JP2000240513A

JP2000240513A - 予混合圧縮自着火機関及びその運転方法

Info

Publication number: JP2000240513A
Application number: JP11038137A
Authority: JP
Inventors: Teruhiro Sakurai; 井輝浩桜; Kenji Nakagawa; 川健司中; Yasuharu Kawabata; 端康晴川
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 1999-02-17
Filing date: 1999-02-17
Publication date: 2000-09-05
Anticipated expiration: 2019-02-17
Also published as: JP4301417B2

Abstract

(57)【要約】【課題】予混合気の加熱装置を省略または小型化し供
給エネルギーを低減する予混合圧縮自着火機関の燃料ガ
ス、供給空気またはこれらの予混合気の加熱装置と方法
の提供。【解決手段】燃料ガス（Ｆ）と吸入空気（Ａ）を予め
混合させた予混合気（Ｇ）を高圧縮比のピストンで自着
火させて運転する予混合圧縮自着火機関（８）の燃料ガ
ス、供給空気、またはこれらの混合気の加熱装置におい
て、機関（８）に装着された排気還流装置（ＥＧＲ）
と、機関（８）に装着された着火剤噴射装置（２６）
と、機関の運転状態を検出する運転状態検出装置（１
８）と、予混合気（Ｇ）の温度を検出する温度センサ
（１６）と、運転状態検出装置（１８）からの検出信号
と温度センサ（１６）からの検出信号を受信して着火剤
供給量と排気還流量を制御する機能を有する総合制御装
置（２８）、とを含んで構成され、予混合気を加熱して
自着火性を向上せしめる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、燃料ガスと吸入空
気を予め混合させた予混合気を高圧縮比のピストンで自
着火させて運転する予混合圧縮自着火機関とその運転方
法に関する。より詳細には、当該機関に供給される燃料
ガス及び吸入空気或いはこれらの混合気（予混合気）を
加熱するための装置及び方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】上述した様な予混合圧縮自着火機関にお
いては、燃料ガスと吸入空気を混合させた予混合気を吸
入し、自着火させて運転する予混合圧縮自着火機関で
は、始動および安定運転を行うには予混合気を高温で供
給する必要がある。図１１に示す従来の例では、外気温
で吸入された吸入空気Ａｉｒ、が吸気加熱装置２０１に
よって加熱されて加熱空気Ａとなる。加熱空気Ａは吸気
管２０２に導かれ、混合器２０６に至り、ここで燃料ガ
スＦｇと混合されて予混合気Ｇｐとなる。そして予混合
気Ｇｐは、混合気管２０３から吸気室２０９を介してエ
ンジン２０８で燃焼され、排気ガスＥｇとなって排出さ
れる。

【０００３】ここで、上述の予混合圧縮自着火機関にお
いては、機関内に供給される気体（予混合気）の温度が
高い程、自着火性が向上し、安定した運転が出来る。

【０００４】しかし、図１１で示す従来技術のように吸
気加熱装置２０１のような補機を設ける事は、当該加熱
装置の駆動のための動力を必要とするので、省エネルギ
の観点から好ましくはない。

【０００５】そのため、補機を別途設ける事なく、予混
合気を加熱する技術が要望されているが、従来技術で
は、その要望に十分応える事は出来なかった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は上述した従来
技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、予混合気
の加熱装置を縮小化しかつ、供給エネルギーを低減する
予混合圧縮自着火機関のガス加熱装置と方法を提供する
ことを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明の予混合圧縮自着
火機関のガス加熱装置は、燃料ガスと吸入空気を予め混
合させた予混合気を高圧縮比のピストンで自着火させて
運転する予混合圧縮自着火機関において、排気還流装置
と、着火剤噴射装置と、前記機関の運転状態を検出する
運転状態検出装置と、予混合気の温度を検出する温度セ
ンサと、前記運転状態検出装置の検出信号と前記温度セ
ンサの検出信号とを受信して着火剤供給量と排気還流量
を制御するように構成された総合制御装置、とを含んで
構成されることを特徴としている。

【０００８】上記構成によれば、自着火を促す着火剤の
軽油を噴射装置で機関内に噴射供給してディーゼル燃焼
させ、その排気ガスの１部を前記排気還流装置により吸
気側に還流させて予混合気と混ぜる事により、排気ガス
が保有する熱量が予混合気に伝達され、予混合圧縮自着
火機関に供給される予混合気の温度を上昇せしめ、自着
火し易い状態となる。

【０００９】このような予混合圧縮自着火機関に対する
本発明の（予混合圧縮自着火機関の）運転方法は、前記
機関（予混合圧縮自着火機関）に着火剤噴射装置から着
火剤を噴射する工程と、着火剤によってディーゼル燃焼
した排気ガスの１部を吸気側に還流し前記予混合気に注
入して予混合気を加熱する工程と、前記機関に装着した
運転状態検出装置からの筒内圧信号に基いて自着火条件
が整ったか否かを判断する工程と、自着火条件が整った
状態で着火剤噴射をカットして予混合気のみによる運転
に切り換える工程、とを有することを特徴としている。

