JP2015227653A - バイオマスガス専焼エンジン - Google Patents

Abstract

【課題】バイオマスガスの発生量の減少や燃焼カロリーの不足に対応することができるバイオマスガス専焼エンジンを提供する。
【解決手段】ガス化炉２で生成されたバイオマスガスが、ゼロガバナ３０からエンジン４のＡ／Ｆバルブ４１に供給されるバイオマスガス専焼エンジン１であって、ゼロガバナ３０のダイヤフラム３０ａ上のアクチュエータ３０ｂに開口された大気圧解放経路３０ｃには、圧力調整弁３０ｄが設けられ、アクチュエータ３０ｂに空気圧を加える空気供給経路３２およびバイパス経路３９が接続され、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブ４１の開度よりも所定開度以上大きくなった場合、空気供給経路３２およびバイパス経路３９からアクチュエータ３０ｂに空気圧を加え圧力調整弁３０ｄによってその空気圧を調整してＡ／Ｆバルブ４１に供給されるバイオマスガスの供給圧力を高くするよう制御する制御部１０が設けられたものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイオマスガスを使用するバイオマスガス専焼エンジンに関するものである。

従来より、コージェネレーション装置やヒートポンプ装置の駆動源に使用するエンジンとして、バイオマスガスとディーゼル燃料とを併用するデュアルフューエルエンジンが知られている（例えば、特許文献１参照。）
このようなデュアルフューエルエンジンにバイオマスガスを供給するガス化炉は、木質材料やその他のバイマスガスの原料となるものを、ガス化炉で炊き出したり発酵させたりして発生させるので、発生量や燃焼カロリーが一定ではなく不安定なものとなる。また、一度発生させたバイオマスガスは、ガス化炉を停止してしまうと再度のバイオマスガスの発生に時間を要するので、運転を開始すると、その日一日の運転が終了するまで運転停止は行われない。

一方、デュアルフューエルエンジンは、コージェネレーション装置やヒートポンプ装置の制御条件に合わせて何度も運転開始や運転停止が行わる。

したがって、デュアルフューエルエンジの運転状態に対して、バイオマスガスの発生量が多く燃焼カロリーが高すぎる場合や、デュアルフューエルエンジンを運転停止しているような場合には、フレアスタックで余剰ガスを燃焼させ、バイオマスガスの発生量が少なく燃焼カロリーが低い場合には、ディーゼル燃料を使用してバイオマスガスの不足分を補うことで、安定した運転状態を保つことができるようになされていた。

特開２０１１−８９０７０号公報

しかし、上記従来のデュアルフューエルエンジンのように、バイオマスガスとディーゼル燃料とを併用し、バイオマスガスの不足分をディーゼル燃料で補うエンジンの場合、バイオマスガスだけを使用するものではないため、環境改善効果が充分に発揮できなくなってしまう。

そのため、ディーゼル燃料を使用せず、バイオマスガスだけで運転するガスエンジンを使用することが考えられる。しかし、バイオマスガスだけで運転するガスエンジンは、バイオマスガスの発生量が減少したり、燃焼カロリーが不足したりする場合、バイオマスガスの供給量を決定するＡ／Ｆバルブを全開にしてもガスエンジンの制御領域から外れてしまうこととなり、空燃比制御が不能となり、排気ガス浄化性能が低下し、ＮＯｘが発生してしまう。

本発明は、係る実情に鑑みてなされたものであって、バイオマスガスの発生量の減少や燃焼カロリーの不足に対応することができるバイオマスガス専焼エンジンを提供することを目的としている。

上記課題を解決するための本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンは、ガス化炉で生成されたバイオマスガスが、ゼロガバナからエンジンのＡ／Ｆバルブに供給されるようになされたガスエンジンであって、ゼロガバナのダイヤフラム上のアクチュエータに開口された空気出口には、可変バルブが設けられるとともに、このアクチュエータに空気圧を加えることができる空気供給経路が接続され、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、空気供給経路からアクチュエータに空気圧を加えるとともに可変バルブによってその空気圧を調整してＡ／Ｆバルブに供給されるバイオマスガスの供給圧力を高くするように制御する制御部が設けられたものである。

上記バイオマスガス専焼エンジンにおいて、制御部は、エンジンの負荷または回転数の変更時に、バイオマスガスの供給圧力を大気圧に戻してからエンジンの負荷または回転数の変更を行うものであってもよい。

