JP2007278128A - ガス燃料エンジンのエネルギ利用装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タービンなどの動力発生手段に好適の動力を発生させ、その動力を適切に利用するガス燃料エンジンのエネルギ利用装置を提供する。
【解決手段】ガス燃料を貯蔵する高圧タンク２２と、該高圧タンク２２と燃料噴射手段２６とを繋ぐ燃料供給通路２８と、該燃料供給通路２８に設けられている動力発生手段３６と、該動力発生手段３６による動力を利用する動力利用手段４０と、を備えているガス燃料エンジンのエネルギ利用装置であって、前記高圧タンク２２と前記動力発生手段３６との間の前記燃料供給通路２８に、該動力発生手段３６に至るガス燃料の流量を調整可能にする流量制御弁４２を備えていることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、高圧タンクに貯蔵されたガス燃料が減圧されるときに放出される圧力エネルギを用いて動力を発生させ、その動力を種々の目的に即して利用するガス燃料エンジンのエネルギ利用装置に関する。

特許文献１には、ガス容器に高圧のガス燃料を充填して貯蔵する容器ユニットと、エンジン運転時にガス燃料を略大気圧のガス燃料に減圧してそのガス燃料を吸気装置に供給する燃料供給装置とを備えるものであって、燃料供給装置に高圧のガス燃料を減圧する過程でその圧力エネルギを動力として回収するタービンを設け、吸気装置に空気を過給する過給機を設け、この過給機をタービンのタービン動力で回転するように連結することが開示されている。

特開平８−１９３５２０号公報

上記特許文献１に記載のものでは、ガス容器に貯蔵されているガス燃料はその流量が調整されること無くタービンに至り、それによってこのタービンは回転されるので、タービンの回転を制御することは不可能である。したがって、タービンにより好適の動力が得られない場合があり、その動力を利用するのには限界がある。

そこで、本発明は、タービンなどの動力発生手段に好適の動力を発生させ、その動力を適切に利用するガス燃料エンジンのエネルギ利用装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明によるガス燃料エンジンのエネルギ利用装置は、ガス燃料を貯蔵する高圧タンクと、該高圧タンクと燃料噴射手段とを繋ぐ燃料供給通路と、該燃料供給通路に設けられている動力発生手段と、該動力発生手段による動力を利用する動力利用手段と、を備えているガス燃料エンジンのエネルギ利用装置であって、前記高圧タンクと前記動力発生手段との間の前記燃料供給通路に、該動力発生手段に至るガス燃料の流量を調整可能にする流量制御弁を備えていることを特徴とする。

これにより、高圧タンクから動力発生手段に至るガス燃料の流量は流量制御弁で調整される。その結果、動力発生手段により発生される動力を調整制御することが可能になり、好適の動力が得られることになる。したがって、その動力を目的に即して適切に利用することが可能になる。

特に、前記動力発生手段よりも下流側の前記燃料供給通路に低圧タンクが設けられていると好ましい。これにより、動力発生手段よりも下流側の圧力が低圧タンクに起因する圧力となり、動力発生手段前後に所定の圧力差が確保可能になる。その結果、動力発生手段により発生される動力をさらに調整制御することが可能になる。

さらに、前記動力利用手段は、前記動力発生手段であるタービンと、該タービンのタービン動力により回されるコンプレッサと、を有する過給機であると好ましい。これにより、タービンのタービン動力を用いて、エンジンに空気を過給することが可能になる。

そして、前記低圧タンク内の圧力が所定タンク圧未満であるとき、前記流量制御弁を第一所定開度に開き、該低圧タンク内の圧力が該所定タンク圧以上であり、要求過給圧が所定圧よりも高いとき、該流量制御弁を第二所定開度に開き、該低圧タンク内の圧力が該所定タンク圧以上であり、要求過給圧が該所定圧以下であるとき、該流量制御弁を閉じる弁制御手段を備えると良い。これにより、低圧タンク内の圧力が所定タンク圧未満のとき、流量制御弁が第一所定開度に開かれるので、低圧タンク内の圧力を所定タンク圧以上に高めることが可能になる。また、低圧タンク内の圧力が所定タンク圧以上であり、要求過給圧が所定圧よりも高いとき、すなわち、過給を要するとき、流量制御弁が第二所定開度に開かれるので、エンジンに空気を過給することが可能になる。さらに、低圧タンク内の圧力が所定タンク圧以上であり、要求過給圧が所定圧以下であるとき、すなわち、過給を必要としないとき、流量制御弁が閉じられるので、低圧タンクの圧力上昇が防止されると共に、エンジンへの空気の過給が禁じられることになる。