【００１０】上記方法によれば、始動時に着火剤として
軽油を噴射供給してディーゼル燃焼させ、その排気ガス
の１部を吸気側に還流させて予混合気を加熱し自着火さ
せる際に、筒内圧その他を検出して機関の運転状態を判
断し、軽油の噴射供給量を調節すると共に、自着火運転
が安定して行われない状態であればディーゼル運転を継
続し、安定した自着火運転が可能な状態になればデイー
ゼル燃料（軽油）の供給を遮断して、予混合気圧縮自着
火運転のみを行うように制御する。

【００１１】上述した予混合圧縮自着火機関に適用され
る本発明の別の（予混合圧縮自着火機関の）運転方法
は、前記機関（予混合圧縮自着火機関）に着火剤噴射装
置から着火剤を噴射する工程と、ディーゼル燃焼した排
気ガスの１部を吸気側に還流し前記予混合気に注入して
予混合気を加熱する工程と、該加熱された予混合気の温
度を検出する工程と、前記工程における検出結果に基い
て、予混合気の温度を所定値にするための排気ガス還流
量を計算し、排気還流弁の開度を計算された排気ガス還
流量に対応する開度に制御する工程、とを有することを
特徴としている。上記方法によれば、始動時には着火剤
として軽油を噴射供給してディーゼル運転を行い、その
排気ガスの１部を吸気側に還流させて燃料ガスと吸入空
気を加熱し自着火し易い状態とする。その際、加熱され
た燃料ガスの温度を検出して、還流ガス量を調節する。

【００１２】本発明の別の予混合圧縮自着火機関は、燃
料ガスと吸入空気を予め混合させた予混合気を高圧縮比
のピストンで自着火させて運転する予混合圧縮自着火機
関において、燃料ガスと吸入空気を加熱する熱交換器
と、前記機関の排気管に設けられた分岐部を介して前記
熱交換器に接続されている排気分岐管と、前記機関に付
設されて前記熱交換器に温水を供給する温水加熱装置
と、前記熱交換器で加熱された燃料ガス、吸入空気或い
はそれ等の混合気の温度を検出する温度センサと、該温
度センサの検出結果に基いて排気ガス分岐量と温水の供
給量とを調節制御する機能を有する総合制御装置、とを
備えていることを特徴としている。

【００１３】当該予混合圧縮自着火機関に用いられる本
発明の運転方法は、前記機関（予混合圧縮自着火機関）
の始動時に温水加熱装置から熱交換器へ温水を供給する
温水供給工程と、該熱交換器により前記燃料ガス及び吸
入空気或いは前記予混合気を加熱する工程と、加熱され
た燃料ガス及び吸入空気或いは前記予混合気の温度を検
出する温度検出工程と、該温度検出工程で検出された温
度に基いて前記温水供給工程における温水の供給量を調
節制御して前記予混合気の温度を所定温度に制御する制
御工程、とを有することを特徴としている。

【００１４】上記方法によれば、始動時に温水加熱装置
からの温水で熱交換器を介して燃料ガスと吸入空気を、
或いは燃料ガスと吸入空気の混合気である予混合気を加
熱して、前記機関が自着火し易い状態とせしめる。

【００１５】また、上述した予混合圧縮自着火機関に用
いられる本発明の別の運転方法は、前記機関の排気ガス
と熱交換を行う熱交換器により燃料ガス及び吸入空気或
いは予混合気を加熱する工程と、加熱された燃料ガスと
吸入空気或いは混合気の温度を検出する温度検出工程
と、温度検出工程により検出された温度に基いて還流す
るべき排気ガスの還流量及びそれに対応する弁開度とを
決定する弁開度決定工程と、排気分岐弁の開度を前記弁
開度決定工程で決定された弁開度に制御する工程、とを
有することを特徴としている。

【００１６】上記方法によれば、通常運転時に、熱交換
器を介して排気ガスが保有する熱量により燃料ガスと吸
入空気、或いはその予混合気を加熱し、上記機関におい
て自着火性を高める。その際、加熱された燃料ガスと吸
入空気の混合気の温度を検出して、還流ガス量を調節す
る。

【００１７】本発明の予混合圧縮自着火機関の実施に際
しては、前記加熱装置は、バーナーで構成された温水加
熱手段と、高温水を蓄える温水槽と、該温水槽に付設さ
れたクーリングタワーと、該温水槽と前記機関の冷却系
を連結する冷却水配管と、温水槽の水温を所定値に保持
する温度調整装置、とで構成されているのが好ましい。

