JP2004036424A - 燃料ガス供給量制御装置、および同制御装置を備えた副室式ガスエンジン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】点火栓8が備えられた副室1を有する副室式ガスエンジン100に具備される燃料ガス供給量制御装置6であって、点火栓8の温度を検知する温度検知手段19と、一定時間に温度検知手段19で得られた温度の平均値基づいて、温度が規定値を超える温度であった場合に副室1に供給すべき燃料ガスの供給量を増大させる調整を行う供給量調整手段17とを備えたことを特徴とする。
【選択図】 図1
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、副室式ガスエンジンの副室への燃料供給技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
一般に、発電用エンジン等として広く用いられているガスエンジンのうち、NOx等の発生量を低減し、低公害を実現するガスエンジンとして副室式ガスエンジンが用いられている。副室式ガスエンジンは、シリンダに連続して設けられた副室に、シリンダ内に供給される主燃料ガスより濃度の高い副室燃料ガスを供給し、副室に設けられた点火栓によって副室内の副室燃料ガスが着火し、副室内の燃焼によってシリンダ内の主燃料ガスが着火する燃焼手段を有している。
【0003】
従来、特開2000−320369で開示されている副室式ガスエンジンの副室燃料ガス供給量制御装置が知られている。この副室燃料ガス供給量制御装置によれば、過剰な副室燃料ガスの供給による副室内の失火を検知し、副室燃料ガスの供給を低減させることにより、常に失火のない状態で副室式ガスエンジンを運転することができる。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記副室式ガスエンジンの副室燃料ガス供給量制御装置は、副室内で副室燃料ガスと主燃料ガスを混合し、着火に適した濃度の混合気を作り出しているが、副室内への副室燃料ガスの供給量がある一定値より減少すると、副室内で燃焼が良くなりすぎて副室に装着されている点火栓の温度が異常に上昇し、点火栓が劣化し易くなるという問題があった。そして、劣化した点火栓を取り替えるコストが必要となるだけでなく、点火栓を取り替えるために副室式ガスエンジンの運転を止めることによって運転効率が悪くなり、運転コストが高くなるという問題があった。
【0005】
本発明は、このような背景の下になされたものであって、点火栓の劣化を抑制し、副室式ガスエンジンの運転コストを低減させることを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、この発明は以下の手段を提案している。
請求項1に係る発明は、点火栓が備えられた副室を有する副室式ガスエンジンに具備される燃料ガス供給量制御装置であって、前記点火栓の温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段で得られた温度に基づいて副室に供給すべき燃料ガスの供給量を調整する供給量調整手段とを備えたことを特徴とする。
【0007】
この発明に係る燃料ガス供給量制御装置によれば、点火栓の温度を検知する温度検知手段と、温度検知手段によって検知された温度に基づいて燃料ガスの供給量を調整する供給量調整手段とを備えているので、点火栓の温度が最適な温度となるよう、供給量調整手段にて副室に供給すべき燃料ガスの流量を調整する。これにより、最適な温度状態で点火栓を使用することができ、点火栓の劣化を抑制することができる。
【0008】
請求項2に係る発明は、請求項1に記載の燃料ガス供給量制御装置において、前記温度検知手段により検知された温度が規定値を超える温度であった場合、燃料ガスの供給量を増大させることを特徴とする。
【0009】
この発明に係る燃料ガス供給量制御装置によれば、温度検知手段により検知された温度が規定値を超える温度であった場合、供給量調整手段が燃料ガスの供給量を増大させるので、点火栓の温度の異常な上昇が抑制される。つまり、副室内で混合される混合気の燃料濃度がある一定値より薄くなることで燃焼が良好となり、点火栓の温度が異常に上昇してしまうと考えられており、燃料ガスの供給量を増加させることにより温度上昇を抑制することができるのである。これにより、最適な温度状態で点火栓を使用することができ、点火栓の劣化を抑制することができる。
【0010】
請求項3に係る発明は、請求項1または請求項2に記載の燃料ガス供給量制御装置において、前記供給量調整手段は、一定時間に前記温度検知手段で得られた温度の平均値に基づいて燃料ガスの供給量の調整を行うことを特徴とする。
【0011】