あるいは、前記動力利用手段は、発電機であると好ましい。これにより、動力発生手段による動力を用いて、発電することが可能になる。

そして、前記低圧タンク内の圧力が第一領域圧のとき、前記流量制御弁を全閉にし、該低圧タンク内の圧力が該第一領域圧よりも低い圧力である第二領域圧のとき、前記流量制御弁を所定開度に開き、該低圧タンク内の圧力が該第二領域圧よりも低い圧力である第三領域圧のとき、前記流量制御弁を全開にする弁制御手段と、該低圧タンク内の圧力が前記第二領域圧のとき、前記発電機に発電を行わせる発電実行手段と、を備えると好ましい。これにより、低圧タンク内の圧力が第一領域圧のとき、低圧タンクにガス燃料が至ることは無く、低圧タンク内の圧力がそれ以上大きくなることは防止される。また、低圧タンク内の圧力が第二領域圧のとき、流量制御弁の所定開度に応じた量のガス燃料により動力発生手段により動力が発生されて、この動力を用いた発電がなされることになる。そして、低圧タンク内の圧力が第三領域圧のとき、低圧タンクにガス燃料が至って、そのガス燃料により低圧タンク内の圧力が高くなる。

本発明によるガス燃料エンジンのエネルギ利用装置の実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。

まず、本発明によるガス燃料エンジンのエネルギ利用装置の第一実施形態について、以下に説明する。本第一実施形態におけるエンジンシステムの概念を図１に示す。

エンジン１０の吸気ポートは吸気マニフォルド１２に接続されていて、その上流側にはエアクリーナ（不図示）等が配置された吸気管１４がさらに接続されている。一方、エンジン１０の排気ポートは排気マニフォルド１６に接続されていて、その下流側に接続されている排気管１８には排気ガス浄化用の触媒（不図示）等が配置されている。

図１のエンジン１０は、ガス燃料エンジンであり、ガス燃料として圧縮天然ガス（ＣＮＧ）を用いるべくガス燃料供給システム２０を備えている。ガス燃料供給システム２０は、高圧タンク２２と、ガス燃料供給ライン２４と、燃料噴射手段２６とを含んでいる。高圧タンク２２内に蓄圧保持されているガス燃料が燃料噴射手段２６に導かれるように、高圧タンク２２と燃料噴射手段２６とは燃料供給通路２８を区画形成するガス燃料供給ライン２４により繋げられている。燃料噴射手段２６は、インジェクタ３０を備えている。吸気ポートに臨む噴射口を介してガス燃料を噴射可能に配置されたインジェクタ３０の各々には、デリバリパイプ３２によって、ガス燃料供給ライン２４からのガス燃料が分配供給される。

本第一実施形態のガス燃料供給ライン２４には、燃料噴射手段２６に導かれるガス燃料を所定圧に減圧する圧力調整弁３４が設けられている。これにより、圧力調整弁３４よりも上流側のガス燃料供給ライン２４にあるガス燃料は、所定の高調節圧（例えば５ＭＰａ）にまで減圧され、この高調節圧でもってインジェクタ３０から吸気ポートに噴射される。ただし、圧力調整弁３４の設定圧力は変更可能である。なお、この圧力調整弁３４は、設定圧力にガス燃料を調圧する、いわゆるレギュレータである。

