JP2004293402A

JP2004293402A - Mixer for gas engine

Info

Publication number: JP2004293402A
Application number: JP2003086573A
Authority: JP
Inventors: Nobumasa Takashina; 順正高科; Shingo Yonekura; 真吾米倉
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2003-03-26
Filing date: 2003-03-26
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2023-03-26
Also published as: JP4142480B2

Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To linearize an air-fuel ratio characteristic of an air-fuel mixture generated by a mixer; and to expand a flow rate controllable area of fuel gas by variously changing a taper angle of a needle of a needle valve arranged in a bypass passage in the mixer for a gas engine. <P>SOLUTION: This mixer for the gas engine is provided with a main passage 27 having a fixed valve 29, and the bypass passage 28 having the needle valve 30 on the upstream side of a fuel supply passage to a cylinder 40. The needle 32 of the needle valve 30 is formed in the shape of inclining in a multistage shape. <P>COPYRIGHT: (C)2005,JPO&NCIPI

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガス供給管を通じて供給されるガス等の燃料と、空気供給管を通じて供給される空気とを混合させることによって、混合気を生成するガスエンジン用ミキサの技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ガスエンジンとして、ガスヒートポンプやガスコージェネ等に適用されるものが知られている。ガスエンジンは、ミキサにより生成される燃料ガスと空気との混合気を燃料として駆動する。このように、ガスエンジン用ミキサでは、ガス供給管（ガス供給路）を通じてから供給される燃料ガスと、空気供給管（空気供給路）を通じて供給される空気（外気）とをベンチュリの部分で混合して、ガスエンジンの燃料となる混合気を生成している。そして、このようなミキサとして、ガス供給路にメイン通路およびバイパス通路の２系統の供給路を備えたものが公知となっている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
このうち、メイン通路には、ネジ調整式（固定式）のニードル弁、または固定式のオリフィスを配置することにより、メイン通路からベンチュリに一定流量の燃料ガスを供給するようにしていた。そして、このメイン通路の固定式のニードル弁は燃料ガス等の種類により予め設定され、メイン通路の通路面積は一定とされていた。
これに対して、バイパス通路には、モータやソレノイド等のアクチュエータの駆動による可変式のニードル弁を配置することにより、バイパス通路からベンチュリに供給される燃料ガスの流量を調整可能としていた。そして、このバイパス通路の可変式のニードル弁を調節することにより、バイパス通路の通路面積を調節して、ガスエンジン始動時に燃料ガスを増量したり、燃料ガスの微量な流量調整等を行ったりしていた。
【０００４】
そして、従来のガスエンジン用ミキサのバイパス通路に配設されるニードル弁の弁体であるニードルは、図９に示すような形状とされていた。図９に示すように、従来のニードル弁３０のニードル３２´は、その先端部が円錐状（または針状）に形成されている。断面視（または、側面視）では、ニードル３２´の先端部分に、テーパ部３２ａ´（傾斜が始まる位置３２ｃ´から先端位置３２ｂ´まで）が、ニードル３２´の中心線Ｍに対して対称に形成されていた。また、このテーパ部３２ａ´の中心線Ｍに対する角度（テーパ角、リフト方向に対する傾斜角）は角度θとなっていた。そして、このテーパ角は、ニードル３２´のテーパ部３２ａ´において、一定となっていた。つまり、テーパ部３２ａ´は段差のない１段階に形成されていた。
【０００５】
このような形状のニードル３２´を、弁座３１に対して移動（リフト）させて、ニードル弁３０を開閉する場合には、バイパス通路２８の通路面積Ｓは、図１０に示すように変化する。通路面積Ｓとは、図９のＢ−Ｂ線でバイパス通路２８を切断した場合において、弁座３１の開口部分の面積（一定）から、ニードル３２´の占める面積（リフト量Ｌにより可変）を差し引いたものである。図１０において、横軸は、ニードル３２´の移動量（リフト量）Ｌである。
【０００６】
【特許文献１】
特開平６−３４１３３５号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、図１０に示すように、ニードル３２´のリフト量Ｌが大きくなるほど、通路面積Ｓは増加しているものの、その増加割合は、リフト量Ｌが大きくなるほど、緩やかになっていた（鈍化していた）。つまり、ニードル３２´のリフト量Ｌが大きくなるほど、このリフト量Ｌの変化に対する通路面積Ｓが変化する割合が緩慢になっていた。このため、ニードル３２´のリフト量Ｌが大きくなるほど、リフト量Ｌの変化に対するベンチュリに供給される燃料ガスの流量の変化が緩やかになっていた。つまり、リフト量Ｌを大きく増加させても、燃料ガスの流量はそれほど増加しないという結果となっていた。したがって、ミキサにより生成される混合気の空燃比がリニア（線形的）に変化する領域が狭くなり、燃料ガスの流量制御の可能領域は狭いものとなっていた。
そこで、本発明では、ガスエンジン用ミキサにおいて、バイパス通路に設けられるニードル弁のニードルのテーパ角を種々に変更することにより、ミキサにより生成される混合気の空燃比特性をリニアにし、燃料ガスの流量制御可能領域を広げることを課題とする。
【０００８】
また、従来のガスエンジン用ミキサにおいては、次のような不具合もあった。
１つのガスエンジンで、２以上の異なる種類の（発熱量の異なる）燃料ガスを切り換えて使用する場合には、ミキサにおいて、例えば、ネジの固定位置の変更や、オリフィス径の変更など、メイン通路の固定弁を変更することにより対応していた。このため、２以上の異なる種類の燃料ガスを使用する場合には、同一のミキサを使用できないという問題点があった。
そして、ネジ固定式の固定弁を備えたメイン通路では、ミキサの製造時に、ネジの固定位置を微調整して、流量を微調整しているため、出荷後に、固定位置を変更した場合には、再度もとの固定位置に戻すことが難しいという不具合があった。
そこで、本発明では、ガスエンジン用ミキサにおいて、２以上の異なる種類の（発熱量の異なる）燃料ガスを切り換えて使用する場合にも、対応可能とすることを課題とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
すなわち、請求項１においては、シリンダへの燃料供給路の上流側に、メイン通路とバイパス通路とを有し、各々の通路に流量調整弁を配設したガスエンジン用ミキサにおいて、バイパス通路側の流量調整弁をニードル弁とし、該ニードル弁のニードルを多段階に傾斜した形状とするものである。
【００１０】
請求項２においては、前記ニードルの多段階の傾斜を、燃料ガスの種類に対応した傾斜角度としたものである。
【００１１】
請求項３においては、前記ニードルに、空燃比が大となる領域に対応した傾斜角度と、空燃比が小となる領域に対応した傾斜角度を設け、燃料ガスの流量制御を行うものである。
【００１２】
請求項４においては、前記ニードルに、空燃比が大となる領域で高精度に制御できる傾斜角度を設定し、燃料ガスの流量制御を行うものである。
【００１３】
請求項５においては、シリンダへの燃料供給路の燃料上流側に、メイン通路とバイパス通路とを有し、各々の通路に流量調整弁を配設したガスエンジン用ミキサにおいて、第二のバイパス通路を設けるとともに、該第二のバイパス通路に燃料ガスの種類に対応させて、第二のバイパス通路を開閉させる弁を設けたものである。
【００１４】
【発明の実施の形態】
次に、発明の実施の形態について、添付の図面を用いて説明する。
図１は本発明を適用する装置構成の一実施例を示す図、図２はバイパス通路に配置するニードル弁を示す図、図３はバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性を示す図、図４（ａ）はニードル弁のニードルを示す図、図４（ｂ）はバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性、およびミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図、図５は２種類の燃料ガスについてのミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図、図６（ａ）はニードル弁のニードルを示す図、図６（ｂ）はバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性、およびミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図、図７（ａ）はニードル弁のニードルを示す図、図７（ｂ）はバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性、およびミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図、図８は２つのバイパス通路を有するミキサを示す図、図９は従来のバイパス通路に配置するニードル弁を示す図、図１０は従来のバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性を示す図である。
【００１５】
図１は本発明を適用する装置構成の一実施例を示したものである。なお、以下では、ガスエンジン１１用のミキサ１０の実施例について説明しているが、デュアルフューエル用のミキサに適用することも可能である。