上記課題を解決するための本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンは、ガス化炉で生成されたバイオマスガスが、ゼロガバナからエンジンのＡ／Ｆバルブおよびスロットルに供給されるようになされたガスエンジンであって、Ａ／Ｆバルブの上流側とスロットルの下流側との間にバイオマスガスのバイパス経路が設けられ、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、バイパス経路に設けられたバルブが開かれ、スロットルの下流側に直接バイオマスガスを供給するように制御する制御部が設けられたものである。

上記バイオマスガス専焼エンジンにおいて、制御部は、エンジンの負荷または回転数の変更時に、バイパス経路のバルブを閉じてバイオマスガスの供給圧力を大気圧に戻してからエンジンの負荷または回転数の変更を行うものであってもよい。

上記課題を解決するための本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンは、ガス化炉で生成されたバイオマスガスが、ゼロガバナからエンジンのＡ／Ｆバルブに供給されるようになされたガスエンジンであって、Ａ／Ｆバルブの開度を検出し、バイオマスガスの供給圧力が正常であるか否かを検出し、ゼロガバナの出口圧力を検出し、排気ガスの全領域センサまたは酸素センサの出力を検出する制御部を有し、当該制御部は、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、バイオマスガスの供給圧力が正常であり、ゼロガバナの出口圧力が負圧であり、排気ガスがリーンになるとゼロガバナの作動不良を検出するものである。

上記課題を解決するための本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンは、ガス化炉で生成されたバイオマスガスが、ゼロガバナからエンジンのＡ／Ｆバルブに供給されるようになされたガスエンジンであって、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブの開度よりも所定開度以上大きくなり、かつ、エンジンの運転状態が浄化ウインドウからリーンに外れた場合に、点火時期をリタードさせることで、エンジンの運転状態を浄化ウインドウ内に収めるように制御する制御部が設けられたものである。

上記課題を解決するための本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンは、ガス化炉で生成されたバイオマスガスが、ゼロガバナからエンジンのＡ／Ｆバルブに供給されるようになされたガスエンジンであって、Ａ／Ｆバルブをリーン側およびリッチ側に変動させてパータベーション制御を行うようになされた制御部を有し、当該制御部は、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、パータベーション制御を行う変動幅を大きくするようになされたものである。

上記バイオマスガス専焼エンジンにおいて、制御部は、全領域センサからの信号を元にして変動幅を変更するようになされたものであってもよい。

以上述べたように、請求項１記載の本発明によると、ゼロガバナのダイヤフラム上のアクチュエータに開口された空気出口には、可変バルブを設けるとともに、このアクチュエータに空気圧を加えることができる空気供給経路を接続し、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、空気供給経路からアクチュエータに空気圧を加えるとともに可変バルブによってその空気圧を調整してＡ／Ｆバルブに供給されるバイオマスガスの供給圧力を高くするように制御部によって制御することで、Ａ／Ｆバルブが全開になることを防止することができるので、バイオマスガスが不足してリーン側に浄化ウインドウを外れ、ＮＯｘが増大するといったことを防止することができる。

請求項２記載の本発明によると、上記制御時に、制御部によって、エンジンの負荷または回転数の変更時に、バイオマスガスの供給圧力を大気圧に戻してからエンジンの負荷または回転数の変更を行うように制御することで、急激な空燃比の変化を防止してエンジンストールの発生を回避することができる。

請求項３記載の本発明によると、Ａ／Ｆバルブの上流側とスロットルの下流側との間にバイオマスガスのバイパス経路を設け、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、バイパス経路に設けられたバルブを開き、スロットルの下流側に直接バイオマスガスを供給するように制御部で制御することで、Ａ／Ｆバルブが全開になることを防止することができるので、バイオマスガスが不足してリーン側に浄化ウインドウを外れ、ＮＯｘが増大するといったことを防止することができる。

請求項４記載の本発明によると、上記制御時に、制御部によって、エンジンの負荷または回転数の変更時に、バイパス経路のバルブを閉じてバイオマスガスの供給圧力を大気圧に戻してからエンジンの負荷または回転数の変更を行うように制御することで、急激な空燃比の変化を防止してエンジンストールの発生を回避することができる。