ガス燃料供給ライン２４、すなわち燃料供給通路２８の途中には、動力発生手段であるタービン３６が設置されている。タービン３６の燃料供給通路２８への設置箇所は、圧力調整弁３４よりも上流側である。タービン３６は、ガス燃料供給ライン２４を流れるガス燃料によって回転される翼（不図示）を有している。つまり、高圧タンク２２内に貯蔵されているガス燃料は燃料供給通路２８を流れる過程で減圧されるが、タービン３６はガス燃料により回されるので、その減圧に際して放出される圧力エネルギの一部がタービン３６によりタービン動力として回収されることになる。なお、本第一実施形態では、このタービン動力により回転されるコンプレッサ３８が、吸気管１４に設けられている。すなわち、タービン３６と、タービン３６のタービン動力により回転するコンプレッサ３８とを有する過給機４０が、本第一実施形態の動力利用手段として設けられている。

本第一実施形態では、タービン３６に至るガス燃料の流量調整用に、流量制御弁４２がガス燃料供給ライン２４に設置されている。より詳しくは、高圧タンク２２とタービン３６との間の燃料供給ライン２４、すなわち燃料供給通路２８に、流量制御弁４２が設けられている。

さらに、本第一実施形態では、低圧タンク４４が、タービン３６よりも下流側のガス燃料供給ライン２４に設けられている。低圧タンク４４の上流側端部には、図示しない逆止弁が設けられていて、タービン３６を介して至るガス燃料がその逆止弁固有の所定圧力以上のとき、そのガス燃料は低圧タンク４４内へ導かれるようにされている。なお、そのように逆止弁が設けられていることで、低圧タンク４４内のガス燃料は、低圧タンク４４よりも上流側には逆流することが防止される。低圧タンク４４は、上記高圧タンク２２よりも低い圧力でガス燃料を蓄積するものである。そして、概して、低圧タンク４４に至ったガス燃料は低圧タンク４４内へ蓄積されるので、低圧タンク４４の直上流側のガス燃料供給ライン２４に高圧のガス燃料が存在することは防止される。したがって、高圧タンク２２と低圧タンク４４との間、すなわち動力発生手段であるタービン３６の上流側と下流側との間には、所定の圧力差が確保されることになる。

上記流量制御弁４２の開閉制御の他、インジェクタ３０による燃料噴射制御、点火プラグ（不図示）による点火時期制御等を行うべく、電子制御ユニット（ＥＣＵ）４６が備えられている。ＥＣＵ４６は、ＣＰＵと、種々のプログラムやデータ（各種マップを含む）を記録するメモリと、入力インタフェース回路と、出力インタフェース回路とを備える、マイクロコンピュータで構成されている。入力インタフェース回路には、圧力調整弁３４よりも下流側のガス燃料の圧力を検出する圧力センサ４８、低圧タンク４４よりも上流側のガス燃料の圧力を検出する圧力センサ５０、エンジン回転数を検出する回転数センサ５２、エンジン負荷を検出する負荷センサ５４等が電気配線を介して接続されている。なお、負荷センサ５４により検出されるエンジン負荷は、吸気管１４内の圧力である吸気圧や、アクセルペダル（不図示）の踏み込み量に基づく値等であることが望ましい。それ故、エンジン負荷が吸気圧に基づく値である場合には、負荷センサ５４に相当するものは吸気圧センサである。あるいは、エンジン負荷がアクセルペダルの踏み込み量に基づく値である場合には、負荷センサ５４に相当するものはアクセルポジションセンサである。そして、ＥＣＵ４６の出力インタフェース回路は、流量制御弁４２、インジェクタ３０、圧力調整弁３４等に接続されている。

そして、通常、ガス燃料は、インジェクタ３０から吸気ポートに噴射されて、吸気管１４等を介して吸入された空気と適切な割合で混合され、その混合気は燃焼室（不図示）で燃焼される。その後、そのようにして生じた燃焼ガスは、排気ポート、排気管１８等を介して排出されることになる。

上記構成における本第一実施形態のガス燃料エンジンのエネルギ利用装置の制御について、図２の制御フローチャートに基づいて説明する。

まず、ＥＣＵ４６は、ステップＳ２０５で、低圧タンク４４内の圧力が許容圧以上であるか否かを判定する。ここでは、低圧タンク４４内の圧力として、圧力センサ５０により検出された圧力、すなわち低圧タンク４４よりも上流側のガス燃料の圧力が用いられる。また、この許容圧とは、概して低圧タンク４４に許容される上限の圧力であるが、ここでは、低圧タンク４４内にさらにガス燃料を貯蔵する余裕が無いため生じることになる貯蔵されない高圧のガス燃料が低圧タンク４４直上流の燃料供給通路２８にあることを示す圧力である。それ故、ステップＳ２０５で低圧タンク４４内の圧力が許容圧以上であるとして肯定されると、低圧タンク４４にガス燃料を供給することを禁止すべく、ステップＳ２１０で流量制御弁４２は閉じられて、当該ルーチンは終了される。