図１において、１０はガスエンジン用ミキサ、１１はガスエンジン、１２はガス供給管、１３はガスレギュレータ、１４は空気供給管、１５はエアクリーナ、１６はベンチュリ、１８はスロットル弁、１９はスロットル弁駆動モータ、２０は吸気管、２１は排気管、２２はコントローラ、２３は空燃比センサである。
また、２７は前記レギュレータ１３とベンチュリ１６との間に設けられるメイン部分のガス供給路（以下では、「メイン通路」という。）、２８は前記メイン通路２７に並列に設けられるバイパス部分のガス供給路（以下では、「バイパス通路」という。）、２９は前記メイン通路２７に配設される燃料調整弁としての固定弁、３０は前記バイパス通路２８に配設される燃料調整弁としてのモータ駆動式のニードル弁である。
【００１６】
図１に示すように、ミキサ１０は、ベンチュリ１６、スロットル弁１８、メイン通路２７、バイパス通路２８、固定弁２９、ニードル弁３０等から構成されており、ガス供給路として、固定弁２９を備えるメイン通路２７、およびニードル弁３０を備えるバイパス通路２８の２系統の供給路を有している。ミキサ１０は、ガスレギュレータ１３を介してガス供給管１２から供給される燃料ガスと、エアクリーナ１５を介して空気供給管１４から取り入れる空気（外気）とをベンチュリ１６の部分で混合して、ガスエンジン１１を駆動するための燃料となる混合気を生成する。
【００１７】
具体的には、ガスエンジン１１のピストンが下降してシリンダ（燃焼室）４０内が負圧となることにより、空気供給管１４からエアクリーナ１５を介して空気を取り入れる。このとき、取り入れられた空気がベンチュリ１６を通過することにより、空気の流速が上昇する。ベンチュリ１６は空気通路の一部を狭く（細く）絞られて形成されており、この狭い部分にガス供給路（メイン通路２７）が連通されている。そして、ベンチュリ１６を通過する空気の流速が上昇することによって、負圧が発生する（圧力が低下する）。この負圧を利用して、メイン通路２７から燃料ガスを吸入して、空気と燃料ガスとの混合気を生成する。
【００１８】
メイン通路２７に備えられる固定弁２９は、ネジ調整式のニードル弁となっており、予め定められた流量の燃料ガスを、ベンチュリ１６に供給するために備えられている。なお、固定弁２９に替えて、固定のオリフィスとしてもよい。
固定弁２９は燃料ガスの種類等に応じて、弁体の位置が予め設定されて、一定の開度とされている。つまり、固定弁２９の弁体はコントローラ２２等によって制御されることなく、ミキサ１０の製造時、あるいは据え付け時等のメンテナンス時に、予め調整されるのみとなっている。
【００１９】
これに対して、バイパス通路２８に備えられるニードル弁３０は、モータ駆動による可変式とされており、ベンチュリ１６に供給する燃料ガスの流量を調整するために備えられている。具体的には、ニードル弁３０の弁体であるニードル３２（図２）はアクチュエータとしてのモータの駆動により移動（リフト）される。モータは、制御手段であるコントローラ２２と接続されており、該コントローラ２２によりモータの駆動を制御することによって、ニードル３２がリフトして、燃料ガスの流量を調整するようにしている。なお、モータ駆動に替えて、ソレノイドによりニードル３２を移動させてもよい。
このとき、メイン通路２７からベンチュリ１６に供給される燃料ガスは一定流量となっているため、バイパス通路２８からベンチュリ１６に供給される燃料ガスの流量によって、ガス供給路からベンチュリ１６に供給される燃料ガスの流量が調整される。つまり、バイパス通路２８に備えられるニードル弁３０によって、ベンチュリ１６に供給される燃料ガスの流量が調整される。
そして、コントローラ２２によりニードル弁３０を制御することによって、ミキサ１０（ベンチュリ１６）で生成される混合気の空燃比を変化させることが可能となる。
【００２０】
このように、ミキサ１０で生成された混合気は、スロットル弁１８に到達し、該スロットル弁１８の開度によってスロットル弁１８を通過する混合気の流量が変化する。具体的には、スロットル弁１８の弁体はアクチュエータとしてのスロットル弁駆動モータ（ステッピングモータ）１９の駆動によりその開度が変更される。ステッピングモータ１９はコントローラ２２と接続されており、該コントローラ２２によりステッピングモータ１９を制御することによって、スロットル弁１８の開度を変更するようにしている。スロットル弁１８の開度を大きくすることによって通過する混合気の流量が増加し、開度を小さくすることによって通過する混合気の流量が減少する。
【００２１】
バイパス通路２８のニードル弁３０により燃料ガスの流量が制御され、スロットル弁１８により混合気の流量が制御された後、混合気はガスエンジン１１のシリンダ４０内に吸気弁を介して吸入される。吸入された混合気は、吸気弁３８および排気弁３９が閉じた状態で、ピストンの上昇により圧縮される。圧縮された混合気は、高電圧発生回路３６を介して点火プラグ３５により点火されて、爆発する。爆発後には、排気ガスが排気弁３９を介して排出される。このとき、排気ガスの空燃比が空燃比センサ２３で検出される。該空燃比センサ２３と高電圧発生回路３６とクランク軸（出力軸）の回転を検知する回転数センサ３７等はコントローラ２２と接続されており、該コントローラ２２に空燃比センサ２３により検出された排気ガスの空燃比が入力される。コントローラ２２は、この空燃比センサ２３により検出された排気ガスの空燃比に基づいて、シリンダ４０に吸入される混合気、つまり、ミキサ１０により生成される混合気の空燃比を算出し、ニードル弁３０の開度を制御するとともに、また、回転数センサ３７により回転数や回転偏差等を演算し、スロットル弁１８や高電圧発生回路３６を制御して目標回転数で運転できるように制御している。
【００２２】
そして、本実施例では、ガスエンジン用ミキサ１０におけるバイパス通路２８に配置するニードル弁３０の弁体であるニードル３２を、図２に示すような形状としている。また、図４（ａ）、図６（ａ）、図７（ａ）に示すような形状とすることもできる。図９には、従来の形状のニードル３２´を示している。
なお、以下では、断面視（または、側面視）におけるニードル３２先端部の傾斜している部分を「テーパ部」３２ａと呼ぶこととする。ニードル３２は先端３２ｂを通る中心線Ｍについて対称な形状をしているため、テーパ部３２ａはこの中心線Ｍに対して対称となる。例えば、図２においては、テーパ部３２ａは、傾斜が始まる位置（以下では、「傾斜開始部」という。）３２ｃからニードル３２の先端３２ｂまでとなっている。
また、断面視（または、側面視）におけるテーパ部３２ａの中心線Ｍに対する角度（鋭角）を、「テーパ角」と呼ぶこととする。つまり、テーパ角はニードル３２のリフト方向に対するテーパ部３２ａの傾斜角である。例えば、図９においては、テーパ角は、角度θとなっている。
【００２３】
そして、このようなニードル３２を用いる場合のバイパス通路２８の通路面積（以下では、単に「通路面積」ともいう。）Ｓは、図３に示すように変化する。また、図４（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）に示すようにも変化する。図１０には、従来の形状のニードル３２´を用いた場合の通路面積Ｓの変化を示している。
この場合、バイパス通路２８の通路面積Ｓとは、ニードル弁３０の弁座３１の弁体側の面を含む平面（図２では、バイパス通路２８をＡ−Ａ線で切断した面）内において、ニードル弁３０の弁座３１の開口部分の面積から、弁体であるニードル３２の断面積を差し引いた面積であり、ニードル弁３０の開度を示す量である。この通路面積Ｓは、テーパ部３２ａのテーパ角が大きくなるほど、その変化が急となり、逆に、テーパ角が小さくなるほど、その変化は緩やかになるという特性を有する。
【００２４】
図３、図４（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）、図１０では、横軸をニードル３２のリフト量Ｌとしている。ニードル３２のリフトとは、ニードル３２の弁座３１に対する移動のことであり、本実施例では、ニードル３２は、ソレノイド等のアクチュエータによってリフトされる。また、ニードル３２のリフト量Ｌとは、前記ニードル３２の弁座３１に対する移動量（前記ニードル３２の中心線Ｍ方向）であり、ニードル３２の基準位置からの変位を示す量であり、ニードル弁３０が開く方向にニードル３２が移動するほど、このリフト量Ｌは大きくなる。この場合には、基準位置を、ニードル３２が弁座３１に密着する状態、つまり、ニードル弁３０が全閉の状態でのニードル３２の位置としている。そして、リフト量Ｌは、ニードル弁３０が全開となるＬｍａｘまで変化する。つまり、リフト量Ｌｍｉｎでの通路面積Ｓはゼロであり、リフト量Ｌｍａｘでの通路面積Ｓは弁座３１の開口部分の面積と等しくなる。
【００２５】
また、図４（ｂ）、図６（ｂ）、図７（ｂ）には、ニードル３２のリフト量Ｌに対するミキサ１０で生成される混合気の空燃比の変化を示している。前述したように、ニードル弁３０を制御することによって、ミキサ１０で生成される混合気の空燃比を調整させることができる。空燃比は、混合気中の燃料ガスの割合を示す量であり、混合気中に燃料ガスの量が多い場合には、空燃比が小である「リッチ」となり、逆に、混合気中に燃料ガスが少ない場合には、空燃比が大である「リーン」となる。このように、ニードル弁３０を制御することにより、ニードル３２のリフト量Ｌに応じて、混合気の空燃比を「リッチ」としたり、「リーン」としたりすることができる。
そして、前述した通路面積Ｓが大きくなるほど、この空燃比は小さくなり（リッチとなり）、逆に、通路面積Ｓが小さくなるほど、空燃比は大きくなる（リーンとなる）という特性を有する。
【００２６】
ニードル弁３０のニードル３２の形状と、このニードル３２のリフト量Ｌに対する通路面積Ｓの変化について、図２、図３を用いて説明する。
図２に示すように、ニードル３２は、断面視（または、側面視）において、テーパ部３２ａを２段階（２段階傾斜）とした形状となっている。ニードル３２のテーパ部３２ａには、屈曲部（角度切替部）３２ｄが、傾斜開始部３２ｃと先端３２ｂの中途部に設けられている。この屈曲部３２ｄでテーパ角（リフト方向に対する傾斜角）が変化しており、傾斜開始部３２ｃから屈曲部３２ｄまでを第１テーパ部３２ｅとし、屈曲部３２ｄから先端３２ｂまでを第２テーパ部３２ｆとしている。そして、第１テーパ部３２ｅのテーパ角（角度θ１）を、第２テーパ部３２ｆのテーパ角（角度θ２）よりも小さくしている（θ１＜θ２）。
このように、テーパ部３２ａを、テーパ角の小さい（勾配が緩やかである）第１テーパ部３２ｅと、テーパ角の大きい（勾配が急である）第２テーパ部３２ｆとの２つのテーパ部から形成している。つまり、ニードル３２は、テーパ部３２ａに段差を設けて、テーパ部３２ａ´に段差のない（テーパ角が一定の）従来のニードル３２´（図９）よりも、外側に膨らんだ形状となっている。言い換えれば、ニードル３２は、ニードル３２の先端部に、円錐台（第１テーパ部３２ｅに相当する部分）を取り付けて、この円錐台の上面に、円錐台の上面と等しい底面の円錐（第２テーパ部３２ｆに相当する部分）を取り付けたような形状となっている。
【００２７】