請求項５記載の本発明によると、Ａ／Ｆバルブの開度を検出し、バイオマスガスの供給圧力が正常であるか否かを検出し、ゼロガバナの出口圧力を検出し、排気ガスの全領域センサまたは酸素センサの出力を検出する制御部を有し、当該制御部は、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、バイオマスガスの供給圧力が正常であり、ゼロガバナの出口圧力が負圧であり、排気ガスがリーンになるとゼロガバナの作動不良を検出することができる。したがって、前記したような制御部によって制御する際の制御不良を防止することができる。

請求項６記載の本発明によると、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブの開度よりも所定開度以上大きくなり、かつ、エンジンの運転状態が浄化ウインドウからリーンに外れた場合に、点火時期をリタードさせることで、エンジンの運転状態を浄化ウインドウ内に収めるように制御部よって制御することで、バイオマスガスが不足してリーン側に浄化ウインドウを外れ、ＮＯｘが増大するといったことを防止することができる。

請求項７記載の本発明によると、Ａ／Ｆバルブをリーン側およびリッチ側に変動させてパータベーション制御を行うようになされた制御部を有し、当該制御部によって、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、パータベーション制御を行う変動幅を大きくするように制御することで、Ａ／Ｆバルブのオーバーシュート時間を短くすることができ、バイオマスガスが不足してリーン側に浄化ウインドウを外れ、ＮＯｘが増大する時間を短くして排気ガス濃度の低下を図ることができる。

請求項８記載の本発明によると、上記請求項７記載の制御において、制御部によって、全領域センサからの信号を元にして変動幅を変更するようにすることで、より的確な制御が可能となる。

本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンの全体構成の概略図である。 本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンにおけるエンジンの構成を示す概略図である。 本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンにおける浄化ウインドウを示す図面であって、各排気ガス濃度と空気過剰率との関係を示すグラフである。 本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンにおける実施例１に係る制御を説明する図面であって、空気パージ用ブロワを使用した場合と使用しない場合との空気荷重率と混合気流量との関係を示すグラフである。 本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンにおける実施例２に係る制御を行う際に使用するエンジンの構成を示す概略図である。 本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンにおける実施例３に係る制御を行う際の制御部の検出項目を示す表である。 本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンにおける実施例４に係る制御を説明する図面であって、浄化ウインドウがリーン側に外れた場合のエンジンのＮＯｘ濃度と点火時期との関係を示すグラフである。 本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンにおける実施例５に係る制御を説明する図面であって、Ａ／Ｆバルブのパータベーション制御時のバルブ開度の経時的変化と、それに対応したＡ／Ｆバルブの開度の変動幅の経時的変化を示すグラフである。 本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンにおける実施例５に係る制御を説明する図面であって、バイオマスガスの燃焼カロリーとＡ／Ｆバルブの開度との関係および、当該Ａ／Ｆバルブの各バルブ開度におけるパータベーション制御時のバルブ開度の変動幅の変化を示すグラフである。 本発明に係るバイオマスガス専焼エンジンの通常時、実施例１の制御時、および実施例２の制御時における、スロットルバルブの開度とバイオマスガス供給量との関係を示すグラフである。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１は、バイオマスガス専焼エンジン１の全体構成の概略を示し、図２は同バイオマスガス専焼エンジン１におけるエンジン４の構成を示している。

本発明に係るバイオマスガス専焼エンジン１は、ガス化炉２で生成されたバイオマスガスがゼロガバナユニット３を介してエンジン４に供給されるように構成されている。

まず、バイオマスガス専焼エンジン１の構成について説明し、その後、制御部１０による各制御について説明する。

ガス化炉２は、木材チップや籾殻などのバイオマス原料を加熱分解する炉によって構成されており、低酸素下で加熱分解することによって発生する炭化水素等の分解ガスをバイオマスガスとして生成できるようになされている。

このガス化炉２によって生成されたバイオマスガスは、加熱分解することによって得られるため、そのままでは温度が高い。そのため、ガス化炉２の下流側には、空間内に水を分散するようになされたスクラバー２１が設けられており、このスクラバー２１にバイオマスガスを通過させることで、当該バイオマスガスは、冷却されるようになされている。

スクラバー２１を通過したバイオマスガスは、送風機２３によって下流側に送られるが、バイオマスガスの発生量に応じて接続するエンジン４の数が異なるので、接続するエンジン４の数に応じて一つまたは複数個所（本実施の形態では２カ所）へと分岐して送られる。この際、バイオマスガスは、スクラバー２１で冷却することによって水分が多く含まれた状態となっている。したがって、送風機２３の下流側には、ドレンポット２４が設けられている。このドレンポット２４は、バイオマスガス中に含まれる凝縮水を回収するようになされている。当該凝縮水を取り除いたバイオマスガスは、ゼロガバナユニット３を介してエンジン４に供給するようになされている。ガス化炉２、スクラバー２１、送風機２３等は、制御部１０によって制御される。