これに対して、低圧タンク４４内の圧力が許容圧以上でないとして否定されると、ステップＳ２１５へ進む。このときは、低圧タンク４４にガス燃料をさらに貯蔵する余裕があるときである。ステップＳ２１５では、低圧タンク４４内の圧力が所定タンク圧よりも低いか否かが判定される。ここでの所定タンク圧とは、圧力調整弁３４に対する設定圧力のことであり、圧力調整弁３４により減圧されるガス燃料の圧力である。例えば、その所定タンク圧は、上記の如く、５ＭＰａであり、インジェクタ３０からの燃料噴射圧力にも相当する。一方、ここでは、低圧タンク４４内の圧力として、圧力調整弁３４よりも下流側の燃料噴射手段２６のガス燃料の圧力が用いられる。より具体的には、低圧タンク４４内の圧力として圧力センサ４８により検出された圧力が用いられて、ステップＳ２１５での判定に供される。このようにここでの判定がなされるのは、低圧タンク４４内の圧力が上記所定タンク圧を下回ることが、圧力調整弁３４よりも下流側の燃料噴射手段２６のガス燃料の圧力が圧力調整弁３４における設定圧力を下回ることに対応しているからである。

そして、ステップＳ２１５で低圧タンク４４内の圧力が所定タンク圧よりも低いと判断されて肯定されると、ステップＳ２２０へ進み、流量制御弁４２の開度として第一所定開度が設定される。その結果、流量制御弁４２において第一所定開度が実現されるように、ＥＣＵ４６は流量制御弁４２に作動信号を出力する。ただし、この第一所定開度は、低圧タンク４４内の圧力を急速に高めるために、低圧タンク４４にガス燃料を可能な限り多く流す開度であり、具体的には全開の開度である。したがって、低圧タンク４４にガス燃料が確実に流れ、速やかに低圧タンク４４内の圧力が所定タンク圧以上に上昇されることになる。

一方、ステップＳ２１５で低圧タンク４４内の圧力が所定タンク圧よりも低くないと判断されて否定されると、ステップＳ２２５へ進み、要求過給圧が所定圧である大気圧よりも高いか否かが判定される。ここでの要求過給圧は、運転状態に応じて導出される。すなわち、回転数センサ５２によるエンジン回転数や、負荷センサ５４によるエンジン負荷を用いて、不図示のマップを検索することで、要求過給圧が求められる。そして、この要求過給圧が大気圧と比較される。ここで、要求過給圧が大気圧よりも高いときとは、過給機４０によりエンジン１０に空気を過給する必要があるときであり、要求過給圧が大気圧よりも高くないときとは、過給機４０による過給が必要でないときである。したがって、ステップＳ２２５での上記判定は、過給する必要があるか否かの判定に相当する。なお、ステップＳ２２５で肯定されるとき、換言すると過給する必要があるときとは、例えば高負荷運転を行っているときである。

そして、ステップＳ２２５で要求過給圧が大気圧よりも高いと判断されて肯定されると、ステップＳ２３０へ進み、流量制御弁４２の開度を第二所定開度にすべく、第二所定開度マップが設定されることになる。その結果、ステップＳ２２５で得られた要求過給圧に基づいて不図示のマップを検索することで、その要求過給圧を実現するのに要されるタービン３６に至るガス燃料の要求量に対応する流量制御弁４２の第二所定開度が適宜導出される。そして、この第二所定開度を実現すべく、ＥＣＵ４６は流量制御弁４２に作動信号を出力する。これにより、その第二所定開度に相当する流量のガス燃料が、高圧タンク２２と低圧タンク４４との間の圧力差に相当する圧力でガス燃料供給ライン２４、すなわち燃料供給通路２８を流れることになる。したがって、タービン３６はそのガス燃料の膨張作用で回転されて、タービン３６で圧力エネルギがタービン動力として回収されることになる。

