JP2012184740A - ガスエンジンシステム - Google Patents
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Abstract
【解決手段】ガスエンジン100の主燃焼室と副室とに燃料ガス11を供給する燃料ガス供給管12と、前記燃料ガス供給管12中の燃料ガス11にレーザ光を照射して前記燃料ガス11のガス組成を分析するレーザ分析装置14と、前記レーザ分析装置14での分析の結果、燃焼組成に応じて燃焼の良否を判定する燃焼判定手段20とを具備し、前記燃焼判定手段20の判定結果に基づいて前記ガスエンジン100の運転状態を制御手段25により制御する。
【選択図】図1
Description
2)燃焼状態の安定性を監視する手段として、例えば排ガス組成の分析があり、例えば光吸収法やガスクロマトグラフ(GC)分析等が知られている。
3)しかしながら、燃焼状態を把握する際において、GC分析では、例えば水(H2O)、光吸収分析では例えばN2、H2等の等核二原子分子の判定が困難であるという問題がある。
4)よって、排ガス組成分析手段としてH2O、N2、H2等の分析が可能なラマン散乱光分析手法が注目されている。
5)ところで、このラマン散乱分析手法をエンジンの排ガス分析に適用する場合、ラマン散乱分析が、一点分析法であるので、分析装置が大掛かりとなる、という問題がある。
6)例えばガスエンジンでは、多気筒にて構成されるのが一般的であり、排ガスのサンプリング点が、複数存在する。
7)よって、複数点の排ガス組成を同時に測定することができるガスエンジンシステムの出現が切望されている。
各気筒からの排気ガスの組成を計測し、計測内容を燃焼判定手段の判定に反映させることを特徴とするガスエンジンシステムにある。
前記排気ポート106は、排気管108を経て排気ターボ過給機109のタービン109aに接続される。該タービン109aを駆動した後の排ガスは排気管108を通って、触媒層等からなる排ガス浄化装置110に入り、該排ガス浄化装置110で浄化されてから、排ガス管111から大気中に排出される。
一方、該タービン109aに同軸駆動されるコンプレッサ109bは、空気112を圧縮し、圧縮空気は空気管113を通ってガスミキサー114に入る。
また、燃料ガス11は燃料ガス供給管12から分岐された主室用燃料ガス管12Aを通して、ガス量調整弁116に至り、該ガス量調整弁116にてガス量及び開閉期間を調整されて、ガスミキサー114に入る。
該ガスミキサー114では、前記空気管113からの空気112と前記主室用燃料ガス管12Aからの低カロリーの燃料ガス11とを予混合して予混合ガスを生成して、この予混合ガスをエンジンの給気ポート103に投入する。
そして、この予混合ガスは給気ポート103を経て給気弁104に達し、該給気弁104の開弁によって前記主燃焼室101内に供給されている。
一方、前記主室用燃料ガス管12Aを通った分岐後の低カロリーガスは、ガス量調整弁116にてガス量及び開閉期間を調整されて、ガスミキサー114に入る。
一方、前記点火プラグ120によって火花放電され、この着火燃焼により発生した着火火炎が、前記連絡孔123を通して該主燃焼室101中の予混合ガスに噴出され、主燃焼室101のガスが燃焼される。
主燃焼室101にて燃焼した燃焼後の排ガス124は排気ポート106を通り、排気管108を経て排気ターボ過給機109のタービン109aに送られる。
図1に示すように、本実施例に係るガスエンジンシステム10Aは、ガスエンジン100の各々の気筒(本例では4気筒)からの排ガス124A〜124Dのガス組成をレーザ分析装置14により計測している。なお、図1においては、燃料ガス11のガス導入管は各気筒への図示を省略している。
なお、ガスエンジン100は4気筒に限らず、その用途に応じて8気筒、15気筒等の複数の気筒を備えることができる。
図1中、符号26はビームダンパ、27a、27bは石英窓を図示する。また、排ガスによる窓27bの汚れを防止するために、窓27bの内側に窒素パージを行い、清浄化を保つようにしている。