ドレンポット２４を通過したバイオマスガスは、ゼロガバナユニット３へと供給される。

ゼロガバナユニット３は、ガス供給経路３１に設けられたゼロガバナ３０を介して、ガス化炉２からのバイオマスガスをエンジン４へと供給するように構成されている。

ガス供給経路３１の上流端側には、ガス遮断弁３３が設けられており、ガス供給経路３１へのバイオマスガスの供給を遮断することができるようになされている。また、ガス供給経路３１の下流端側には、ドレンポット３４が設けられており、エンジン４へ供給されるバイオマスガス中に含まれる凝縮水を再度回収するようになされている。

ゼロガバナ３０は、上記ガス遮断弁３３とドレンポット３４との間のガス供給経路３１に設けられている。このゼロガバナ３０は、ダイヤフラム３０ａ上のアクチュエータ３０ｂからの大気圧解放経路３０ｃに圧力調整弁３０ｄが設けられている。この圧力調整弁３０ｄを開けて大気圧解放経路３０ｃを大気圧に解放することで、ゼロガバナ３０は、当該ゼロガバナ３０よりも上流側のガス供給経路３１から供給されるバイオマスガスを、当該上流側のガス供給経路３１の供給圧力に関係なく、ゼロガバナ３０の下流側のガス供給経路３１に、大気圧状態で供給するように構成されている。

空気供給経路３２は、ガス遮断弁３３とゼロガバナ３０との間のガス供給経路３１に接続されている。この空気供給経路３２とガス供給経路３１との間は、空気供給経路３２側に設けられた空気パージ弁３５によって普段は遮断されており、空気パージが必要となった際にこの空気パージ弁３５が開かれて空気供給経路３２からガス供給経路３１を介してゼロガバナ３０へと空気パージが行われるようになされている。そのため、この空気供給経路３２の上流端側には空気パージ用ブロワ３６が設けられている。

ゼロガバナ３０とドレンポット３４との間のガス供給経路３１には、余剰のバイオマスガスをフレアスタック５へと排出する排出経路３７が設けられている。余剰のバイオマスガスは、このフレアスタック５で燃焼処理される。また、この排出経路３７には空気パージ逃がし弁３８が設けられている。この空気パージ逃がし弁３８は、ゼロガバナ３０の空気パージを行う際に開けておくことで、空気パージ後の空気を、ガス供給経路３１から排出経路３７を介して外部へと逃がすことができるようになされている。

なお、ゼロガバナ３０内を空気パージする際は、ガス供給経路３１のガス遮断弁３３を閉じ、空気供給経路３２の空気パージ弁３５および排出経路３７の空気パージ逃がし弁３８を開け、空気パージ用ブロワ３６を作動させることによって行われるが、ガス供給経路３１に導入した空気は、ゼロガバナ３０が作動して大気圧解放経路３０ｃから排出されてしまうこととなる。そのため、ゼロガバナ３０の大気圧解放経路３０ｃと空気供給経路３２との間には、バイパス経路３９が設けられ、空気パージ用ブロワ３６からの空気は、ゼロガバナ３０の大気圧解放経路３０ｃにも作用するようになっている。これにより、空気パージ用ブロワ３６からの空気は、空気供給経路３２からゼロガバナ３０を介して空気パージ逃がし弁３８から排出経路３７を経由して外部に排出され、ゼロガバナ３０が空気パージされることとなる。

ゼロガバナユニット３のガス供給経路３１の下流端部に相当する出口３ａは、エンジン４のＡ／Ｆバルブ４１に接続されている。これにより、ゼロガバナユニット３のドレンポット３４を通過したバイオマスガスは、エンジン４のＡ／Ｆバルブ４１に供給できるようになされている。

エンジン４は、シリンダヘッド４２に接続された吸気経路４３に、空気とバイオマスガスとを混合するＡ／Ｆバルブ４１が設けられており、このＡ／Ｆバルブ４１とシリンダヘッド４２との間にスロットルバルブ４４が設けられている。シリンダヘッド４２に接続された排気経路４５には、サイレンサ４６が設けられており、このサイレンサ４６とシリンダヘッド４２との間に三元触媒４７が設けられている。