一方、ステップＳ２１５で低圧タンク４４内の圧力が所定タンク圧よりも低くないため否定されて、且つステップＳ２２５で要求過給圧が大気圧よりも高くないため否定されると、ステップＳ２３５へ進み、流量制御弁４２が閉弁されることになる。これにより、ガス燃料供給ライン２４をガス燃料が流れなくなるので、タービン３６は回転されなくなる。したがって、動力利用手段である過給機４０により、エンジン１０への空気の過給がなされなくなる。また、ガス燃料は流されないので、タービン３６前後にそれまでの圧力差を少なくとも維持することが可能になる。

このように、低圧タンク４４内の圧力と、要求過給圧、すなわち動力発生手段であるタービン３６に至るガス燃料の要求量に応じて、流量制御弁４２が制御されるので、低圧タンク４４内の圧力を所定タンク圧以上に保つと共に、タービン３６前後に所定の圧力差を確保することが可能になって、タービン３６に好適な動力を発生させることが可能になる。

なお、上記ステップＳ２０５およびＳ２１５では、低圧タンク４４内の圧力として、圧力センサ５０、４８による検出値を用いた。しかし、低圧タンク４４そのものに圧力センサが設けられている場合には、いずれのステップにおいても、あるいはいずれかのステップにおいて、その検出値を用いるようにしても良い。

また、上記ステップＳ２１５における所定タンク圧は、固定された圧力に限定されない。この所定タンク圧は、インジェクタ３０からの燃料噴射圧力以上であれば良く、特に燃料噴射圧よりも所定の圧力高い圧力であるとなお好ましく、その上で、例えば吸気管１４内の圧力に応じて可変とすることも可能である。この場合にはＥＣＵ４６によりその所定タンク圧である圧力調整弁３４の設定圧力は適宜変更制御される。

さらに、上記ステップＳ２２０における第一所定開度は可変としても良い。この場合には、ステップＳ２２０で第一所定開度マップが設定されると好ましい。そして、例えば、エンジン回転数やエンジン負荷に基づいて第一所定開度マップが検索されることで、第一所定開度が導出されて、流量制御弁４２の開度が適宜変更制御される。ただし、そのようにして流量制御弁４２が第一所定開度にされることで、低圧タンク４４内の圧力が所定タンク圧以上に確実に上昇させられることが必要である。

以上、本発明を上記第一実施形態に基づいて説明してきたが、本発明はこれに限定されない。例えば、上記エンジンシステムにおいて、例えばコンプレッサ３８をバイパスするバイパス通路を区画形成すると共に、バイパス制御弁を有するバイパス管を備えるようにしても良い。そして、過給機４０により過給をしないときには、ＥＣＵ４６の出力信号によりバイパス制御弁を開くようにしても良い。これによりコンプレッサ３４が吸気抵抗になることが防止され、エンジン効率を良好に保つことが可能になる。

また、上記第一実施形態では、低圧タンク４４内の圧力が許容圧以上であり、ステップＳ２０５で肯定されると、ステップＳ２１０で流量制御弁４２が閉じられて、それ以上低圧タンク４４内の圧力が上昇しないようにした。しかしながら、低圧タンク４４内の圧力が許容圧以上であっても、例えば要求過給圧を実現すべく、一定の制限の下、ガス燃料を流すべく流量制御弁４２を開くようにしても良い。しかしながら、この場合には、低圧タンク４４側へ流れたガス燃料が全て低圧タンク４４内に至らない場合もある。このような場合には動力発生手段前後の圧力差が小さくなるため、所定の開度に流量制御弁４２を開いているにも関わらず、タービン３６によるタービン動力が十分でない可能性がある。すなわち、エンジンへ１０への空気の過給が適切に行われない場合がある。そこで、このような場合には、過給によってはトルク増大を図ることができない分、ローギヤ側に変速をして、トルク増大を図ることとしても良い。