図２のようなニードル３２をリフトさせた場合には、バイパス通路２８の通路面積Ｓは、図３の実線に示すように変化し、リフト量Ｌが増加するほど、つまり、ニードル弁３０が開く方向にニードル３２が移動するほど、通路面積Ｓが増加している。この実線のうち、リフト量がＬｍｉｎからＬ１までの部分は、テーパ角の小さい第１テーパ部３２ｅが図２のＡ−Ａ線上に位置している場合に対応し、リフト量がＬ１からＬｍａｘまでの部分は、テーパ角の大きい第２テーパ部３２ｆが図２のＡ−Ａ線上に位置している場合に対応している。そして、リフト量Ｌ１のとき、テーパ部３２ａのテーパ角が変化する屈曲部３２ｄが、図２のＡ−Ａ線上に位置している。これに対して、図３の破線は、従来のテーパ角が一定のニードル３２´（図９）をリフトさせた場合の通路面積Ｓの変化を示している。
このように、図２に示すような形状のニードル３２の場合には、従来の形状のニードル３２´の場合と比べて、リフト量がＬ１からＬｍａｘまでの部分において、通路面積Ｓの増加割合（増加率）が大きくなっている。その理由は、本実施例のニードル３２では、従来のニードル３２´とは異なって、テーパ部３２ａに屈曲部３２ｄを設けて、この屈曲部３２ｄにてテーパ角を、角度が小さいθ１から角度が大きいθ２へ変化させているからである。
【００２８】
これにより、ニードル弁３０のニードル３２のリフト量Ｌが大きくなるにつれて、バイパス通路２８の通路面積Ｓの増加割合が緩やかになる（鈍化する）という、従来における不具合を解消できる。すなわち、ニードル３２のリフト量Ｌが大きくなる部分、例えば、図３では、Ｌ１からＬｍａｘまでの部分においても、通路面積Ｓの増加割合が鈍化することを抑制できる。そして、バイパス通路２８からベンチュリ１６に供給される燃料ガスの流量についても、その増加割合が鈍化することを抑制できる。
同様に、ニードル弁３０のニードル３２のリフト量Ｌを小さくする場合においても、バイパス通路２８からベンチュリ１６に供給される燃料ガスの流量の減少割合が鈍化することを抑制できる。
こうして、ニードル弁３０のニードル３２のリフト量Ｌが大きくなる部分、つまり、ニードル弁３０の開度が大きい部分においても、リフト量Ｌに対する燃料ガスの流量変化を大きくして、ニードル３２のリフト量Ｌの変化に対して効率よく、混合気の空燃比をリッチとしたり、リーンとしたりすることができる。このように、ニードル３２のテーパ部３２ａを２段階に形成することにより、ミキサ１０における燃料ガスの流量制御可能領域を拡大することができる。
【００２９】
なお、ニードル３２の形状を、図２に示すようなテーパ部３２ａを２段階としたものに替えて、テーパ部３２ａを３段階以上としてもよい。テーパ部３２ａを３段階とした場合には、テーパ部３２ａの中途部に２つの屈曲部を設けて、先端に近づくほど、テーパ角を大きくする。また、テーパ部３２ａのテーパ角が変化する屈曲部３２ｄの部分の形状をＲ形状としてもよく、ニードル３２のリフト量Ｌの変化に対して、通路面積Ｓの変化割合の鈍化を抑制できるような形状であればよい。
【００３０】
ニードル弁３０のニードル３２の形状を、図４（ａ）に示すような形状とすることもできる。この場合には、ニードル３２のリフト量Ｌに対する通路面積Ｓは、図４（ｂ）に示すように変化する。また、図４（ｂ）には、ニードル３２のリフト量Ｌに対するミキサ１０で生成される混合気の空燃比の変化を示している。破線は、従来のテーパ角が一定のニードル３２´（図９）をリフトさせた場合の通路面積Ｓの変化と、これに伴う空燃比の変化である。
【００３１】
図４（ａ）に示す形状のニードル３２は、図２に示す先端を尖らせた場合とは違って、先端部分を平らな（前記ニードル３２の中心線Ｍと直交するような）面３２ｈとしている。つまり、ニードル３２は、テーパ角の小さい第１テーパ部３２ｅと、テーパ角の大きい第２テーパ部３２ｆとからなり、第２テーパ部３２ｆの先端部分を平らな面３２ｈとしている。
【００３２】
そして、図４（ａ）のようなニードル３２をリフトさせた場合には、バイパス通路２８の通路面積Ｓは、図４（ｂ）の実線に示すように変化し、リフト量Ｌが増加するほど、つまり、ニードル３２が、ニードル弁３０の開く方向に移動するほど、通路面積Ｓが増加している。また、この通路面積Ｓの変化にしたがって、ミキサ１０で生成される混合気の空燃比は、リフト量Ｌが増加するほど、リッチとなり、図４（ｂ）の実線に示すように変化している。
この実線のうち、リフト量がＬ２からＬ４までの部分では、略直線的に空燃比が変化している。これに対して、従来の形状のニードル３２´の場合には、空燃比が略直線的に変化する部分は、リフト量がＬ２からＬ３までの部分に限られている。
このように、空燃比特性がリニア（線形的）となる部分が、従来の場合よりも拡大している。このことを、図４（ｂ）では、直線性確保領域として表している。つまり、ニードル３２のリフト量に略比例して燃料ガスの流量を制御できるようになる。
【００３３】
このように、ミキサ１０における燃料ガスの流量制御を高精度で行える領域を拡大することができ、また、混合気の空燃比の制御領域を拡大することができる。また、これにより、ガスエンジン１１の運転回転数、負荷率等によって、空燃比特性を変更させる際に、空燃比の変化量を直線的に設定できるため、コントローラ２２において、空燃比センサ２３により検出された空燃比に基づく、フィードバック制御を容易に行うことができる。
これとは逆に、空燃比が、図４（ｂ）のようなリニアな特性を示すように、ニードル３２のテーパ角を設定することも可能であり、この場合には、ニードル３２の形状は、空燃比特性の線形性を確保できるような形状であれば、図４（ａ）に示すものに特に限定されない。
【００３４】
また、図４（ａ）に示すような形状のニードル３２を用いて、１つのガスエンジン１１において２種類以上の燃料ガス、例えば、都市ガス、プロパンガス等を使用する場合にも対応することができる。
図５を用いて、１つのガスエンジン１１で、発熱量の異なる２種類の燃料ガス（発熱量が大きい燃料Ａ、発熱量が小さい燃料Ｂ）を使用する場合について、説明する。発熱量の異なる２種類の燃料ガス（燃料Ａ、燃料Ｂ）を使用する場合には、発熱量の大きい燃料Ａについては、テーパ角の小さい第１テーパ部３２ｅの部分を利用して、流量調整を行い、発熱量の小さい燃料Ｂについては、テーパ角の大きい第２テーパ部３２ｆの部分を利用して、流量調整を行う。
つまり、燃料Ａの使用領域に対応させてニードルの傾斜角θ１を設定し、このテーパ角の小さい第１テーパ部３２ｅが、図２のＡ−Ａ線上に位置しているときに流量制御を行うようにしている。また、燃料Ｂの使用領域に対応させてニードルの傾斜角θ２を設定し、テーパ角の大きい第２テーパ部３２ｆが、図２のＡ−Ａ線上に位置している時に流量制御を行うようにしている。
【００３５】
こうして、発熱量の大きい燃料Ａを使用する場合には、ベンチュリ１６に供給する流量は少なくてもよいため、通路面積Ｓが小さい領域において、燃料Ａの流量調整を行うようにしている。この燃料Ａの使用領域は、リフト量がＬ５からＬ７までの部分に相当する。そして、リフト量がＬ５からＬ７までの部分については、燃料Ａについての空燃比は、略直線的に変化する。
これに対して、発熱量の小さい燃料Ｂを使用する場合には、ベンチュリ１６に供給する流量を多くする必要があるため、通路面積Ｓが大きい領域において、燃料Ｂの流量調整を行うようにしている。この燃料Ｂの使用領域は、リフト量がＬ６からＬ８までの部分に相当する。そして、リフト量がＬ６からＬ８までの部分については、燃料Ｂについての空燃比は、略直線的に変化する。
【００３６】
このように、ニードル弁３０を操作して、ニードル３２のテーパ部３２ａの異なるテーパ角の部分を利用することにより、１つのガスエンジン１１において、２種類以上の燃料ガスを切り換えて使用することができる。
また、これにより、従来における不具合の解消を図ることができる。すなわち、２種類以上の燃料ガスを変更して使用する場合に、燃料ガスを変更するたびに、メイン通路２７に備えられる固定弁２９等のセッティングを変更する必要がなくなり、これにより、この場合にも同一のミキサを使用することができる。また、製造時において、使用する燃料ガスの種類に対応させるために、予めガスエンジン１１およびミキサ１０を製造して、在庫を確保しておく必要がなくなる。また、ガスエンジン１１で使用する燃料ガスを変更した場合には、ユーザ自身が使用する燃料ガスの種類をコントローラ２２に入力することより、燃料の種類に応じた使用領域に自動的に切り換えることが可能となるため、市場において選択可能な燃料ガスの種類が増加する。さらに、別部材を追加することなく、ニードル３２のテーパ部３２ａの異なるテーパ角の部分を利用することにより、２種類以上の燃料ガスを、切り換えて使用することができる。
【００３７】
また、ニードル弁３０のニードル３２の形状を、図６（ａ）に示すような形状とすることもできる。この場合には、ニードル３２のリフト量Ｌに対する通路面積Ｓは、図６（ｂ）に示すように変化する。また、図６（ｂ）には、ニードル３２のリフト量Ｌに対するミキサ１０で生成される混合気の空燃比の変化を示している。破線は、従来のテーパ角が一定のニードル３２´（図９）をリフトさせた場合の通路面積Ｓの変化と、これに伴う空燃比の変化である。
【００３８】
図６（ａ）に示す形状のニードル３２は、図４（ａ）に示すテーパ部３２ａが２段階である場合とは違って、テーパ部３２ａを３段階に形成している。図６（ａ）に示すように、テーパ部３２ａの中途部に２つの屈曲部３２ｄ・３２ｋを設けて、この２つの屈曲部３２ｄ・３２ｋにてテーパ角を変化させている。そして、第１テーパ部３２ｅのテーパ角よりも、第２テーパ部３２ｆのテーパ角を大きくするとともに、この第２テーパ部３２ｆのテーパ角よりも、第３テーパ部のテーパ角を小さくしている。つまり、テーパ角の小さい第１テーパ部３２ｅと第３テーパ部３２ｇとの間に、テーパ角の大きい第２テーパ部３２ｆが挟まれて形成されている。
【００３９】
そして、図６（ａ）のようなニードル３２をリフトさせた場合には、バイパス通路２８の通路面積Ｓは、図６（ｂ）の実線に示すように変化し、リフト量Ｌが増加するほど、つまり、ニードル３２が、ニードル弁３０の開く方向に移動するほど、通路面積Ｓが増加している。また、この通路面積Ｓの変化にしたがって、ミキサ１０で生成される混合気の空燃比は、リフト量Ｌが増加するほど、リッチとなり、図６（ｂ）の実線に示すように変化している。
この実線のうち、リフト量がＬ９からＬ１０までの部分、およびＬ１１からＬ１２までの部分では、略直線的に空燃比が変化している。また、リフト量がＬ１０からＬ１１までの部分では、急激に空燃比が変化している。
これに対して、従来の形状のニードル３２´の場合には、空燃比が略直線的に変化する部分は、リフト量がＬ９からＬ１０の部分の１箇所に限られている。また、リフト量がＬ１０を超える部分では、空燃比の変化は緩やかになっている。
【００４０】
このように、図６（ａ）のようなニードル３２を用いる場合には、混合気の空燃比特性がリニアとなる部分が、リーン側とリッチ側との２箇所に現れている。そして、リーン側のリニアな部分は、テーパ角の小さい第１テーパ部３２ｅに対応し、リッチ側のリニアな部分は、テーパ角の小さい第３テーパ部３２ｇに対応している。また、空燃比が急激に変化している部分は、テーパ角の大きい第２テーパ部３２ｆに対応している。