この発明に係る副室式ガスエンジンの燃料ガス供給量制御装置によれば、供給量調整手段は一定時間に温度検知手段で得られた温度の平均値に基づいて燃料ガスの供給量の調整を行うので、突発的な温度上昇による供給量の制御の誤作動を防止することができる。
【0012】
請求項4から請求項6に係る発明は、請求項1から請求項3のいずれかに記載の燃料ガス供給量制御装置において、前記温度検知手段は、前記点火栓の座金の温度、前記副室の壁部の温度、または前記副室の内部の温度を測定することで該点火栓の温度を検知することを特徴とする。
【0013】
この発明に係る燃料ガス供給量制御装置によれば、温度検知手段によって上述した各測定部位の温度を測定することで点火栓の温度を検知するので、点火栓の温度を検知して燃料ガスの供給量が適正値となるように調整される。これにより、点火栓の温度が異常に上昇することを防止することができ、点火栓の劣化を抑制することができる。また、点火栓が劣化して取り替えられた場合においても、温度検知手段は各測定部位に取り付けられたまま使用することができる。また、副室の内部の温度は、他の測定部位の温度より温度変化が早いので、副室の内部の温度を測定することで点火栓の温度変化を早く検知することができる。
【0014】
請求項7に係る発明は、副室式ガスエンジンであって、請求項1から請求項6のいずれかに記載の燃料ガス供給量制御装置を備えたことを特徴とする。
この発明に係る副室式ガスエンジンは、上述した燃料ガス供給量制御装置によって燃料ガスの供給量が調整されるので、点火栓の温度の異常な上昇が防止され、点火栓の劣化が抑制される。これにより、長時間において点火栓を使用することができ、点火栓の取り替え作業が削減される結果、副室式ガスエンジンの運転コストを低減させることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照し、この発明の実施の形態について説明する。図1は、本発明における実施の形態にかかる副室式ガスエンジンの副室近傍を示した構成図である。副室式ガスエンジン100は、主燃焼室とされるシリンダ10と、副燃焼室とされる副室1とを備えて構成され、シリンダ10に供給すべき主燃料ガスと、副室1に供給すべき副室燃料ガスとの2系統の燃料ガス供給系を備えている。シリンダ10には、その内部を直動するようにピストン11が備えられ、シリンダ10の上面には、主燃料ガスが供給される吸気ポート7、および燃焼したガスが排出される排気ポート13が設けられ、それぞれに備えられた吸気弁9および排気弁14によって各ポートの開閉が行われる構成とされている。
【0016】
副室1は、供給量調整手段に接続される副室燃料ガス供給管5と、副室燃料ガス供給管5から流入してきた副室燃料ガスを燃焼のタイミングにあわせて副室1の内部に供給する副室燃料ガス供給弁2と、供給された副室燃料ガスを点火する点火栓8とを備えて構成され、シリンダ10に開口した副室噴孔12が形成されている。燃料ガス供給量制御装置6は、点火栓8の温度検知手段である点火栓温度センサー19と、排気ポート13に設けられた失火検知手段である排気温度センサー20と、点火栓温度センサー19および排気温度センサー20からの検出信号が入力されるコントローラ16と、コントローラ16によって制御される供給量調整手段である可変面積オリフィス17と、可変面積オリフィス17および副室燃料ガスタンク(図示せず)との間の圧力を調整するレギュレータ4とを備えて構成されている。
【0017】
点火栓温度センサー19は、熱電対で構成されており、図2に示すように点火栓8が副室1の壁部1aに取り付けられている状態において、点火栓8と壁部1aとの間に配設されている点火栓8の座金8aに取り付けられている。排気温度センサー20も熱電対で構成されており、排気温度の低下を測定することにより副室1の内部の失火を検知する構成とされている。可変面積オリフィス17は、オリフィスを構成する流路の側壁にねじタップを切って、同流路方向に対して垂直に挿入又は抜き出し可能なねじを取り付けたもので、同ねじの挿入量によって配管の流路面積を調整可能としたものである。コントローラ16は、点火栓温度センサー19および排気温度センサー20から常時又は所定時間ごとに温度データ信号が入力され、温度データの任意な一定時間の平均値に基づいて制御信号を可変面積オリフィス17に出力する構成とされている。
【0018】
このように、燃料ガスの供給系は、主燃料ガス供給系と副室燃料ガス供給系の2系統がある。主燃料ガス供給系は、図示しない吸気管内で燃料ガスを空気と混合させて希薄混合気とし、吸気ポート7からシリンダ10内へ導く系統である。一方、副室燃料ガス供給系は、供給される副室燃料ガスの圧力を調整するレギュレータ4と、流量調整のための可変面積オリフィス17を備え、主燃料ガスよりも濃度の高い副室燃料ガスを副室1に導く系統である。
【0019】