【００１８】上記構成によれば、バーナー加熱によって
急加熱で高温の温水が得られる。なお、バーナーは任意
公知のものでよい。

【００１９】なお本発明の実施に際して、前記熱交換器
は、燃料ガスと吸入空気とを別個に加熱するが、両者を
混合した予混合気を加熱する場合もある。予混合気を熱
交換器で加熱する構成を採用すれば、加熱する熱交換部
が１つになって、熱交換器の構造が小型になるというメ
リットがある。

【００２０】これに加えて、本発明の別の予混合圧縮自
着火機関は、燃料ガスと吸入空気を予め混合させた予混
合気を高圧縮比のピストンで自着火させて運転する予混
合圧縮自着火機関において、燃料ガス及び吸入空気或い
はこれらの混合気を加熱する熱交換器と、前記機関の排
気管に設けられた分岐部を介して前記熱交換器に接続さ
れた第１の排気分岐管と、該排気分岐管に設けられた第
２の分岐部を介して機関の吸気側に接続された還流管
と、前記機関に付設されて前記熱交換器に温水を供給す
る温水加熱装置と、前記熱交換器で加熱された燃料ガス
及び吸入空気或いはこれらの混合気の温度を検出する温
度センサと、該温度センサの検出結果に基いて前記排気
ガス分岐量と前記還流管を流れる排気ガス量と前記熱交
換器に供給される温水の供給量とを調節制御する機能を
有する総合制御装置、とを備える構成したことを特徴と
している。

【００２１】上記構成によれば、始動時には、軽油でデ
ィーゼル燃焼させ、その排気ガスの１部を吸気側に還流
させて燃料ガスと吸入空気を加熱し、同時に温水加熱装
置からの温水により加熱して自着火性を高める。通常運
転時には、圧縮自着火運転の排気ガスで燃料ガスと吸入
空気を加熱して自着火を安定させる。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の予混
合圧縮自着火機関の燃料ガス加熱装置の実施の形態を説
明する。

【００２３】第１の実施形態を示す図１において、機関
８（予混合圧縮自着火機関）は、吸気系Ｋａからの予混
合気Ｇを貯気する吸気室９と、着火剤の軽油を機関に噴
射供給する噴射系Ｉａと、燃焼ガスＥｇを排出する排気
系Ｈａと、機関８の運転状態を検出する運転状態検出装
置１８、とを設けている。

【００２４】吸気系Ｋａは、外部からの吸入空気Ａを導
く吸気管２と、図示しない燃料供給源から燃料ガスＦを
導く燃料管３と、空気Ａと燃料ガスＦを撹拌混合する混
合器６と、混合器６と吸気ポート９を接続する予混合気
管４と、予混合気管に設けられた還流部１３と、還流部
１３の下流（即ち吸気ポート９側）に設けられた温度セ
ンサ１６と、で構成されている。

【００２５】なお、吸気ポート９は、予混合気Ｇに加え
て還流ガスｅｇを吸気し供給できるよう構成されてい
る。

【００２６】噴射系Ｉａは、軽油タンク２２と、機関８
に軽油を噴射する噴射装置２６と、軽油タンク２２と噴
射装置２６とを第１の弁２４を介して連結する配管２３
と、で構成されている。

【００２７】排気系Ｈａは、機関８に装着された排気管
１０によって、燃焼した排気ガスＥｇが図示しないマフ
ラに向けて排出されるよう構成されている。また、排気
管１０に排気還流装置ＥＧＲが設けられている。排気還
流装置ＥＧＲは、排気管１０に設けられた分岐部１１
と、前記還流部１３と、分岐部１１と還流部１３とを排
気還流弁である第２の弁１４を介して連結する還流管１
２、とにより構成され、排気ガスＥｇの１部ｅｇを吸気
側に還流するよう設けられている。

【００２８】なお、還流部１３は、還流ガスｅｇ中の異
物等による混合器６の閉塞を避けるために、前記のよう
な混合器６の下流にすることが好ましい。

【００２９】運転状態検出装置１８は、機関８のシリン
ダヘッド８ａに装着されて、筒内圧の検出および機関回
転速度、油水温等を集信する機能を有し、第２の信号線
２０を介して総合制御装置１２に連結されている。

【００３０】総合制御装置２８はコンピュータを含んで
構成され、前記のように、第２の信号線２０を介して運
転状態検出装置１８と連結され、第１の信号線１７を介
して温度センサ１６と連結され、第１の制御線２７を介
して第１の弁２４と連結され、第２の制御線１５を介し
て第２の弁１４と連結されている。そして、総合制御装
置２８は、たとえば、筒内圧、燃焼タイミング、回転速
度、その他を変数とする基準の運転標準マップ等を記憶
内蔵しており、そのマップを参照して演算その他の必要
な処理を行って、第１、第２の制御線２７及び１５を介
して第１、第２の弁２４、１４を制御している。