これにより、図６（ｂ）に示すように、リーン側制御域と、リッチ側制御域とに対応させて、ミキサ１０において燃料ガスの流量制御を行うことができる。また、触媒不使用時と、触媒使用時とに対応させて、流量制御を行うことができる。
さらに、混合気の空燃比を急激にリッチ側へ切り換えることもできるため、ガスエンジン１１において、触媒を使用する場合や最大出力を確保する場合等にも、対応することができる。
また、これとは逆に、空燃比が、図６（ｂ）のような特性を示すように、ニードル３２のテーパ角を設定することも可能である。つまり、リーン側、リッチ側の部分にて、それぞれに必要な空燃比の精度に対応させて、ニードル３２のテーパ角を設定することができ、これにより、ガスエンジン１１の設定可能な範囲を拡大することができる。また、従来におけるいわゆるパワー機構等を別途設ける必要がなくなる。
【００４１】
また、ニードル弁３０のニードル３２の形状を、図７（ａ）に示すような形状とすることもできる。この場合には、ニードル３２のリフト量Ｌに対する通路面積Ｓは、図７（ｂ）に示すように変化する。また、図７（ｂ）には、ニードル３２のリフト量Ｌに対するミキサ１０で生成される混合気の空燃比の変化を示している。破線は、従来のテーパ角が一定のニードル３２´（図９）をリフトさせた場合の通路面積Ｓの変化と、これに伴う空燃比の変化である。
【００４２】
図７（ａ）に示す形状のニードル３２は、図４（ａ）に示す場合に対し、テーパ部３２ａのテーパ角が異なっている。図４（ａ）に示すニードル３２では、第１テーパ部３２ｅのテーパ角が、図９に示す従来のニードル３２´のテーパ角よりも大きくなっている。これに対して、図７（ａ）に示すニードル３２の場合には、第１テーパ部３２ｅのテーパ角が、図９に示す従来のニードル３２´のテーパ角よりも小さくなっている。
【００４３】
そして、図７（ａ）のようなニードル３２をリフトさせた場合には、バイパス通路２８の通路面積Ｓは、図７（ｂ）の実線に示すように変化し、リフト量Ｌが増加するほど、つまり、ニードル３２が、ニードル弁３０の開く方向に移動するほど、通路面積Ｓが増加している。この実線のうち、リフト量がＬ１３からＬ１４までの部分では、従来の場合よりも、通路面積Ｓが小さくなっており、また、その増加割合は緩やかになっている。
このような通路面積Ｓの変化にしたがって、ミキサ１０で生成される混合気の空燃比は、ニードル３２のリフト量Ｌが増加するほど、リッチとなり、図７（ｂ）の実線に示すように変化する。この実線のうち、リフト量がＬ１３からＬ１４までの部分では、空燃比が略直線的に変化し、かつ、リフト量Ｌの変化に対して、空燃比の変化割合が緩やかになっている。
【００４４】
このように、空燃比特性がリニアとなっているリーン側の部分において、リフト量Ｌの変化に対して、混合気の空燃比を緩やかに変化させることにより、失火限界に近いリーン側の領域での空燃比の調整精度を向上させることができ、失火に対して、マージンを持つことができる。そして、出力制御を高い精度で行うことができ、安定した運転を行うことができる。
また、これとは逆に、空燃比が、図７（ｂ）のような特性を示すように、ニードル３２のテーパ角を設定することも可能である。
【００４５】
前述したように、本実施例では、ニードル弁３０のニードル３２のテーパ角を種々に変更することにより、ミキサ１０における燃料ガスの流量制御等を行っている。そして、本実施例では、ニードル弁３０の弁座３１は一定形状としている。
これに替えて、ニードル弁３０において、ニードル３２を一定形状（例えば、図９に示すような形状）として、弁座３１の開口部分の形状を変更することにより、燃料ガスの流量制御を行うようにしてもよい。
ニードル３２のリフト量Ｌに対する通路面積Ｓの特性は、ニードル３２のテーパ部３２ａの形状と、弁座３１の開口部分の形状との相対的な関係によるものである。このため、ニードル３２のテーパ角および弁座３１の開口部分の両者を変更するようにしてもよい。
【００４６】
次に、ガスエンジン用ミキサ１０に第２のバイパス通路３３を設けた実施例について、図８を用いて説明する。
本実施例では、図１に示すガスエンジン用ミキサ１０に、メイン通路２７およびバイパス通路２８に対して、並列に第２バイパス通路３３を設けている。つまり、ガス供給路として、メイン通路２７、バイパス通路２８、および第２バイパス通路３３の３系統の供給路を有している。そして、第２バイパス通路３３には、流量調整弁３４が配設されている。第２バイパス通路３３に備える流量調整弁３４は、燃料ガスの種類に対応させて、開閉させるようにしている。流量調整弁３４は、メイン通路２７に備えられる固定弁２９のように固定式としてもよく、また、バイパス通路２８に備えられるニードル弁３０のように可変式としてもよい。
【００４７】
出荷時に、燃料ガスの種類が予め決められている場合には、流量調整弁３４を固定式として、ネジや打込みプラグ等の密封手段を用いて、第２バイパス通路３３を予め開閉させておく。
一方、市場で燃料ガスの種類が変わること等により、燃料ガスの種類を切り換えて使用する場合には、流量調整弁３４を可変式として、モータ駆動式のニードル弁や燃料停止用ソレノイドを用いて、第２バイパス通路３３の開度を調節する。
【００４８】
そして、流量調整弁３４の開度を調節することにより、１つのガスエンジン１１において、２種類以上の（発熱量の異なる）燃料ガスを切り換えて使用する場合に、対応することができる。
発熱量の大きい燃料ガスを使用する場合には、ガス供給路からベンチュリ１６に供給する流量を多くする必要があるため、流量調整弁３４を開いて、第２バイパス通路３３も利用して、燃料流量を多くする。つまり、燃料ガスは、メイン通路２７と、バイパス通路２８と、第２バイパス通路３３とから供給される。
これに対し、発熱量の小さい燃料ガスを使用する場合には、ガス供給路からベンチュリ１６に供給する流量は少なくてもよいため、流量調整弁３４を閉じて、第２バイパス通路３３を利用せずに、燃料流量を少なくする。つまり、燃料ガスは、メイン通路２７と、バイパス通路とから供給される。
【００４９】
このように、簡単な構成、および容易な制御により、燃料ガスの種類、つまり、燃料ガスの発熱量に対応した流量制御を行うことができる。また、流量調整弁３４を可変式とした場合には、この流量調整弁３４の開度を調節することにより、より精度の高い燃料ガスの流量調整を行うことができ、この場合には、より多くの種類の燃料ガスに対応することができる。
また、これにより、従来における不具合を解消することができる。すなわち、２種類以上の燃料ガスを変更して使用する場合に、燃料ガスを変更するたびに、メイン通路２７に備えられる固定弁２９等のセッティングを変更する必要がなくなる。また、製造時において、使用する燃料ガスの種類に対応させるために、予めガスエンジン１１およびミキサ１０を製造して、在庫を確保しておく必要がなくなる。また、ガスエンジン１１で使用する燃料ガスを変更した場合には、ユーザ自身が使用する燃料ガスの種類をコントローラ２２に入力することより、燃料の種類に応じた使用領域に自動的に切り換えることが可能となるため、市場において選択可能な燃料ガスの種類が増加する。
【００５０】
【発明の効果】
本発明は、以上のように構成したので、以下に示すような効果を奏する。
すなわち、請求項１に示す如く、シリンダへの燃料供給路の上流側に、メイン通路とバイパス通路とを有し、各々の通路に流量調整弁を配設したガスエンジン用ミキサにおいて、バイパス通路側の流量調整弁をニードル弁とし、該ニードル弁のニードルを多段階に傾斜した形状とするので、ガスエンジン用ミキサにおける燃料ガスの流量調整可能領域を拡大することができる。
【００５１】
請求項２に示す如く、前記ニードルの多段階の傾斜を、燃料ガスの種類に対応した傾斜角度としたので、使用する燃料ガスの種類を変更した場合にも、ニードル弁を操作することにより対応可能となる。
【００５２】
請求項３に示す如く、前記ニードルに、空燃比が大となる領域に対応した傾斜角度と、空燃比が小となる領域に対応した傾斜角度を設け、燃料ガスの流量制御を行うので、ニードル弁を操作して、ガスエンジン用ミキサを調節することにより、ガスエンジンの設定可能なの範囲を拡大することができる。
【００５３】
請求項４に示す如く、前記ニードルに、空燃比が大となる領域で高精度に制御できる傾斜角度を設定し、燃料ガスの流量制御を行うので、空燃比が大となる領域において、出力制御を高い精度で行うことができ、安定したガスエンジンの運転を行うことができる。
【００５４】
請求項５に示す如く、シリンダへの燃料供給路の燃料上流側に、メイン通路とバイパス通路とを有し、各々の通路に流量調整弁を配設したガスエンジン用ミキサにおいて、第二のバイパス通路を設けるとともに、該第二のバイパス通路に燃料ガスの種類に対応させて、第二のバイパス通路を開閉させる弁を設けたので、簡便な構成および容易な制御により燃料ガスの種類による流量制御を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する装置構成の一実施例を示す図。
【図２】バイパス通路に配置するニードル弁を示す図。
【図３】バイパス通路におけるリフト量−通路面積特性を示す図。
【図４】（ａ）はニードル弁のニードルを示す図、（ｂ）はバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性、およびミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図。
【図５】２種類の燃料ガスについてのミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図。
【図６】（ａ）はニードル弁のニードルを示す図、（ｂ）はバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性、およびミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図。
【図７】（ａ）はニードル弁のニードルを示す図、（ｂ）はバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性、およびミキサにおけるリフト量−空燃比特性を示す図。
【図８】２つのバイパス通路を有するミキサを示す図。
【図９】従来のバイパス通路に配置するニードル弁を示す図。
【図１０】従来のバイパス通路におけるリフト量−通路面積特性を示す図。
【符号の説明】
１０ミキサ
１１ガスエンジン
１６ベンチュリ
２７メイン通路
２８バイパス通路
２９固定弁
３０ニードル弁
３１弁座
３２ニードル
４０シリンダ[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a technology of a gas engine mixer that generates a mixture by mixing a fuel such as a gas supplied through a gas supply pipe and air supplied through an air supply pipe.