上述したような燃料ガス供給量制御装置6を備えた副室式ガスエンジン100における燃焼サイクルについて説明する。
副室式ガスエンジン100が吸気行程に入ると、ピストン11が下降しつつ、主燃料ガス供給系における吸気弁9及び副室燃料ガス供給系における副室燃料ガス供給弁2が開き、排気弁14が閉状態となる。吸気弁9が開くと、吸気ポート7から主燃料ガスがシリンダ10内へ導入される。副室燃料ガス供給弁2が開くと、可変面積オリフィス17によって所望流量に調整された副室燃料ガスが副室1内へ導入される。
【0020】
次に、副室式ガスエンジン100が圧縮行程に入ってピストン11が上昇し出すと、主燃料ガス供給系における吸気弁9及び副室燃料ガス供給系における副室燃料ガス供給弁2は閉じる。シリンダ10内に導入された主燃料ガスの希薄混合気は、ピストン11の上昇に伴って圧縮され、その一部が副室噴口12を通って副室1内へ流入する。副室1内では、この主燃料ガスと副室燃料ガスが混合し、着火に適した濃度になる。
【0021】
ピストン11が圧縮上死点近傍に来た際、所望のタイミングで点火栓8を作動させ副室1内の混合気に点火すると、副室1内の混合気が燃焼し、燃焼火炎が副室噴口12を通ってシリンダ10へ噴出する。これによって、シリンダ10内の希薄混合気、即ち、主燃料ガスは着火され、シリンダ10内の主燃料ガス全体が燃焼に至る。この燃焼行程の後、排気行程によって燃焼したガスが排気ポート13から排出される。
【0022】
上述したような燃焼サイクルにおいて副室1に供給される副室燃料ガスの供給量Qは、点火栓温度センサー19によって検知される点火栓8の温度T、および排気温度センサー20によって検知される副室1内の失火率Xによって決定される。図3に、副室燃料ガスの供給量Qに対する点火栓温度Tおよび失火率Xの変化曲線の概略図を示す。図において、曲線L1は点火栓温度Tの変化で、供給量QがQ0において点火栓温度Tのピークを示し、曲線L2は失火率Xの変化で、供給量Qが過剰時または不足時において失火率Xが上昇することを示している。
【0023】
そして、点火栓温度Tが規定点火栓温度T0以下、かつ失火率Xが規定失火率X0以下となるように、供給量Qは下限値Q1から上限値Q2の間で制御される。つまり、供給量Qの下限値Q1は規定点火栓温度T0で設定され、上限値Q2は規定失火率X0で設定されるのである。従来は、失火率Xだけで供給量Qが制御されており、供給量Qは上限値Q2と失火率Xによる下限値Q3との間とされ、点火栓温度Tが異常に上昇するおそれがあった。
【0024】
上述したように副室燃料ガスの供給量Qが制御されるので、副室1の内部の失火による問題の発生を防止することができると共に、点火栓8の温度Tが異常に上昇することを防止することができるので、副室式ガスエンジン100を安全に運転できると共に、点火栓8の劣化を防止し、長時間において点火栓8を用いることができる。これにより、点火栓8の取り替え回数を低減させることができ、取り替えに必要なコストを削減させることができるだけでなく、長時間において効率的に副室式ガスエンジン100を運転することができるので、運転コストを削減させることができる。
【0025】
また、コントローラ16は、点火栓温度センサー19および排気温度センサー20から入力された温度データの任意の一定時間の平均値に基づいて、可変面積オリフィス17に制御信号を出力するので、突発的に点火栓8の温度Tが上昇しても誤作動することなく、より最適に副室燃料ガスの供給量Qを制御することができる。また、点火栓温度センサー19は座金8aに取り付けられているので、点火栓8が劣化して取り替えられた場合においても、座金8aおよび点火栓温度センサー19を引き続き使用することができ、副室式ガスエンジン100の運転コストを削減させることができる。また、点火栓温度センサー19に不具合が生じた場合に座金8aごと取り替えることができ、容易に交換することができる。また、可変面積オリフィス17を用いることにより、供給流路の断面における面積の調整操作を比較的簡単な構造で実現でき、かつ、精度よく面積調整をすることができる。
【0026】
なお、本実施の形態において、温度検知手段である点火栓温度センサー19は、座金8aに取り付けられているが、座金8a以外の副室1の壁部1aや、副室1の内部に取り付けられてもよく、点火栓8の温度を検知することができればよい。また、失火検知手段として排気温度センサー20が用いられているが、シリンダ10に設けられた圧力センサー、燃焼による発光を測定する光学センサー、副室式ガスエンジン100の回転角速度を検出する角速度センサー、副室式ガスエンジン100の出力変動を検出する出力センサー、または排気ガス中の燃料ガス濃度を測定する濃度センサーを用いて副室1の内部の失火を検出してもよい。
【0027】