【００３１】上記構成による予混合圧縮自着火機関８の
加熱装置の始動について、図１を参照して、図２のフロ
ーチャートによって説明する。

【００３２】先ず、始動を確認し（ステップＳ１）、Ｎ
Ｏであればスタンバイし、ＹＥＳであれば予混合気Ｇの
吸気と共に、第１の弁２４を開とし軽油を噴射装置２６
によって機関８に噴射供給し、ディーゼル運転で始動す
る。排気ガスＥｇは、１部が還流管１２によって還流さ
れ還流ガスｅｇとなって還流部１３で予混合気Ｇに混入
し、予混合気Ｇを加熱する。この、軽油によるディーゼ
ル運転によって機関８は暖機され排気ガス、還流ガスが
昇温し、予混合気Ｇへの加熱が増加して、自着火条件に
近ずく。そして、温度センサ１６による予混合気温度検
出信号と、運転状態検出装置１８による筒内圧、その他
の検出信号を、総合制御装置２８がマップ等を参照判定
し、そして、予混合気Ｇが所定の高温となって、自着火
条件に達したか否かを判定する（ステップＳ２）。自着
火条件に未達であれば（ステップＳ２がＮＯ）、第１の
弁２４を開のままとして軽油によるディーゼル運転を続
け（ステップＳ３）、ステップＳ２に戻る。

【００３３】一方、ステップＳ２の判定で自着火条件が
達成されていれば（ステップＳ２がＹＥＳ）、第１の弁
２４を閉にし燃料ガスＦと空気Ａとの予混合気Ｇのみの
運転に切り換える（ステップＳ４）。次に、ステップＳ
５で運転を継続するか否かを判断し、運転の継続するな
らば、ＮＯを選択してステップ２に戻り、運転を終了す
るのであればＹＥＳを選択して運転を終了する。

【００３４】次に、図１における排気還流ｅｇの制御
を、図３のフローチャートによって説明する。まず、始
動を確認し（ステップＳ１１）、ＮＯであればスタンバ
イし、ＹＥＳであれば予混合気Ｇを吸気して始動し、還
流させて始動運転する。始動をしたならば（ステップＳ
１１がＹＥＳ）、予混合気Ｇと還流ガスｅｇの混合気の
温度を温度センサ１６によって検出する（ステップＳ１
２）。この予混合気の検出温度が運転条件に合致してい
るか否かを総合制御装置２８がマップ等を参照して判定
して、予混合気温度を適正なものにするための還流量ｅ
ｇを計算する（ステップＳ１３）。例えば、予混合気温
度が低ければ、還流量ｅｇが増加されて加熱が大になる
よう計算で求められる。ステップＳ１３の計算結果から
求められた還流制御量に従って、第２の弁１４の開度が
制御され（ステップＳ１４）、適正加熱された混合気に
よって自着火運転が行われる。

【００３５】次に、ステップＳ１５で運転を継続するか
否かを判断し、運転の継続をするならばＮＯを選択して
ステップＳ１２に戻り、運転を終了するならばＹＥＳを
選択して運転を終了する。

【００３６】図４は、本発明の別の実施形態を示し、吸
入空気Ａと燃料ガスＧとを、付設した温水加熱装置Ｑｈ
と、排気ガスＥｇとによって加熱する構成を示してい
る。前記第１の実施形態と異なる部分を主として説明す
る。図４において、前記第１の実施形態と構成及び機能
が同一の装置、部材等については、同一の符号を使用し
ている。

【００３７】吸気系Ｋｂは、空気Ａを導く吸気管３２
と、吸気管に設けられた熱交換部３２ｈと、燃料ガスＦ
を導く燃料ガス管３３と、燃料ガス管３３に設けられた
熱交換部３３ｈと、加熱された空気Ａと燃料ガスＦを撹
拌混合する混合器３６と、混合器３６と吸気室９を接続
す予混合気管３４と、混合器３６の下流に設けられた温
度センサ１６、とにより構成されている。

【００３８】温水加熱装置Ｑｈは、高温水を蓄える温水
槽４０と、後記する熱交換器Ｑｅに温水を供給する温水
配管５４と、温水槽４０内の水を加熱する温水加熱手段
３６と、温水槽４０に付設されたクーリングタワー４６
と、温水槽４０と機関８の冷却系を連結する冷却水配管
５１、５３と、温水槽４０の水温を所定値に保つよう調
整する温水温度調整装置４８、とにより構成されてい
る。

【００３９】温水配管５４は、一端が温水槽４０の上部
に接続され、温水制御弁５５を介して熱交換器Ｑｅに連
通しており、熱交換器Ｑｅに設けられた熱交換部５４ｈ
を経由して温水槽４０に接続され、温水が循環するよう
構成されている。

【００４０】温水加熱手段３６は、例えば電熱による温
水加熱器３６ａと、温水槽４０内部に配置された温水加
熱部材３８と、温水加熱器３６ａと温水加熱部材３８と
を結ぶ配線３９、とにより構成されている。