[0002]
[Prior art]
BACKGROUND ART Conventionally, as a gas engine, an engine applied to a gas heat pump, a gas cogeneration, or the like is known. The gas engine drives a mixture of fuel gas and air generated by the mixer as fuel. As described above, in the gas engine mixer, the fuel gas supplied through the gas supply pipe (gas supply path) and the air (outside air) supplied through the air supply pipe (air supply path) are mixed at the venturi. As a result, an air-fuel mixture serving as fuel for the gas engine is generated. As such a mixer, a mixer having a gas supply path provided with two supply paths of a main path and a bypass path is known (for example, see Patent Document 1).
[0003]
Of these, a screw valve of a fixed (fixed) type or a fixed orifice is disposed in the main passage so that a constant flow rate of fuel gas is supplied from the main passage to the venturi. The fixed needle valve of the main passage is set in advance depending on the type of fuel gas or the like, and the passage area of the main passage is fixed.
On the other hand, by arranging a variable needle valve driven by an actuator such as a motor or a solenoid in the bypass passage, the flow rate of the fuel gas supplied to the venturi from the bypass passage can be adjusted. By adjusting the variable needle valve of the bypass passage, the passage area of the bypass passage is adjusted to increase the amount of fuel gas at the time of starting the gas engine, or to adjust a small amount of fuel gas flow. I was
[0004]
The needle, which is the valve element of the needle valve disposed in the bypass passage of the conventional gas engine mixer, has a shape as shown in FIG. As shown in FIG. 9, the needle 32 'of the conventional needle valve 30 has a tip portion formed in a conical (or needle) shape. In a sectional view (or a side view), a tapered portion 32a '(from a position 32c' where the inclination starts to a distal position 32b ') is provided symmetrically with respect to the center line M of the needle 32' at the distal end of the needle 32 '. Had been formed. The angle (taper angle, inclination angle with respect to the lift direction) of the tapered portion 32a 'with respect to the center line M was the angle θ. And this taper angle was constant in the tapered portion 32a 'of the needle 32'. That is, the tapered portion 32a 'was formed in one step without a step.
[0005]
When the needle 32 'having such a shape is moved (lifted) with respect to the valve seat 31 to open and close the needle valve 30, the passage area S of the bypass passage 28 changes as shown in FIG. . The passage area S refers to the area occupied by the needle 32 '(variable depending on the lift amount L) from the area (constant) of the opening of the valve seat 31 when the bypass passage 28 is cut along the line BB in FIG. It has been deducted. In FIG. 10, the horizontal axis represents the movement amount (lift amount) L of the needle 32 ′.
[0006]
[Patent Document 1]
JP-A-6-341335
[0007]
[Problems to be solved by the invention]
However, as shown in FIG. 10, the passage area S increases as the lift amount L of the needle 32 ′ increases, but the increasing rate becomes gentler as the lift amount L increases (dulls). Was). That is, as the lift amount L of the needle 32 ′ increases, the ratio of the change of the passage area S to the change of the lift amount L decreases. For this reason, as the lift amount L of the needle 32 'becomes larger, the change in the flow rate of the fuel gas supplied to the venturi with respect to the change in the lift amount L becomes gentler. That is, even if the lift amount L is largely increased, the flow rate of the fuel gas does not increase so much. Therefore, the region where the air-fuel ratio of the air-fuel mixture generated by the mixer changes linearly becomes narrow, and the region where the flow rate of the fuel gas can be controlled is narrow.
Therefore, in the present invention, in the gas engine mixer, the air-fuel ratio characteristics of the air-fuel mixture generated by the mixer are changed linearly by changing the taper angle of the needle of the needle valve provided in the bypass passage so that the fuel gas is mixed. It is an object to expand a flow controllable area.
[0008]
The conventional gas engine mixer also has the following disadvantages.
When two or more different types of fuel gas (different in calorific value) are switched and used by one gas engine, the main passage in the mixer is changed, for example, by changing a screw fixing position or changing an orifice diameter. Was changed by changing the fixed valve. Therefore, when two or more different types of fuel gas are used, there is a problem that the same mixer cannot be used.
In the main passage with a screw-fixed fixed valve, the screw fixing position is finely adjusted and the flow rate is finely adjusted during the manufacture of the mixer, so if the fixed position is changed after shipment, However, there is a problem that it is difficult to return to the original fixed position again.
Therefore, an object of the present invention is to be able to cope with a case where two or more different types of fuel gas (having different calorific values) are switched and used in a gas engine mixer.
[0009]
[Means for Solving the Problems]
The problem to be solved by the present invention is as described above. Next, means for solving the problem will be described.
That is, in a gas engine mixer having a main passage and a bypass passage on the upstream side of a fuel supply passage to a cylinder, and a flow control valve disposed in each passage, The flow control valve is a needle valve, and the needle of the needle valve has a shape that is inclined in multiple stages.
[0010]
According to a second aspect of the present invention, the multi-step inclination of the needle is set to an inclination angle corresponding to the type of fuel gas.
[0011]
According to a third aspect of the present invention, the needle is provided with an inclination angle corresponding to a region where the air-fuel ratio is large and an inclination angle corresponding to a region where the air-fuel ratio is small, and the flow rate of the fuel gas is controlled.
[0012]
According to a fourth aspect of the present invention, the needle is provided with an inclination angle that can be controlled with high accuracy in a region where the air-fuel ratio is large, and the flow rate of the fuel gas is controlled.
[0013]
According to a fifth aspect of the present invention, in a gas engine mixer having a main passage and a bypass passage on the fuel upstream side of a fuel supply passage to a cylinder, and a flow regulating valve disposed in each passage, a second bypass passage is provided. And a valve for opening and closing the second bypass passage is provided in the second bypass passage according to the type of the fuel gas.
[0014]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Next, embodiments of the invention will be described with reference to the accompanying drawings.
FIG. 1 is a view showing an embodiment of an apparatus configuration to which the present invention is applied, FIG. 2 is a view showing a needle valve arranged in a bypass passage, FIG. 3 is a view showing a lift amount-passage area characteristic in the bypass passage, and FIG. 4A is a diagram showing a needle of a needle valve, FIG. 4B is a diagram showing a lift amount-passage area characteristic in a bypass passage, and a lift amount-air-fuel ratio characteristic in a mixer, and FIG. 5 is a diagram showing two types of fuel gas. 6A is a diagram showing the needle of the needle valve, FIG. 6B is a diagram showing a lift amount-passage area characteristic in the bypass passage, and FIG. 6B is a diagram showing a lift amount-air-fuel ratio characteristic in the mixer. FIG. 7 (a) is a diagram showing a needle of a needle valve, FIG. 7 (b) is a lift amount-passage area characteristic in a bypass passage, and a lift amount-air-fuel ratio characteristic in a mixer. FIG. 8 is a diagram showing a mixer having two bypass passages, FIG. 9 is a diagram showing a needle valve arranged in a conventional bypass passage, and FIG. 10 is a diagram showing a lift amount-passage area characteristic in a conventional bypass passage. It is.
[0015]
FIG. 1 shows an embodiment of a device configuration to which the present invention is applied. Although the embodiment of the mixer 10 for the gas engine 11 is described below, the present invention can be applied to a mixer for a dual fuel.
In FIG. 1, reference numeral 10 denotes a gas engine mixer, 11 denotes a gas engine, 12 denotes a gas supply pipe, 13 denotes a gas regulator, 14 denotes an air supply pipe, 15 denotes an air cleaner, 16 denotes a venturi, 18 denotes a throttle valve, and 19 denotes a throttle valve. A drive motor, 20 is an intake pipe, 21 is an exhaust pipe, 22 is a controller, and 23 is an air-fuel ratio sensor.
Reference numeral 27 denotes a gas supply passage (hereinafter, referred to as a “main passage”) of a main portion provided between the regulator 13 and the venturi 16, and reference numeral 28 denotes a gas supply passage of a bypass portion provided in parallel with the main passage 27. A passage (hereinafter, referred to as a “bypass passage”), 29 is a fixed valve as a fuel adjustment valve disposed in the main passage 27, and 30 is a motor drive as a fuel adjustment valve disposed in the bypass passage 28. It is a needle valve of a type.
[0016]
As shown in FIG. 1, the mixer 10 includes a venturi 16, a throttle valve 18, a main passage 27, a bypass passage 28, a fixed valve 29, a needle valve 30, and the like, and includes the fixed valve 29 as a gas supply path. It has two supply paths, a main path 27 and a bypass path 28 having a needle valve 30. The mixer 10 mixes the fuel gas supplied from the gas supply pipe 12 via the gas regulator 13 and the air (outside air) taken in from the air supply pipe 14 via the air cleaner 15 at the portion of the venturi 16, and the gas engine A fuel-air mixture is generated to drive the fuel cell 11.
[0017]
Specifically, when the piston of the gas engine 11 descends and the inside of the cylinder (combustion chamber) 40 becomes negative pressure, air is taken in from the air supply pipe 14 via the air cleaner 15. At this time, the introduced air passes through the venturi 16 and the flow velocity of the air increases. The venturi 16 is formed such that a part of the air passage is narrowed (narrowed), and the gas supply passage (main passage 27) communicates with the narrow part. Then, as the flow rate of the air passing through the venturi 16 increases, a negative pressure is generated (the pressure decreases). Utilizing this negative pressure, the fuel gas is sucked from the main passage 27 to generate a mixture of air and fuel gas.
