュリ部６の下流に開口する補助ポート８ａを設ける。そして、吸気絞り弁７の上下流間の差圧に基づいて開度制御されるダイヤフラムバルブ８ｂを設けた補助通路８ｃから補助ポート８ａに燃料ガスを供給するようにした場合は、エンジンの負荷の指標の一つである吸気絞り弁７の上下流間の差圧に基づいて燃料の補充流量を一義的に決定することができるために、制御装置を簡略化することができる利点がある。
【００１７】
ところで、リーンバーン方式のガスエンジンの排気中に含まれるＨＣなどをより低減するために、前記のように酸化触媒を充填した触媒コンバータを排気通路に設けることがある。また、このような触媒コンバータは、酸化触媒の温度が低下すると充分な活性が得られず、ＨＣなどの除去効果が低下する。
【００１８】
しかしながら、このように酸化触媒を設けて排気中のＨＣなどを浄化処理するようにした場合は、例えば図４に示したように、酸化触媒１７を充填した触媒コンバータ１８の直上流部の排気通路１９と燃料ガスの供給タンク２０を結ぶ供給通路２１を設ける。そして、触媒コンバータ１８に取り付けた温度センサ２２に接続した制御装置２３で制御される電磁弁２４を前記供給通路２１に設けることにより、エンジン１の運転中であるにも拘らず触媒コンバータ１８の温度が予め定めた値より低くなったときに電磁弁２４を開弁作動させて排気中に燃料ガスを供給すればよい。２５は圧力レギュレータである。
【００１９】
かかる構成になる排気の浄化システムにおいて、エンジン１が例えば低負荷域で連続運転されて酸化触媒１７の温度が例えば５００℃より低下すると、その活性が損なわれる可能性が高くなる。ところが、このように酸化触媒１７の温度が低下したときは、制御装置２３からの信号で電磁弁２４を開弁作動させて排気中に燃料ガスを供給する。
【００２０】
すると、燃料ガスの供給により排気中に含まれるＨＣなどの濃度が高くなって酸化触媒１７による酸化作用が活発に行われる。従って、燃料ガスの供給に同期して触媒１７の温度が活性温度まで上昇するために、前記の場合と同様に酸化触媒１７の表面に付着した硫黄あるいはリンなどの酸化被膜の還元作用が行われるとともに、触媒の活性が維持される。
【００２１】
また、このような燃料ガスの供給は酸化触媒１７の温度が例えば６００℃になるまで継続される。このために、少なくともエンジン１の運転中は酸化触媒１７の温度が活性範囲内に保たれて活性が維持され、排気中に含まれるＨＣなどが効率よく除去される。
【００２２】
一方、このように排気中のＨＣの除去作用を行う酸化触媒は次第に劣化して活性を失うために、交換する必要性がある。しかしながら、酸化触媒１７の劣化は単に経時的要素のみによるものではないために、定期的な交換を行うことは必ずしも適当ではない。
【００２３】
かかる不具合を解消するためには、例えば図５に示した実施形態のように温度センサ２２による酸化触媒の温度上昇率を監視する監視回路２６を制御装置２３に設け、この監視回路２６に警告灯２７などを接続する。そして、電磁弁２５の開弁による燃料ガスの供給時における酸化触媒１７の温度上昇率が例えば当初の１／２以下になったときは酸化触媒１７の劣化が進んでいると判断し、監視回路２６から警告灯２７などに作動信号を供給して該警告灯２７を点灯させることにより、運転者に酸化触媒１７の交換を促すようにしている。
【００２４】
従って本実施形態によれば、酸化触媒１７を定期的に交換する必要性がなく、劣化の度合に応じた最適時期に酸化触媒１７を交換することができるために、排気の浄化性能を低下させることなく触媒コンバータ１８の維持費を低減することができる。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように本発明は、エンジンが低負荷域で運転されたときに燃料ガスを補充供給する補助供給手段を設けたものであるから、ミキサにより生成される希薄混合気の空燃比を高負荷域での運転に適合させて燃費の改善効果とＮＯｘの低減を行ったリーン方式のガスエンジンであっても、低負荷域で空燃比が薄くなり過ぎることを回避することができるために、出力性能および燃焼の安定性を犠牲にすることなく燃費および排ガス特性などを改善することができる。また、エンジンの負荷の指標の一つである吸気絞り弁の上下流間の差圧に基づいて燃料の補充流量を一義的に決定するようにしているために、補助供給手段の制御装置を簡略化することができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るミキサの空燃比制御装置を備えたガスエンジンの概略構成図である。
【図２】ミキサによる燃料ガスの供給特性図である。
【図３】  補助供給手段の具体例を示すミキサの概略断面図である。
【図４】本発明に係るミキサを備えたガスエンジンの排気浄化システムを例示する概略構成図である。
【図５】  図４に示した排気浄化システムの変形例を示す概略構成図である。
【符号の説明】
１    ガスエンジン本体
２    ガスレギュレータ
３    調量弁
４    ミキサ
５    吸気通路
６    ベンチュリ部
６ａ    メインポート
６ｂ    アイドルポート
７    吸気絞り弁
８    ガスインジェクタ
８ａ    補助ポート
８ｂ    ダイヤフラムバルブ
８ｃ    補助通路
９    ガスパイプ
１０    エキゾーストマニホールド
１１    酸素センサ
１２    インテークマニホールド
１３    吸気圧センサ
１４    回転センサ
１５    絞り弁開度センサ
１６    コントロールユニット
１７    酸化触媒
１８    触媒コンバータ
１９    排気通路
２０    燃料ガスの供給タンク
２１    供給通路
２２    温度センサ
２３    制御装置
２４    電磁弁
２５    圧力レギュレータ
２６    監視回路
２７    警告灯
【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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