また、タービン３６よりも上流側のガス燃料供給ライン２４にヒータを設けて、タービン３６に至るガス燃料を所定の温度まで加熱するようにしても良い。これにより、タービン３６へ導かれるガス燃料の体積が増大して、より確実にガス燃料でタービン３６を駆動することが可能になる。これにより、過給がより確実に行われるようになる。

さらに、タービン３６でガス燃料が膨張する結果、ガス燃料が低温になるので、そのように低温になったガス燃料を用いて吸気管１４を流れる空気を冷却するべく、熱交換器を配置しても良い。これにより、筒内により多くの空気を導入することが可能になり、吸入空気量を増大させることが可能になる。

次に、本発明の第二実施形態を説明する。上記第一実施形態では、タービンのタービン動力でコンプレッサを回してエンジン１０に過給することとしたが、本第二実施形態では、そのタービン動力で発電をすることにしている。以下に詳述する。

本第二実施形態のエンジンシステムの概念を図３に示す。本第二実施形態のエンジンシステムについては、上記第一実施形態のエンジンシステムと異なる点のみ説明し、他の説明は省略する。なお、上記第一実施形態のエンジンシステムの構成要素と同じ、本第二実施形態のエンジンシステムの構成要素には同じ符号を用いる。図３によると、上記第一実施形態のエンジンシステムに対して、本第二実施形態のエンジンシステムは、コンプレッサ３８を有する過給機４０に代わり、動力利用手段としての発電機５６を備えている点が明らかに異なる。発電機５６は、タービン３６によるタービン動力を受けて発電する。ＥＣＵ４６が発電機５６に作動信号を出力することによって、発電機５６は発電を行い、ＥＣＵ４６が発電機５６に停止信号を出力することによって、発電機５６は発電を行わないように設定されている。そして、発電機５６によって発電された電気を蓄電するべく、バッテリ５８が備えられている。なお、本第二実施形態では、低圧タンク４４内の圧力を検出すべく、低圧タンク４４そのものに圧力センサ５９が設けられている。また、タービン３６の回転数を検出すべく、回転数センサ６０がタービン３６に設けられている。

次に、本第二実施形態における制御について図４の制御フローチャートに基づいて説明する。ただし、以下の説明において、「第一領域圧」とは、ある圧力の幅を有する第一領域に含まれる圧力を指すものとして用いられ、また「第二領域圧」とは、ある圧力の幅を有する第二領域に含まれる圧力を指すものとして用いられ、「第三領域圧」とは、ある圧力の幅を有する第三領域に含まれる圧力を指すものとして用いられる。そして、第一領域圧と第二領域圧との境界の圧力が第一所定圧であり、この第一所定圧は第一領域圧に含まれる。また、第二領域圧と第三領域圧との境界の圧力が第二所定圧であり、この第二所定圧は第二領域圧に含まれる。したがって、第一領域圧と第二領域圧とは連続していて、第一領域圧は第二領域圧よりも高い。また、第二領域圧と第三領域圧とは連続していて、第二領域圧は第三領域圧よりも高い。すなわち第一領域圧を高い圧力、第二領域圧を中程度の圧力、そして第三領域圧を低い圧力と相対的に称することも可能である。

まず、ステップＳ４０５で低圧タンク４４内の圧力が第一所定圧よりも低いか否かが判定される。すなわち、このステップで否定されると、低圧タンク４４内の圧力が第一領域圧ということになる。一方、このステップで肯定されると、低圧タンク４４内の圧力が第二領域圧、あるいは第三領域圧ということになる。なお、低圧タンク４４内の圧力は、上記圧力センサ５９により検出された圧力である。

そして、ステップＳ４０５で否定されると、ステップＳ４１０へ進み、流量制御弁４２が全閉にされる。具体的には、流量制御弁４２を全閉にすべく、ＥＣＵ４６により流量制御弁４２に作動信号が出力されることになる。このように、低圧タンク４４内の圧力が第一領域圧のとき、流量制御弁４２が全閉にされるので、低圧タンク４４にガス燃料が至ることは無く、低圧タンク４４内の圧力が大きくなりすぎること、例えば低圧タンク４４の許容圧を超えることは防止される。さらには、低圧タンク４４内に貯蔵されないガス燃料が低圧タンク４４に至ることは防止されるので、タービン３６の前後に確実に所定の圧力差を確保することが可能になる。