[0018]
The fixed valve 29 provided in the main passage 27 is a needle valve of a screw adjustment type, and is provided for supplying a predetermined flow rate of fuel gas to the venturi 16. Note that a fixed orifice may be used instead of the fixed valve 29.
The position of the valve body of the fixed valve 29 is set in advance in accordance with the type of fuel gas and the like, and the fixed valve 29 has a constant opening. That is, the valve body of the fixed valve 29 is not controlled by the controller 22 or the like, but is merely adjusted in advance during the manufacture of the mixer 10 or during maintenance such as installation.
[0019]
On the other hand, the needle valve 30 provided in the bypass passage 28 is of a variable type driven by a motor, and is provided for adjusting the flow rate of the fuel gas supplied to the venturi 16. Specifically, the needle 32 (FIG. 2), which is the valve body of the needle valve 30, is moved (lifted) by driving a motor as an actuator. The motor is connected to a controller 22 which is a control means, and by controlling the driving of the motor by the controller 22, the needle 32 is lifted to adjust the flow rate of the fuel gas. The needle 32 may be moved by a solenoid instead of the motor drive.
At this time, since the fuel gas supplied from the main passage 27 to the venturi 16 has a constant flow rate, the fuel gas is supplied to the venturi 16 from the gas supply path by the flow rate of the fuel gas supplied from the bypass passage 28 to the venturi 16. The flow rate of the fuel gas is adjusted. That is, the flow rate of the fuel gas supplied to the venturi 16 is adjusted by the needle valve 30 provided in the bypass passage 28.
Then, by controlling the needle valve 30 by the controller 22, it is possible to change the air-fuel ratio of the air-fuel mixture generated by the mixer 10 (Venturi 16).
[0020]
As described above, the air-fuel mixture generated by the mixer 10 reaches the throttle valve 18, and the flow rate of the air-fuel mixture passing through the throttle valve 18 changes according to the opening degree of the throttle valve 18. Specifically, the opening of the valve body of the throttle valve 18 is changed by driving a throttle valve drive motor (stepping motor) 19 as an actuator. The stepping motor 19 is connected to a controller 22, and the controller 22 controls the stepping motor 19 to change the opening of the throttle valve 18. Increasing the opening of the throttle valve 18 increases the flow rate of the air-fuel mixture, and decreasing the opening degree decreases the flow rate of the air-fuel mixture.
[0021]
After the flow rate of the fuel gas is controlled by the needle valve 30 of the bypass passage 28 and the flow rate of the air-fuel mixture is controlled by the throttle valve 18, the air-fuel mixture is sucked into the cylinder 40 of the gas engine 11 via the intake valve. The intake air-fuel mixture is compressed by the rise of the piston with the intake valve 38 and the exhaust valve 39 closed. The compressed air-fuel mixture is ignited by the ignition plug 35 via the high voltage generation circuit 36 and explodes. After the explosion, the exhaust gas is exhausted through the exhaust valve 39. At this time, the air-fuel ratio of the exhaust gas is detected by the air-fuel ratio sensor 23. The air-fuel ratio sensor 23, the high-voltage generating circuit 36, the rotation speed sensor 37 for detecting the rotation of the crankshaft (output shaft) and the like are connected to the controller 22, and the controller 22 controls the exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor 23. The air-fuel ratio of the gas is input. The controller 22 calculates the air-fuel ratio of the air-fuel mixture sucked into the cylinder 40, that is, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture generated by the mixer 10, based on the air-fuel ratio of the exhaust gas detected by the air-fuel ratio sensor 23. In addition to controlling the opening degree of the throttle valve 30, the rotation speed sensor 37 calculates a rotation speed and a rotation deviation, and controls the throttle valve 18 and the high-voltage generating circuit 36 so as to operate at the target rotation speed. I have.
[0022]
In this embodiment, the needle 32, which is the valve element of the needle valve 30 disposed in the bypass passage 28 of the gas engine mixer 10, has a shape as shown in FIG. Further, the shape may be as shown in FIGS. 4 (a), 6 (a) and 7 (a). FIG. 9 shows a needle 32 'having a conventional shape.
In the following, the inclined portion of the tip of the needle 32 in a sectional view (or a side view) is referred to as a “tapered portion” 32a. Since the needle 32 has a symmetrical shape with respect to a center line M passing through the tip 32b, the tapered portion 32a is symmetrical with respect to the center line M. For example, in FIG. 2, the tapered portion 32 a extends from a position where the inclination starts (hereinafter, referred to as an “inclination start portion”) 32 c to a tip 32 b of the needle 32.
Further, an angle (a sharp angle) of the tapered portion 32a with respect to the center line M in a sectional view (or a side view) is referred to as a “taper angle”. That is, the taper angle is the inclination angle of the tapered portion 32a with respect to the lift direction of the needle 32. For example, in FIG. 9, the taper angle is the angle θ.
[0023]
Then, the passage area (hereinafter, also simply referred to as “passage area”) S of the bypass passage 28 when such a needle 32 is used changes as shown in FIG. Further, it also changes as shown in FIGS. 4 (b), 6 (b) and 7 (b). FIG. 10 shows a change in the passage area S when the conventional needle 32 ′ is used.
In this case, the passage area S of the bypass passage 28 corresponds to the needle area in a plane including the valve body-side surface of the valve seat 31 of the needle valve 30 (in FIG. 2, a plane obtained by cutting the bypass passage 28 along the line AA). This is an area obtained by subtracting the cross-sectional area of the needle 32 as a valve body from the area of the opening portion of the valve seat 31 of the valve 30 and is an amount indicating the opening degree of the needle valve 30. The passage area S has such a characteristic that the larger the taper angle of the tapered portion 32a, the steeper the change, and conversely, the smaller the taper angle, the smaller the change.
[0024]
3, 4 (b), 6 (b), 7 (b), and 10, the horizontal axis represents the lift amount L of the needle 32. The lift of the needle 32 refers to the movement of the needle 32 with respect to the valve seat 31. In the present embodiment, the needle 32 is lifted by an actuator such as a solenoid. The lift amount L of the needle 32 is an amount of movement of the needle 32 with respect to the valve seat 31 (in the direction of the center line M of the needle 32), and is an amount indicating displacement of the needle 32 from a reference position. The lift amount L increases as the needle 32 moves in the direction in which the 30 opens. In this case, the reference position is a state where the needle 32 is in close contact with the valve seat 31, that is, the position of the needle 32 when the needle valve 30 is fully closed. Then, the lift amount L changes to Lmax at which the needle valve 30 is fully opened. That is, the passage area S at the lift amount Lmin is zero, and the passage area S at the lift amount Lmax is equal to the area of the opening of the valve seat 31.
[0025]
4 (b), 6 (b), and 7 (b) show changes in the air-fuel ratio of the air-fuel mixture generated by the mixer 10 with respect to the lift amount L of the needle 32. As described above, by controlling the needle valve 30, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture generated by the mixer 10 can be adjusted. The air-fuel ratio is an amount indicating the proportion of the fuel gas in the air-fuel mixture.If the amount of the fuel gas in the air-fuel mixture is large, the air-fuel ratio becomes "rich" where the air-fuel ratio is small. When the fuel gas is small, the air-fuel ratio becomes "lean" with a large air-fuel ratio. As described above, by controlling the needle valve 30, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be made "rich" or "lean" according to the lift amount L of the needle 32.
The air-fuel ratio decreases (riches) as the passage area S increases, and the air-fuel ratio increases (lean) as the passage area S decreases.
[0026]
The shape of the needle 32 of the needle valve 30 and the change of the passage area S with respect to the lift amount L of the needle 32 will be described with reference to FIGS.
As shown in FIG. 2, the needle 32 has a shape in which the tapered portion 32 a has two steps (two-step inclination) in a sectional view (or a side view). A bent portion (angle switching portion) 32d is provided in the tapered portion 32a of the needle 32 at an intermediate portion between the inclination start portion 32c and the tip 32b. The taper angle (inclination angle with respect to the lift direction) changes at the bent portion 32d, the first tapered portion 32e is formed from the tilt start portion 32c to the bent portion 32d, and the second tapered portion 32f is formed from the bent portion 32d to the tip 32b. And The taper angle (angle θ1) of the first taper portion 32e is smaller than the taper angle (angle θ2) of the second taper portion 32f (θ1 <θ2).
As described above, the taper portion 32a is formed by two taper portions, that is, the first taper portion 32e having a small taper angle (gradient is gentle) and the second taper portion 32f having a large taper angle (steep gradient). Has formed. That is, the needle 32 has a stepped portion in the tapered portion 32a, and has a shape that bulges outward more than the conventional needle 32 ′ (FIG. 9) having no stepped portion (a constant taper angle) in the tapered portion 32a ′. I have. In other words, the needle 32 has a truncated cone (a portion corresponding to the first tapered portion 32e) attached to the distal end of the needle 32, and a cone having the same bottom as the upper surface of the truncated cone (the second cone). (A portion corresponding to the tapered portion 32f).
[0027]
When the needle 32 as shown in FIG. 2 is lifted, the passage area S of the bypass passage 28 changes as shown by a solid line in FIG. 3, and as the lift L increases, that is, the needle valve 30 opens. As the needle 32 moves in the direction, the passage area S increases. In the solid line, the portion where the lift amount is from Lmin to L1 corresponds to the case where the first tapered portion 32e having a small taper angle is located on the line AA in FIG. 2, and the lift amount is from L1 to Lmax. 2 corresponds to the case where the second tapered portion 32f having a large taper angle is located on the line AA in FIG. When the lift amount is L1, the bent portion 32d in which the taper angle of the tapered portion 32a changes is located on the line AA in FIG. On the other hand, the broken line in FIG. 3 shows a change in the passage area S when the conventional needle 32 '(FIG. 9) having a constant taper angle is lifted.
As described above, in the case of the needle 32 having the shape shown in FIG. 2, the increase rate of the passage area S in the portion where the lift amount is from L1 to Lmax is larger than that of the needle 32 'having the conventional shape ( Increase rate) is increasing. The reason is that, unlike the conventional needle 32 ', the needle 32 of the present embodiment is provided with a bent portion 32d in the tapered portion 32a, and the tapered angle at the bent portion 32d is changed from the small angle θ1. This is because it is changed to a large θ2.