また、供給量調整手段としては、供給流路の断面積を操作する可変面積オリフィス17を用いて説明を行ったが、供給流路の差圧を操作する可変差圧レギュレータ、または供給流路の開閉時間を操作する電磁弁を用いてもよい。可変差圧レギュレータを用いることにより、副室燃料ガスの供給量の調整範囲に幅を持たせることができ、電磁弁を用いることにより、吸気ポート7内の圧力や燃料ガスによる圧力に影響されることなく正確に副室燃料ガスの供給量を調整できる。また、複数のシリンダ10を備えて構成される副室式ガスエンジン100においては、各シリンダ10ごとにコントローラ16を設けて制御してもよく、複数のシリンダ10を1台のコントローラ16で制御してもよい。たとえば、16個のシリンダ10を備えて構成される副室式ガスエンジン100において、4台のコントローラ16を用いて、4個のシリンダ10を1グループとして1台のコントローラ16で制御してもよい。
【0028】
【発明の効果】
以上説明したように、請求項1から請求項3に係る発明によれば、点火栓の温度を検知する温度検知手段と、温度検知手段で得られた温度の一定時間の平均値に基づいて燃料ガスの供給量を調整する供給量調整手段とを備え、温度検知手段により検知された温度が規定値を超える温度であった場合、供給量調整手段が燃料ガスの供給量を増大させるので、確実に最適な温度状態で点火栓を使用することができる。これにより、点火栓の劣化を抑制することができる。
【0029】
請求項4から請求項6に係る発明によれば、温度検知手段によって点火栓の座金の温度、副室の壁部の温度、または副室の内部の温度を測定することで点火栓の温度を検知するので、点火栓の温度の異常な上昇を防止することができ、点火栓の劣化を抑制することができる。また、点火栓が劣化して取り替えられた場合においても、温度検知手段は各測定部位に取り付けられたまま使用することができる。また、座金に温度検知手段が取り付けられた場合には、温度検知手段に不具合が生じた時に容易に取り替えを行うことができる。また、副室の内部に温度検知手段が取り付けられた場合には、温度上昇を早く検知することができる。
【0030】
請求項7に係る発明によれば、上述した供給量制御装置によって燃料ガスの供給量が調整され、点火栓の温度の異常な上昇を防止することができ、点火栓の劣化を防止することができるので、長時間において点火栓を使用することができ、点火栓の取り替え作業によるコストを削減できるだけでなく、副室式ガスエンジンを効率的に連続して運転することで運転コストを低減させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態における副室式ガスエンジンの副室近傍を示した構成図である。
【図2】点火栓付近の断面図である。
【図3】燃料ガスの供給量Qに対する点火栓温度Tおよび失火率Xの変化曲線の概略図である。
【符号の説明】
1 副室
1a 壁部
6 燃料ガス供給量制御装置
8 点火栓
8a 座金
17 可変面積オリフィス(供給量調整手段)
19 点火栓温度センサー(温度検知手段)
100 副室式ガスエンジン
Claims (7)
- 点火栓が備えられた副室を有する副室式ガスエンジンに具備される燃料ガス供給量制御装置であって、
前記点火栓の温度を検知する温度検知手段と、該温度検知手段で得られた温度に基づいて副室に供給すべき燃料ガスの供給量を調整する供給量調整手段とを備えたことを特徴とする燃料ガス供給量制御装置。 - 請求項1に記載の燃料ガス供給量制御装置において、
前記温度検知手段により検知された温度が規定値を超える温度であった場合、燃料ガスの供給量を増大させることを特徴とする燃料ガス供給量制御装置。 - 請求項1または請求項2に記載の燃料ガス供給量制御装置において、
前記供給量調整手段は、一定時間に前記温度検知手段で得られた温度の平均値に基づいて燃料ガスの供給量の調整を行うことを特徴とする燃料ガス供給量制御装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の燃料ガス供給量制御装置において、
前記温度検知手段は、前記点火栓の座金の温度を測定することで該点火栓の温度を検知することを特徴とする燃料ガス供給量制御装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の燃料ガス供給量制御装置において、
前記温度検知手段は、前記副室の壁部の温度を測定することで前記点火栓の温度を検知することを特徴とする燃料ガス供給量制御装置。 - 請求項1から請求項3のいずれかに記載の燃料ガス供給量制御装置において、
前記温度検知手段は、前記副室の内部の温度を測定することで前記点火栓の温度を検知することを特徴とする燃料ガス供給量制御装置。 - 請求項1から請求項6のいずれかに記載の燃料ガス供給量制御装置を備えたことを特徴とする副室式ガスエンジン。
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