【００４１】クーリングタワー４６は、温水槽４０に配
管４６ａ、４６ｂで接続されて、温水槽４０の余剰熱量
を放出するよう構成されている。

【００４２】温水温度調整装置４８は、第２の信号線４
９を介して水温計測装置２９に連結され、に第３の制御
線４７を介してクーリングタワー４６に連結され、第４
の制御線５０を介して温水加熱器３６ａに連結され、信
号線４９からの信号に基づいてクーリングタワー４６に
よる放熱と、温水加熱手段３６による加熱とを制御する
よう構成されている。

【００４３】排気系Ｈｂは、排気管１０と、排気管１０
に設けられた分岐部４１と、分岐部４１に装着され排気
分岐弁４４を介して熱交換器Ｑｅに接続される排気分岐
管４２、とにより構成されている。

【００４４】熱交換器Ｑｅは、密閉された断熱材容器内
に、排気分岐管４２に介装される熱交換部４２ｈと、燃
料ガス管３３に接続される熱交換部３３ｈと、吸気管３
２に接続される熱交換部３２ｈと、温水配管５４に接続
される熱交換部５４ｈと、が装着され、熱交換部４２ｈ
と５４ｈが管内熱量を放熱し、熱交換部３３ｈ、３２ｈ
が受熱するよう構成されている。

【００４５】総合制御装置５８は、コンピュータを含ん
で構成され、第１の信号線３７を介して温度センサ１６
に連結され、第１の制御線４５を介して排気分岐弁４４
に連結され、第２の制御線４６を介して温水制御弁５５
に連結されている。また、予混合気Ｇの温度その他から
始動、通常運転それぞれに応じて排気分岐弁４４および
温水制御弁４８を制御する機能を有している。

【００４６】上記図４の実施形態による装置の燃料ガス
Ｆおよび吸入空気Ａの加熱に関する温水制御の作用を、
図５に示すフローチャートによって説明する。

【００４７】まず、始動を確認し（ステップＳ２１）、
ＮＯであればスタンバイし、ＹＥＳであれば温水制御弁
５５を全開して、温水槽４０からの高温水の保有する熱
量により、熱交換部５４ｈを介して、燃料ガスＦおよび
吸入空気Ａを加熱する。また、機関８の冷却水を加熱し
て暖機させる必要があれば、冷却配管５１、５３によっ
て温水を供給する。なお、温水槽４０からの熱交換部５
４ｈへの供給熱量を安定させるために、温水温度調整装
置４８が水温計測装置２９の検出値にもとづいて温水加
熱手段３６およびクーリングタワー４６を制御して温水
槽内の水温を所定の一定温度に保つよう管理している。

【００４８】始動後（ステップＳ１がＹＥＳ）、機関８
は暖機され、自着火の条件が整っていくと、温水制御弁
５５の開度は徐々に所定量に減小され（図７の弁開度と
運転時間との関係参照）、暖機の為に供給される熱量が
減少する（ステップＳ２２）。

【００４９】次に温度センサ１６によって予混合気Ｇの
温度が検出され（ステップＳ２３）、その予混合気Ｇの
温度が所定値以上になっているか否かを判定する（ステ
ップＳ２４）。ステップＳ２４がＹＥＳであれば、ステ
ップＳ２５に進む。ステップＳ２４がＮＯであれば、温
水制御弁５５の開度を所定量だけ増加して、予混合気Ｇ
を加熱させステップＳ２５に進む（ステップＳ２６）。
この予混合気Ｇの加熱を所定時間継続させて安定運転さ
せるために、温水制御弁５５の開度を変更してからの所
定時間経過を確認をする（ステップＳ２５）。所定時間
経過していなければ（ステップＳ２５がＮＯ）、ステッ
プＳ２５をループし、所定時間経過していれば（ステッ
プＳ２５がＹＥＳ）、ステップＳ２７に行く。ステップ
Ｓ２７では運転を継続するか否かを判断し、運転の継続
をするならばＮＯを選択してステップＳ２２に戻り、終
了であればＹＥＳを選択して運転を終了する。

【００５０】前記図４の実施形態における分岐排気ガス
量制御の作用を、図６に示すフローチャートによって説
明する。

【００５１】前記図５の温水加熱と同様に始動する（ス
テップＳ３１）。機関８は、通常運転の圧縮自着火運転
で生ずる排気ガスの分岐によって燃料ガスＦおよび空気
Ａが加熱され、高温予混合気Ｇとなって運転され、排気
分岐弁４４の開度は減少される（図７で示す運転経過時
間と排気分岐弁４４開度との関係参照：ステップＳ３
２）。

【００５２】予混合気Ｇの温度が温度制御装置１６によ
って計測検出される（ステップＳ３３）。計測された予
混合気Ｇの温度から、予混合気Ｇを所定の温度にするた
めの排気分岐量が総合制御装置５８によって計算される
（ステップＳ３４）。ステップＳ３４で求めた排気分岐
量に対応する開度となるように、排気分岐弁４４が制御
される（ステップＳ３５）。ステップＳ３６では運転を
継続するか否かについて判定され、運転を継続する場合
は、ＮＯを選択してステップＳ３３に戻り、運転を終了
するならばＹＥＳを選択する。