なお、本実施例では、排気管内に直接レーザ光13を導入するものであるが、排気管から分枝するサンプルラインを設け、このサンプルラインにレーザ光13を導入するようにしてもよい。
また、ストリークカメラで計測する場合には、光ファイバ44(44A〜44D)の長さを同じとしているが、光ファイバ44の長さを調節して、検出の時間を広げることにより、ICCDカメラでの検出も可能である。
これにより、時間差を用いてストリークカメラで計測することができる。
そして、ラマン散乱計測の結果より、排ガス124A〜124D(図6中、チャートNo.1〜No.4に対応)中に燃料ガス成分の発生があるか否かをレーザ分析装置14Bで計測し、燃料ガス成分の発生がある場合(図6ではNo.3の排ガス124C)には、図3に示す燃料ガス処理手段41を有するバイパスライン42へ排ガスを供給して、ここで燃料ガス成分を処理する対策(対策3:※3)を行う。
なお、燃料ガス11の遮断はガスエンジン100の能力に応じて適宜変更することができる。
図5は、実施例3に係るガスエンジンシステムの概略図である。
図5に示すように、本実施例に係るガスエンジンシステム10Bは、実施例1のガスエンジンシステム10Bにおいて、さらに燃料ガス供給管12内にレーザ光を照射可能とし、ガスエンジン100に導入する燃料ガス11も同時にレーザ分析装置14で計測している。
また、排ガス組成から燃焼不安定と判断された場合、燃料ガス供給を遮断する制御を制御装置25により行う。
また、エンジン状態監視手段30により測定されたデータ(内筒圧、筒内温度、エンジン回転数等)を踏まえ、燃焼状態を判断することができる。
さらに、これ以上運転を継続すると失火のおそれがあると判断する場合には、対策を講じる警告を発する。具体的にはエンジン状態の監視手段30からのデータと総合的に判断し、エンジン制御(内筒圧力調整等)による失火対策(対策2:※2)を行う。それでも失火が予測される場合には、気筒ごとに燃料供給を遮断すし、燃料ガスの外部への放出を防止する。
また、燃料の遮断の気筒が所定本数を超える場合には、ガスエンジン全体を停止し、燃料ガスの外部への放出を防止する。
100 ガスエンジン
101 主燃焼室
119 副室
11 燃料ガス
12 燃料ガス供給管
13 レーザ光
14 レーザ分析装置
15 レーザ照射装置
16 ラマン散乱光
17 測定領域
18 レーザ受光手段
25 制御手段
Claims (6)
- ガスエンジンの各排気管内にレーザ光を照射して排ガスのガス組成を分析するレーザ分析装置と、
前記レーザ分析装置での分析の結果、分析結果に応じて燃焼の良否を判定する燃焼定判定手段とを具備し、
前記燃焼判定手段の判定結果に基づいて前記ガスエンジンの運転状態を制御する、
ことを特徴とするガスエンジンシステム。 - 請求項1において、
前記レーザ分析装置が、
レーザ光を発振するレーザ照射装置と、
発振されたレーザ光を導入し、燃料ガスに照射してラマン散乱光を発生させる測定領域と、
発生したラマン散乱光を計測するレーザ受光手段とを具備することを特徴とするガスエンジンシステム。 - 請求項1又は2において、
前記エンジンの運転制御が、各気筒への燃料の供給を遮断することを特徴とするガスエンジンシステム。 - 請求項1乃至3のいずれか一つにおいて、
前記ガスエンジンからの排気ガスを排出する排気ガス中の排ガス組成を計測するレーザ分析装置を設け、
各気筒からの排気ガスの組成を計測し、計測内容を燃焼判定手段の判定に反映させることを特徴とするガスエンジンシステム。 - 請求項4において、
前記燃焼判定手段の判定の結果、燃焼状態が不安定であると判断された排気管の排ガスは燃料ガス処理手段に導入する制御を行うことを特徴とするガスエンジンシステム。 - 請求項4又は5において、
前記排気ガスと燃料ガスのガス組成を計測するレーザ分析装置を共用し、燃料ガス組成と排ガス組成とを同時に監視し、その燃焼状態を把握することを特徴とするガスエンジンシステム。
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