そして、この結果、タービン３６にはガス燃料が流れることがなく、発電機５６での発電は行われないことになる。そこで、ステップＳ４１５では、発電機５６の発電を行わないように、発電機５６に停止信号が出力される。

一方、ステップＳ４０５で肯定されると、ステップＳ４２０へ進み、低圧タンク４４内の圧力が第二所定圧よりも低いか否かが判定される。すなわち、このステップで否定されると、低圧タンク４４内の圧力が第二領域圧ということになる。一方、このステップで肯定されると、低圧タンク４４内の圧力が第三領域圧ということになる。

そして、ステップＳ４２０で否定されると、ステップＳ４２５に進み、発電機５６でタービン３６のタービン動力により発電が行われるように、発電機５６に作動信号が出力される。次いで、ステップＳ４３０へ進み、流量制御弁４２を所定開度にするべく、所定開度マップが設定される。その結果、回転数センサ６０によって検出されるタービン３６の回転数に基づいて所定開度マップを検索することで、流量制御弁４２の所定開度が導出され、この所定開度を実現すべくＥＣＵ４６から作動信号が流量制御弁４２に出力されることになる。ただし、ここで導出される所定開度は、発電機５６において最適の発電効率で発電が行われるように、タービン３６において好ましいタービン動力が得られるような開度である。したがって、タービン３６の回転数をフィードバックしつつ、発電効率が良好になるように、流量制御弁４２の開度が調整されることになる。そして、発電機５６により発電された電気は、バッテリ５８に蓄積され、種々の使用に供されることになる。なお、この所定開度マップは、予め実験により求めて、ＥＣＵ４６に記憶されている。

一方、ステップＳ４２０で肯定されるに至ると、ステップＳ４３５へ進み、流量制御弁４２が全開にされることになる。これにより、低圧タンク４４内の圧力が第三領域圧のとき、低圧タンク４４にガス燃料が速やかに至って、そのガス燃料により低圧タンク４４内の圧力が高くなる。したがって、燃料噴射手段２６に適切に継続してガス燃料が供給されることになるので、エンジン１０が適切に運転されることになる。つまり、本第二実施形態において、低圧タンク４４内の圧力が第三領域圧であるとは、低圧タンク４４内の圧力が、インジェクタ３０による燃料噴射に支障をきたすような危険性を有する圧力であることを示している。

なお、このときは速やかに低圧タンク４４内の圧力を高めることが優先されるので、良好な発電効率が得られない場合があり、この様な場合にまでも必ずしも発電を行う必要はない。そこで、ステップＳ４３５の後、ステップＳ４４０へ進み、ステップＳ４１５と同様にして、発電機５６での発電は行われないことになる。

以上、本発明を第二実施形態に基づいて説明したが、例えば、発電機５６で発電をする場合、タービン３６の回転数をフィードバックして流量制御弁４２の開度を調整するのみならず、発電機５６の回転数に基づいて、発電効率が良好になるように、流量制御弁４２の開度を調整することにしても良い。

また、上記第二実施形態では、ステップＳ４２５で、発電機５６に発電を行うようにさせると、ステップＳ４３０で、所定開度マップが設定されて、最適の発電効率で発電が行われるように、流量制御弁４２の開度が調整されることとしたが、別の方策により発電効率を最適なものにしても良い。例えば、タービン３６と発電機５６との間にギヤを設けて、最適な発電効率が得られるように、そのギヤ比を適宜変換制御するようにしても良い。

また、本発明は、上記の如く、低圧タンク４４内の圧力が第二領域圧のときに発電をすることに限定するものではない。例えば、バッテリ５８の残量が十分な場合には、発電機５６で発電しないようにするのが好ましい。

また、上記発電機５６は、いわゆるオルタネータであっても良いし、あるいは、オルタネータとは別に設けられるものであっても良い。発電機５６とは別に、別途、オルタネータが設けられている場合には、発電機５６のみでバッテリ５８の充電が行えるならば、オルタネータによる充電をやめて、発電機５６のみでその充電を行うようにしても良い。