【００５３】図８は、前記図４における温水加熱装置Ｑ
ｈの電熱による温水加熱手段３６の代わりに、任意公知
のバーナーで温水を加熱する構成を示している。図４の
構成と異なる部分を主として説明する。図８に明記され
ない装置、部材は図４の符号を重複使用する。

【００５４】温水加熱手段６０は、温水槽４０の下部に
装着されたバーナー６３と、バーナー６３に燃料を供給
するバーナー燃料管６１と、で構成されている。バーナ
ー燃料管６１は、図示しない燃料供給源に接続されてい
る。また、バーナー燃料管６１に燃料供給を調整する温
水燃料制御弁６２が介装されている。

【００５５】温水温度調整装置６８は、第２の信号線６
５を介して水温計測装置２９に連結され、制御線６４を
介して温水燃料制御弁６２に連結され、制御線４７を介
してクーリングタワー４６に連結されて、信号線６５を
介して伝達される水温信号に基づいて温水燃料の供給制
御と、クリングタワー４６の制御をするよう構成されて
いる。熱交換器Ｑｅへの温水熱の供給に関する装置構成
は、図４の実施形態と同様である。

【００５６】本実施形態による作用では、温水槽４０の
加熱がバーナー６３によって急速加熱が容易に行われ
る。

【００５７】図９は、前記図４における吸気系Ｋｂの燃
料ガス加熱を、燃料ガスＦと吸入空気Ａとの混合後に熱
交換器Ｑｆで加熱する構成を示している。図４の構成と
異なる部分を主として説明する。

【００５８】吸気系Ｋｄは、燃料ガスＦを導く燃料管３
３と、空気Ａを導く吸気管３２と、燃料ガスＦと空気Ａ
とを撹拌混合する混合器７６と、混合器７６と機関８を
接続する予混合気管７４と、予混合気管７４に介装され
た熱交換部７２と、熱交換部７２の下流に設けられた温
度センサ７８、とにより構成されている。

【００５９】熱交換器Ｑｆに熱を供給する熱交換部４２
ｈおよび５４ｈの構成機能は上述した実施形態と同じで
ある。また熱交換部４２ｈに温水を供給する温水加熱手
段は、図８に示すバーナー加熱でもよい。

【００６０】本実施形態の作用では、混合器７６で予混
合された予混合気Ｇが、熱交換器Ｑｆ内で熱交換部７２
によって加熱される。排気ガスの分岐排気ガスｅｇによ
る熱交換部４２ｈの放熱、温水加熱装置Ｑｈによる熱交
換部５４ｈの放熱は、いづれも前記実施形態と同じであ
る。

【００６１】図１０は本発明の別の実施形態を示し、燃
料ガスＦ及び吸入空気Ａの加熱を、軽油燃焼の排気ガス
を予混合気Ｇへ注入して加熱する方式と、燃料ガスＦと
空気Ａを温水で加熱する方式と、これらの方式のどちら
か一方を選択し或いは同時に実施できる実施形態を示し
ている。前記図４の実施形態と異なる部分を主に説明す
る。図４の構成、機能と同じ装置、部材等は同符号を重
複して使用する。

【００６２】吸気系Ｋｄは、吸入空気Ａを導く吸気管８
２と、吸気管８２に設けられた熱交換部８２ｈと、燃料
ガスＦを導く燃料ガス管８３と、燃料ガス管８３に設け
られた熱交換部８３ｈと、加熱された空気Ａと燃料ガス
Ｆを撹拌混合する混合器８６と、混合器８６と吸気室９
を接続す予混合気管８４と、予混合気管８４に設けられ
た還流部９３と、還流部９３の下流に設けられた温度セ
ンサ９６、とから構成されている。

【００６３】排気系Ｈｄは、排気管１０と、排気管１０
に設けられた分岐部４１と、分岐部４１に装着され排気
分岐弁４４を介して熱交換器Ｑｅに接続される第１の排
気分岐管１００と、熱交換器Ｑｅを経由した排気ガスを
外部に導く第２の排気管１０１と、第２の排気管１０１
に設けられた第２の分岐部１０２と、第２の分岐部１０
２と還流部９３に接続される還流管１０３と、還流管１
０３に設けられた第２の分岐弁１０４、とから構成され
ている。

【００６４】総合制御装置１０８は、コンピュータを含
んで構成され、第１の信号線３７を介して温度センサ９
６に連結され、第２の信号線２０を介して運転状態検出
装置１８に連結され、第１の制御線２７を介して第１の
弁２４に連結され、第２の制御線１５を介して排気分岐
弁４４に連結され、制御線１０５を介して第２の分岐弁
１０４に連結され、第３の制御線４６を介して温水制御
弁５５に連結されている。そして、予混合気Ｇの温度、
燃焼状態その他から始動、通常運転それぞれに応じて、
第１の弁２４、排気分岐弁４４および温水制御弁５５を
制御する機能を有している。