[0028]
As a result, the conventional problem that the increasing rate of the passage area S of the bypass passage 28 becomes slower (slower) as the lift amount L of the needle 32 of the needle valve 30 increases can be solved. That is, even in a portion where the lift amount L of the needle 32 is large, for example, in FIG. 3, also in a portion from L1 to Lmax, it is possible to suppress the increase rate of the passage area S from slowing. Also, the rate of increase in the flow rate of the fuel gas supplied to the venturi 16 from the bypass passage 28 can be suppressed from slowing down.
Similarly, even when the lift amount L of the needle 32 of the needle valve 30 is reduced, the rate of decrease in the flow rate of the fuel gas supplied from the bypass passage 28 to the venturi 16 can be suppressed from slowing down.
Thus, even in a portion where the lift amount L of the needle 32 of the needle valve 30 is large, that is, in a portion where the opening degree of the needle valve 30 is large, the change in the flow rate of the fuel gas with respect to the lift amount L is increased, and the lift amount of the needle 32 is increased. The air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be made rich or lean efficiently with respect to the change in L. As described above, by forming the tapered portion 32a of the needle 32 in two stages, it is possible to expand the fuel gas flow rate controllable region in the mixer 10.
[0029]
It should be noted that the shape of the needle 32 may be changed to a shape having two stages of the tapered portion 32a as shown in FIG. In the case where the tapered portion 32a has three stages, two bent portions are provided in the middle of the tapered portion 32a, and the taper angle is increased toward the tip. Further, the shape of the bent portion 32d where the taper angle of the tapered portion 32a changes may be an R-shape, so that the change rate of the passage area S can be suppressed from becoming slower with respect to the change of the lift amount L of the needle 32. Any shape is acceptable.
[0030]
The shape of the needle 32 of the needle valve 30 may be a shape as shown in FIG. In this case, the passage area S with respect to the lift amount L of the needle 32 changes as shown in FIG. FIG. 4B shows a change in the air-fuel ratio of the air-fuel mixture generated by the mixer 10 with respect to the lift amount L of the needle 32. A broken line indicates a change in the passage area S when the conventional needle 32 '(FIG. 9) having a constant taper angle is lifted, and a change in the air-fuel ratio accompanying the change.
[0031]
The needle 32 having the shape shown in FIG. 4A has a flat (as perpendicular to the center line M of the needle 32) surface 32h as the needle 32, unlike the sharpened tip shown in FIG. I have. That is, the needle 32 includes the first taper portion 32e having a small taper angle and the second taper portion 32f having a large taper angle, and the tip portion of the second taper portion 32f is a flat surface 32h.
[0032]
When the needle 32 is lifted as shown in FIG. 4A, the passage area S of the bypass passage 28 changes as shown by the solid line in FIG. 4B, and the lift amount L increases as the lift amount L increases. That is, as the needle 32 moves in the opening direction of the needle valve 30, the passage area S increases. Further, in accordance with the change of the passage area S, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture generated by the mixer 10 becomes richer as the lift amount L increases, and changes as shown by the solid line in FIG. .
In the solid line, in the portion where the lift amount is from L2 to L4, the air-fuel ratio changes substantially linearly. On the other hand, in the case of the needle 32 'having a conventional shape, the portion where the air-fuel ratio changes substantially linearly is limited to the portion where the lift amount is from L2 to L3.
As described above, the portion where the air-fuel ratio characteristic becomes linear (linear) is larger than in the conventional case. This is shown as a linearity securing area in FIG. That is, the flow rate of the fuel gas can be controlled substantially in proportion to the lift amount of the needle 32.
[0033]
As described above, the range in which the flow rate control of the fuel gas in the mixer 10 can be performed with high accuracy can be expanded, and the control range of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be expanded. Further, this allows the amount of change in the air-fuel ratio to be set linearly when changing the air-fuel ratio characteristics according to the operating speed, load factor, etc. of the gas engine 11. Feedback control based on the determined air-fuel ratio can be easily performed.
Conversely, it is also possible to set the taper angle of the needle 32 so that the air-fuel ratio exhibits a linear characteristic as shown in FIG. 4B, and in this case, the shape of the needle 32 is 4A is not particularly limited as long as the linearity of the air-fuel ratio characteristic can be ensured.
[0034]
Further, it is possible to cope with a case where two or more types of fuel gas, for example, city gas, propane gas, and the like are used in one gas engine 11 by using the needle 32 having a shape as shown in FIG. it can.
Referring to FIG. 5, a case in which one gas engine 11 uses two types of fuel gas having different calorific values (fuel A having a large calorific value and fuel B having a small calorific value) will be described. When two types of fuel gas (fuel A and fuel B) having different calorific values are used, the flow rate of fuel A having a large calorific value is adjusted by using the first tapered portion 32e having a small taper angle. The flow rate of fuel B having a small calorific value is adjusted using the second tapered portion 32f having a large taper angle.
That is, the needle inclination angle θ1 is set in accordance with the use area of the fuel A, and the flow rate control is performed when the first taper portion 32e having a small taper angle is located on the line AA in FIG. Like that. Further, the inclination angle θ2 of the needle is set in accordance with the use area of the fuel B, and the flow rate is controlled when the second taper portion 32f having a large taper angle is located on the line AA in FIG. ing.
[0035]
Thus, when using the fuel A having a large calorific value, the flow rate supplied to the venturi 16 may be small, so that the flow rate of the fuel A is adjusted in a region where the passage area S is small. The use area of the fuel A corresponds to a portion where the lift amount is from L5 to L7. In the portion where the lift amount is from L5 to L7, the air-fuel ratio of the fuel A changes substantially linearly.
On the other hand, when the fuel B having a small calorific value is used, the flow rate supplied to the venturi 16 needs to be increased. Therefore, the flow rate of the fuel B is adjusted in a region where the passage area S is large. I have. The use region of the fuel B corresponds to a portion where the lift amount is from L6 to L8. In the portion where the lift amount is from L6 to L8, the air-fuel ratio of the fuel B changes substantially linearly.
[0036]
As described above, by operating the needle valve 30 and using portions of the tapered portion 32a of the needle 32 having different taper angles, it is possible to switch and use two or more types of fuel gas in one gas engine 11. it can.
In addition, it is possible to solve the conventional problems. That is, when two or more types of fuel gas are used after being changed, it is not necessary to change the setting of the fixed valve 29 provided in the main passage 27 each time the fuel gas is changed. Can also use the same mixer. Further, at the time of manufacturing, it is not necessary to manufacture the gas engine 11 and the mixer 10 in advance and to keep stock in order to correspond to the type of fuel gas to be used. Further, when the fuel gas used in the gas engine 11 is changed, the type of the fuel gas used by the user himself is input to the controller 22 so that the user can automatically switch to the use area according to the type of the fuel. As a result, the types of fuel gas that can be selected on the market are increased. Further, by using different taper angles of the tapered portion 32a of the needle 32 without adding another member, two or more types of fuel gas can be switched and used.
[0037]
In addition, the shape of the needle 32 of the needle valve 30 may be a shape as shown in FIG. In this case, the passage area S with respect to the lift amount L of the needle 32 changes as shown in FIG. FIG. 6B shows a change in the air-fuel ratio of the air-fuel mixture generated by the mixer 10 with respect to the lift amount L of the needle 32. A broken line indicates a change in the passage area S when the conventional needle 32 '(FIG. 9) having a constant taper angle is lifted, and a change in the air-fuel ratio accompanying the change.
[0038]
The needle 32 having the shape shown in FIG. 6A has the taper portion 32a formed in three stages, unlike the case where the tapered portion 32a shown in FIG. 4A has two stages. As shown in FIG. 6A, two bent portions 32d and 32k are provided in the middle of the tapered portion 32a, and the taper angle is changed by the two bent portions 32d and 32k. The taper angle of the second taper portion 32f is larger than the taper angle of the first taper portion 32e, and the taper angle of the third taper portion is smaller than the taper angle of the second taper portion 32f. . That is, the second taper portion 32f having a large taper angle is formed between the first taper portion 32e having a small taper angle and the third taper portion 32g.
[0039]
When the needle 32 is lifted as shown in FIG. 6A, the passage area S of the bypass passage 28 changes as shown by the solid line in FIG. That is, as the needle 32 moves in the opening direction of the needle valve 30, the passage area S increases. Further, according to the change of the passage area S, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture generated by the mixer 10 becomes richer as the lift amount L increases, and changes as shown by the solid line in FIG. .
In the solid line, the air-fuel ratio changes substantially linearly in the portion where the lift amount is from L9 to L10 and in the portion where the lift amount is from L11 to L12. Further, in the portion where the lift amount is from L10 to L11, the air-fuel ratio changes rapidly.
On the other hand, in the case of the needle 32 'having the conventional shape, the portion where the air-fuel ratio changes substantially linearly is limited to one portion where the lift amount is from L9 to L10. In a portion where the lift amount exceeds L10, the change in the air-fuel ratio is gentle.
[0040]
As described above, when the needle 32 as shown in FIG. 6A is used, portions where the air-fuel ratio characteristics of the air-fuel mixture are linear appear at two locations, that is, the lean side and the rich side. The lean-side linear portion corresponds to the first taper portion 32e having a small taper angle, and the rich-side linear portion corresponds to the third taper portion 32g having a small taper angle. The portion where the air-fuel ratio changes rapidly corresponds to the second tapered portion 32f having a large taper angle.
As a result, as shown in FIG. 6B, the flow rate of the fuel gas can be controlled in the mixer 10 in correspondence with the lean control region and the rich control region. Further, the flow rate can be controlled in correspondence with the time when the catalyst is not used and the time when the catalyst is used.
Further, since the air-fuel ratio of the air-fuel mixture can be rapidly switched to the rich side, the gas engine 11 can cope with a case where a catalyst is used or a case where a maximum output is secured.
Conversely, it is also possible to set the taper angle of the needle 32 so that the air-fuel ratio exhibits a characteristic as shown in FIG. In other words, the taper angle of the needle 32 can be set on the lean side and the rich side in accordance with the required air-fuel ratio accuracy, thereby expanding the settable range of the gas engine 11. can do. Further, it is not necessary to separately provide a conventional so-called power mechanism or the like.