また、バッテリ５８の残量が少なすぎるようなときには、発電機５２を最大限に作動させて、急速に充電させるのが好ましい。なお、この場合には、発電効率にとらわれなくても良い。

以上、本発明を上記第一および第二実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれらに限定されず、動力発生手段による動力を他のあらゆる動力利用手段で用いることを含むものである。また、上記第一および第二実施形態では、動力発生手段をタービン３６としたが、他のものであっても良い。他に、例えば、上記第一および第二実施形態では、本発明をポート噴射型式のエンジンに適用して説明したが、これに限定されず、筒内噴射型式のエンジン等の各種のエンジンに適用可能である。また、用いられる燃料は、ＣＮＧに限らず、ガス燃料供給ライン２４内でガス状であればＬＮＧ（液化天然ガス）等でも良い。

第一実施形態におけるエンジンシステムの概念図である。 第一実施形態の制御フローチャートである。 第二実施形態におけるエンジンシステムの概念図である。 第二実施形態の制御フローチャートである。

符号の説明

１０ エンジン
１２ 吸気マニフォルド
１４ 吸気管
１６ 排気マニフォルド
１８ 排気管
２０ ガス燃料供給システム
２２ 高圧タンク
２４ ガス燃料供給ライン
２６ 燃料噴射手段
２８ 燃料供給通路
３０ インジェクタ
３２ デリバリパイプ
３４ 圧力調整弁
３６ タービン
３８ コンプレッサ
４０ 過給機
４２ 流量制御弁
４４ 低圧タンク
４６ ＥＣＵ
４８ 圧力センサ
５０ 圧力センサ
５２ 回転数センサ
５４ 負荷センサ
５６ 発電機
５８ バッテリ
５９ 圧力センサ
６０ 回転数センサ

Claims (6)

1. ガス燃料を貯蔵する高圧タンクと、該高圧タンクと燃料噴射手段とを繋ぐ燃料供給通路と、該燃料供給通路に設けられている動力発生手段と、該動力発生手段による動力を利用する動力利用手段と、を備えているガス燃料エンジンのエネルギ利用装置であって、
   前記高圧タンクと前記動力発生手段との間の前記燃料供給通路に、該動力発生手段に至るガス燃料の流量を調整可能にする流量制御弁を備えていることを特徴とするガス燃料エンジンのエネルギ利用装置。
2. 前記動力発生手段よりも下流側の前記燃料供給通路に低圧タンクが設けられていることを特徴とする請求項１に記載のガス燃料エンジンのエネルギ利用装置。
3. 前記動力利用手段は、前記動力発生手段であるタービンと、該タービンのタービン動力により回されるコンプレッサと、を有する過給機であることを特徴とする請求項２に記載のガス燃料エンジンのエネルギ利用装置。
4. 前記低圧タンク内の圧力が所定タンク圧未満であるとき、前記流量制御弁を第一所定開度に開き、
   該低圧タンク内の圧力が該所定タンク圧以上であり、要求過給圧が所定圧よりも高いとき、該流量制御弁を第二所定開度に開き、
   該低圧タンク内の圧力が該所定タンク圧以上であり、要求過給圧が該所定圧以下であるとき、該流量制御弁を閉じる弁制御手段を備えることを特徴とする請求項３に記載のガス燃料エンジンのエネルギ利用装置。
5. 前記動力利用手段は、発電機であることを特徴とする請求項２に記載のガス燃料エンジンのエネルギ利用装置。
6. 前記低圧タンク内の圧力が第一領域圧のとき、前記流量制御弁を全閉にし、
   該低圧タンク内の圧力が該第一領域圧よりも低い圧力である第二領域圧のとき、前記流量制御弁を所定開度に開き、
   該低圧タンク内の圧力が該第二領域圧よりも低い圧力である第三領域圧のとき、前記流量制御弁を全開にする弁制御手段と、
   該低圧タンク内の圧力が前記第二領域圧のとき、前記発電機に発電を行わせる発電実行手段と、
   を備えることを特徴とする請求項５に記載のガス燃料エンジンのエネルギ利用装置。
   

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