【００６５】軽油噴射系Ｉａおよび温水加熱装置Ｑｈ
は、前記図４の構成と同じである。

【００６６】上記図１０の構成による装置の燃料ガスＦ
および吸入空気Ａの加熱に関する作用を説明する。

【００６７】始動時は、軽油タンク２２の軽油を噴射装
置２６によって噴射供給してディーゼル運転し、予混合
気Ｇに排気ガスＥｇの１部ｅｇを注入する。予混合気Ｇ
は排気ガスｅｇの熱量によって加熱され自着火性を高め
る。また、同時に温水加熱装置Ｑｈからの温水によって
熱交換器Ｑｅで予混合気Ｇが加熱され、自着火性が高め
られる。運転時間の経過にともなって機関８の暖気と相
俟って予混合気Ｇの自着火性は向上し、総合制御装置１
０８が図７に示す排気分岐弁４４と第２の排気分岐弁お
よび温水制御弁５５の開度に制御して、自着火条件を整
え、予混合気Ｇのみによる運転にする。この際、機関８
の暖気のために温水槽４０から冷却水配管５１、５３に
よって高温水を送水する。上記の過程において、総合制
御装置１０８により、運転状態検出装置１８から筒内圧
のデータが、温度センサ９６から予混合気Ｇの温度デー
タが計測され、第１の弁２４と排気分岐弁４４と第２の
排気分岐弁１０４と温水制御弁５５への制御信号が送出
される。

【００６８】通常運転時は、前記の軽油燃焼がなく、燃
料ガスＦおよび吸入空気Ａの加熱は、温水加熱と排気ガ
スｅｇによる熱交換の加熱によって行われる。この場合
は、第２の排気分岐弁１０４は閉止され、排気ガスｅｇ
は還流することなくマフラーに流出する。

【００６９】

【発明の効果】本発明の作用効果を、以下に列挙する。（１）始動時に、噴射装置で軽油を噴射供給してディ
ーゼル燃焼させ、その排気ガスの１部を還流させて供給
空気、燃料ガス、または混合気を加熱するので、従来の
ような特別な加熱装置によることなく自着火が可能にな
る。筒内圧および燃料ガス温度を検出して軽油噴射量の
制御および還流ガス量の調節を行うので確実な始動がで
きる。従って大容量の吸気加熱器の設置、供給エネルギ
ーの供給、を省略または低減でき、また、始動所用時間
が短縮される。（２）機関に熱交換器を付設し、排気ガスの熱と付設
の温水加熱装置からの温水熱によってに燃料ガス、吸入
空気または混合気を加熱すれば、より少ない供給エネル
ギーでも自着火性の高い吸気を供給できるようになる。（３）機関に熱交換器を付設し、通常運転時に、排気
ガスで燃料ガス、吸入空気または混合気を加熱すれば、
自着火性が向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態を示す装置の構成図。

【図２】図１の軽油噴射の制御の作用を示すフローチャ
ート。

【図３】図１の還流制御の作用を示すフローチャート。

【図４】本発明の別の実施形態を示す装置の構成図。

【図５】図４の熱交換用の温水流量制御の作用を示すフ
ローチャート。

【図６】図４の還流制御の作用を示すフローチャート。

【図７】図４の温水制御弁と排気分岐制御弁の開度／時
間を示す図。

【図８】本発明の別の実施形態を示す装置の構成図。

【図９】本発明の別の実施形態を示す装置の構成図。

【図１０】本発明の別の実施形態を示す装置の構成図。

【図１１】従来の予混合圧縮自着火機関の構成図。

【符号の説明】

Ａ・・・吸入空気Ｆ・・・燃料ガスＥＧＲ・・排気還流装置Ｅｇ・・排気ガスｅｇ・・還流ガスＧ・・・予混合気２・・・吸気管３・・・燃料ガス管４・・・予混合気管６・・・混合器８・・・機関８ａ・・シリンダヘッド９・・・吸気室ポート１０・・排気管１１・・分岐部１２・・還流管１３・・還流部１４・・第２の弁１５・・第２の信号線１６・・温度センサ１７・・第１の信号線１８・・運転状態検出装置２０・・第２の信号線２２・・軽油タンク２３・・配管２４・・第１の弁２６・・噴射装置２７・・第１の制御線２８・・総合制御装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｆ０２Ｎ 17/08 Ｆ０２Ｎ 17/08 Ｈ (72)発明者中川健司神奈川県平塚市宮松町15−10−715 (72)発明者川端康晴神奈川県横浜市磯子区汐見台３−３−3308 −304 Ｆターム(参考） 3G023 AA08 AB05 AC01 AG00 3G062 AA01 BA00 CA01 GA06 GA10 GA12 GA15 GA18 3G301 HA02 JA03 KA01 LA01 MA01 PA10A PD15A PE08A