[0041]
Further, the shape of the needle 32 of the needle valve 30 may be a shape as shown in FIG. In this case, the passage area S with respect to the lift amount L of the needle 32 changes as shown in FIG. FIG. 7B shows a change in the air-fuel ratio of the air-fuel mixture generated by the mixer 10 with respect to the lift amount L of the needle 32. A broken line indicates a change in the passage area S when the conventional needle 32 '(FIG. 9) having a constant taper angle is lifted, and a change in the air-fuel ratio accompanying the change.
[0042]
The needle 32 having the shape shown in FIG. 7A has a different taper angle of the tapered portion 32a from the case shown in FIG. 4A. In the needle 32 shown in FIG. 4A, the taper angle of the first tapered portion 32e is larger than the taper angle of the conventional needle 32 'shown in FIG. On the other hand, in the case of the needle 32 shown in FIG. 7A, the taper angle of the first taper portion 32e is smaller than the taper angle of the conventional needle 32 'shown in FIG.
[0043]
When the needle 32 is lifted as shown in FIG. 7A, the passage area S of the bypass passage 28 changes as shown by the solid line in FIG. 7B, and as the lift amount L increases, That is, as the needle 32 moves in the opening direction of the needle valve 30, the passage area S increases. In the solid line, in the portion where the lift amount is from L13 to L14, the passage area S is smaller than in the conventional case, and the rate of increase is smaller.
According to such a change in the passage area S, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture generated by the mixer 10 becomes richer as the lift amount L of the needle 32 increases, and changes as indicated by the solid line in FIG. I do. In the solid line, in the portion where the lift amount is from L13 to L14, the air-fuel ratio changes substantially linearly, and the change rate of the air-fuel ratio is gradual with respect to the change in the lift amount L.
[0044]
In this way, by gradually changing the air-fuel ratio of the air-fuel mixture with respect to the change in the lift amount L in the lean-side portion where the air-fuel ratio characteristic is linear, the lean-side region close to the misfire limit is obtained. The air-fuel ratio adjustment accuracy can be improved, and a margin can be provided for misfire. Then, output control can be performed with high accuracy, and stable operation can be performed.
On the contrary, it is also possible to set the taper angle of the needle 32 so that the air-fuel ratio shows the characteristic as shown in FIG.
[0045]
As described above, in this embodiment, the flow rate of the fuel gas in the mixer 10 is controlled by variously changing the taper angle of the needle 32 of the needle valve 30. In this embodiment, the valve seat 31 of the needle valve 30 has a constant shape.
Instead, in the needle valve 30, the needle 32 has a fixed shape (for example, a shape as shown in FIG. 9) and the shape of the opening of the valve seat 31 is changed to control the flow rate of the fuel gas. It may be.
The characteristic of the passage area S with respect to the lift amount L of the needle 32 depends on the relative relationship between the shape of the tapered portion 32a of the needle 32 and the shape of the opening of the valve seat 31. Therefore, both the taper angle of the needle 32 and the opening of the valve seat 31 may be changed.
[0046]
Next, an embodiment in which the second bypass passage 33 is provided in the gas engine mixer 10 will be described with reference to FIG.
In the present embodiment, a second bypass passage 33 is provided in the gas engine mixer 10 shown in FIG. 1 in parallel with the main passage 27 and the bypass passage 28. That is, the gas supply path has three supply paths of the main passage 27, the bypass passage 28, and the second bypass passage 33. A flow control valve 34 is provided in the second bypass passage 33. The flow control valve 34 provided in the second bypass passage 33 is opened and closed according to the type of fuel gas. The flow control valve 34 may be of a fixed type, such as a fixed valve 29 provided in the main passage 27, or may be of a variable type, such as a needle valve 30 provided in the bypass passage 28.
[0047]
If the type of fuel gas is predetermined at the time of shipment, the flow control valve 34 is fixed, and the second bypass passage 33 is opened and closed in advance using a sealing means such as a screw or a driving plug.
On the other hand, when the type of fuel gas is changed and used due to a change in the type of fuel gas in the market or the like, the flow regulating valve 34 is made variable and a motor-driven needle valve or a fuel stopping solenoid is used. The opening of the second bypass passage 33 is adjusted.
[0048]
By adjusting the opening degree of the flow control valve 34, it is possible to cope with a case where two or more types of fuel gas (having different calorific values) are switched and used in one gas engine 11.
When a fuel gas having a large calorific value is used, it is necessary to increase the flow rate supplied from the gas supply path to the venturi 16. Therefore, the flow rate control valve 34 is opened, and the fuel is also utilized by using the second bypass passage 33. Increase the flow rate. That is, the fuel gas is supplied from the main passage 27, the bypass passage 28, and the second bypass passage 33.
On the other hand, when a fuel gas having a small calorific value is used, the flow rate supplied from the gas supply path to the venturi 16 may be small. Therefore, the flow control valve 34 is closed and the second bypass passage 33 is used. Instead, reduce the fuel flow. That is, the fuel gas is supplied from the main passage 27 and the bypass passage.
[0049]
As described above, with a simple configuration and easy control, it is possible to perform the flow rate control corresponding to the type of the fuel gas, that is, the calorific value of the fuel gas. In addition, when the flow rate control valve 34 is a variable type, by adjusting the opening degree of the flow rate control valve 34, it is possible to perform more accurate fuel gas flow rate control. Many types of fuel gas can be supported.
In addition, this makes it possible to solve the conventional problems. That is, when two or more types of fuel gas are changed and used, it is not necessary to change the setting of the fixed valve 29 provided in the main passage 27 every time the fuel gas is changed. Further, at the time of manufacturing, it is not necessary to manufacture the gas engine 11 and the mixer 10 in advance and to keep stock in order to correspond to the type of fuel gas to be used. Further, when the fuel gas used in the gas engine 11 is changed, the type of the fuel gas used by the user himself is input to the controller 22 so that the user can automatically switch to the use area according to the type of the fuel. As a result, the types of fuel gas that can be selected on the market are increased.
[0050]
【The invention's effect】
The present invention is configured as described above, and has the following effects.
That is, in a gas engine mixer having a main passage and a bypass passage upstream of a fuel supply passage to a cylinder, and a flow control valve disposed in each passage, the bypass passage side The flow control valve is a needle valve, and the needle of the needle valve has a shape that is inclined in multiple stages, so that the flow rate adjustable region of the fuel gas in the gas engine mixer can be expanded.
[0051]
As described in claim 2, the multi-step inclination of the needle is set to an inclination angle corresponding to the type of fuel gas. Therefore, even when the type of fuel gas to be used is changed, it is possible to operate the needle valve by operating the needle valve. It becomes possible.
[0052]
As described in claim 3, the needle is provided with an inclination angle corresponding to a region where the air-fuel ratio is large and an inclination angle corresponding to a region where the air-fuel ratio is small, and the flow rate of the fuel gas is controlled. By operating the valve to adjust the gas engine mixer, the configurable range of the gas engine can be expanded.
[0053]
According to a fourth aspect of the present invention, the needle is set to a tilt angle that can be controlled with high accuracy in a region where the air-fuel ratio is large, and the flow rate of the fuel gas is controlled. Can be performed with high accuracy, and stable operation of the gas engine can be performed.
[0054]
According to a fifth aspect of the present invention, in a gas engine mixer having a main passage and a bypass passage on the fuel upstream side of a fuel supply passage to a cylinder, and a flow control valve disposed in each passage, a second bypass is provided. In addition to providing a passage, the second bypass passage is provided with a valve for opening and closing the second bypass passage in accordance with the type of fuel gas, so that the flow rate can be controlled by the type of fuel gas with a simple configuration and easy control. It can be performed.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing one embodiment of a device configuration to which the present invention is applied.
FIG. 2 is a diagram showing a needle valve arranged in a bypass passage.
FIG. 3 is a diagram showing a lift amount-passage area characteristic in a bypass passage.
4A is a view showing a needle of a needle valve, and FIG. 4B is a view showing a lift amount-passage area characteristic in a bypass passage and a lift amount-air-fuel ratio characteristic in a mixer.
FIG. 5 is a diagram showing lift-air-fuel ratio characteristics in a mixer for two types of fuel gas.
6A is a diagram showing a needle of a needle valve, and FIG. 6B is a diagram showing a lift amount-passage area characteristic in a bypass passage and a lift amount-air-fuel ratio characteristic in a mixer.
7A is a diagram showing a needle of a needle valve, and FIG. 7B is a diagram showing a lift amount-passage area characteristic in a bypass passage and a lift amount-air-fuel ratio characteristic in a mixer.
FIG. 8 is a diagram showing a mixer having two bypass passages.
FIG. 9 is a view showing a conventional needle valve arranged in a bypass passage.
FIG. 10 is a diagram showing a lift amount-passage area characteristic in a conventional bypass passage.
[Explanation of symbols]
10 mixer
11 Gas engine
16 Venturi
27 Main passage
28 Bypass passage
29 fixed valve
30 Needle valve
31 valve seat
32 needle
40 cylinders

Claims

In a gas engine mixer having a main passage and a bypass passage on the upstream side of the fuel supply passage to the cylinder, and a flow regulating valve disposed in each passage, the bypass passage-side flow regulating valve is a needle valve, A mixer for a gas engine, characterized in that the needle of the needle valve has a shape inclined in multiple stages.

The gas engine mixer according to claim 1, wherein the multi-step inclination of the needle is an inclination angle corresponding to a type of fuel gas.

2. The fuel gas flow rate control according to claim 1, wherein the needle is provided with an inclination angle corresponding to a region where the air-fuel ratio is large and an inclination angle corresponding to a region where the air-fuel ratio is small. Mixer for gas engines.

2. The gas engine mixer according to claim 1, wherein the needle is set at an inclination angle that can be controlled with high accuracy in a region where the air-fuel ratio is large, and the flow rate of the fuel gas is controlled.

In a gas engine mixer having a main passage and a bypass passage on the fuel upstream side of a fuel supply passage to a cylinder, and a flow control valve disposed in each passage, a second bypass passage is provided, A mixer for a gas engine, wherein a valve for opening and closing the second bypass passage is provided in the second bypass passage in accordance with the type of fuel gas.