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】燃料ガスと吸入空気を予め混合させた予
混合気を高圧縮比のピストンで自着火させて運転する予
混合圧縮自着火機関において、排気還流装置と、着火剤
噴射装置と、前記機関の運転状態を検出する運転状態検
出装置と、予混合気の温度を検出する温度センサと、前
記運転状態検出装置の検出信号と前記温度センサの検出
信号とを受信して着火剤供給量と排気還流量を制御する
ように構成された総合制御装置、とを含んで構成される
ことを特徴とする予混合圧縮自着火機関。
【請求項２】請求項１の予混合圧縮自着火機関の運転
方法において、前記機関に着火剤噴射装置から着火剤を
噴射する工程と、着火剤によってディーゼル燃焼した排
気ガスの１部を吸気側に還流し前記予混合気に注入して
予混合気を加熱する工程と、前記機関に装着した運転状
態検出装置からの筒内圧信号に基いて自着火条件が整っ
たか否かを判断する工程と、自着火条件が整った状態で
着火剤噴射をカットして予混合気のみによる運転に切り
換える工程、とを有することを特徴とする予混合圧縮自
着火機関の運転方法。
【請求項３】請求項１の予混合圧縮自着火機関の運転
方法において、前記機関に着火剤噴射装置から着火剤を
噴射する工程と、ディーゼル燃焼した排気ガスの１部を
吸気側に還流し前記予混合気に注入して予混合気を加熱
する工程と、該加熱された予混合気の温度を検出する工
程と、前記工程における検出結果に基いて、予混合気の
温度を所定値にするための排気ガス還流量を計算し、排
気還流弁の開度を計算された排気ガス還流量に対応する
開度に制御する工程、とを有することを特徴とする予混
合圧縮自着火機関の運転方法。
【請求項４】燃料ガスと吸入空気を予め混合させた予
混合気を高圧縮比のピストンで自着火させて運転する予
混合圧縮自着火機関において、燃料ガス、吸入空気また
はこれらの混合気を加熱する熱交換器と、前記機関の排
気管に設けられた分岐部を介して前記熱交換器に接続さ
れている排気分岐管と、前記機関に付設されて前記熱交
換器に温水を供給する温水加熱装置と、前記熱交換器で
加熱された燃料ガス、吸入空気或いはそれ等の混合気の
温度を検出する温度センサと、該温度センサの検出結果
に基いて排気ガス分岐量と温水の供給量とを調節制御す
る機能を有する総合制御装置、とを備えていることを特
徴とする予混合圧縮自着火機関。
【請求項５】請求項４の予混合圧縮自着火機関の運転
方法において、前記機関の始動時に温水加熱装置から熱
交換器へ温水を供給する温水供給工程と、該熱交換器に
より前記燃料ガス及び吸入空気或いは前記予混合気を加
熱する工程と、加熱された燃料ガス及び吸入空気或いは
前記予混合気の温度を検出する温度検出工程と、該温度
検出工程で検出された温度に基いて前記温水供給工程に
おける温水の供給量を調節制御して前記予混合気の温度
を所定温度に制御する制御工程、とを有することを特徴
とする予混合圧縮自着火機関の運転方法。
【請求項６】請求項４の予混合圧縮自着火機関の運転
方法において、前記機関の排気ガスと熱交換を行う熱交
換器により燃料ガス及び吸入空気或いは予混合気を加熱
する工程と、加熱された燃料ガスと吸入空気或いは混合
気の温度を検出する温度検出工程と、温度検出工程によ
り検出された温度に基いて還流するべき排気ガスの還流
量及びそれに対応する弁開度とを決定する弁開度決定工
程と、排気分岐弁の開度を前記弁開度決定工程で決定さ
れた弁開度に制御する工程、とを有することを特徴とす
る予混合圧縮自着火機関の運転方法。
【請求項７】燃料ガスと吸入空気を予め混合させた予
混合気を高圧縮比のピストンで自着火させて運転する予
混合圧縮自着火機関において、燃料ガス及び吸入空気或
いはこれらの混合気を加熱する熱交換気器と、前記機関
の排気管に設けられた分岐部を介して前記熱交換器に接
続された第１の排気分岐管と、該排気分岐管に設けられ
た第２の分岐部を介して機関の吸気側に接続された還流
管と、前記機関に付設されて前記熱交換器に温水を供給
する温水加熱装置と、前記熱交換器で加熱された燃料ガ
ス及び吸入空気或いはこれらの混合気の温度を検出する
温度センサと、該温度センサの検出結果に基いて前記排
気ガス分岐量と前記還流管を流れる排気ガス量と前記熱
交換器に供給される温水の供給量とを調節制御する機能
を有する総合制御装置、とを備える構成としたことを特
徴とする予混合圧縮自着火機関。