エンジン４には、クランクシャフト４８の回転角を検出する進角センサ１１、セル４９への通電を制御する通電センサ１２が設けられている。また、三元触媒４７の排気ガス入口側には前酸素センサ１３が設けられ、出口側にも別の後酸素センサ１４が設けられている。また、三元触媒４７の排気ガス入口側には全領域センサ１５が設けられている。

制御部１０は、バイオマスガス専焼エンジン１を始動させる際、通電センサ１３を通じてエンジン４のセル４９への通電を行い、それによってエンジン４が始動したか否かをクランクシャフト４８の回転角を検出する進角センサ１１によって検出することができるようになされている。

また、制御部１０は、ガス化炉２で生成されるバイオマスガスの生成量を制御するとともに、当該バイオマスガスを用いてエンジン４をストイキ運転でパータベーション制御する場合の、Ａ／Ｆバルブ４１の開度と、前酸素センサ１３、後酸素センサ１４、全領域センサ１５からの検出結果との関係が入力された制御マップを有しており、この制御マップの情報に従ってエンジン４のストイキ運転をパータベーション制御するようになされている。

さらに、制御部１０は、バイオマスガス専焼エンジン１を停止させる際、ガス化炉２およびエンジン４の運転停止を行うとともに、ゼロガバナ３０の空気パージを行うようになされている。

次に、このようにして構成されるバイオマスガス専焼エンジン１の制御部１０による制御について説明する。
−実施例１−
バイオマスガス専焼エンジン１を始動すると、制御部１０は、ガス化炉２を運転開始するとともに、それに連動してエンジン４を始動する。ただし、ガス化炉２の運転を開始しても、すぐにエンジン４を運転できるだけのバイオマスガスが発生しないので、制御部１０は、バイオマスガスが供給可能な発生量に達する時間の経過を待ってエンジン４を始動する。

その後、エンジン４は、図３に示すように、ガス化炉２からのバイオマスガスによってＣＯ，ＮＯｘ，炭化水素の発生が最も少ない浄化ウインドウＷの範囲で運転が継続される。

しかし、ガス化炉２から供給されるバイオマスガスの燃焼カロリーが大幅に低下した場合、Ａ／Ｆバルブ４１を全開にしても、浄化ウインドウＷがリーン側に外れ、ＮＯｘが増大することとなる。

したがって、制御部１０は、Ａ／Ｆバルブ４１が全開になった場合、空気パージ用ブロワ３６を作動させる。これにより、空気パージ用ブロワ３６からの空気は、空気供給経路３２からバイパス経路３９を介して大気圧解放経路３０ｃからゼロガバナ３０へと作用し、ゼロガバナ３０を通過するバイオマスガスは、ゼロガバナ３０に作用する空気圧と同様に、供給圧力を高くすることができることとなる。これにより、図４に示すように、スロットルバルブ４４を通過する混合気流量に対する空気過剰率は、リッチ側へと移行させることができ、Ａ／Ｆバルブ４１の全開を解除して、当該Ａ／Ｆバルブ４１での制御が可能となる。

この際、ゼロガバナ３０に作用する空気圧によって、バイオマスガスの供給圧力は決定されるが、このゼロガバナ３０に作用する空気圧は、大気圧解放経路３０ｃに設けられた圧力調整弁３０ｄの開度を調整することによって調整することができる。

なお、エンジン４の負荷を変更する場合や、エンジン４の始動時は、制御部１０に設定されているＡ／Ｆバルブ４１の開度のままだとバイオマスガスの供給圧力を高くしている分、空気過剰率が急激に変化してしまいエンジンストールが発生することとなる。したがって、エンジン４の負荷を変更する場合や、エンジン４の始動時は、空気パージ用ブロワ３６を止めてバイオマスガスの供給圧力を一旦大気圧に戻し、その後、Ａ／Ｆバルブ４１を全開にしても浄化ウインドウＷがリーン側に外れる場合は、再度空気パージ用ブロワ３６を作動させる。

このようにしてバイオマスガス専焼エンジン１の運転を制御部１０によって制御することで、バイオマスガスの燃焼カロリーが不足してリーン側に浄化ウインドウを外れ、ＮＯｘが増大するといったことを防止することができる。

また、エンジン４の負荷または回転数の変更時に、バイオマスガスの供給圧力を大気圧に戻してからエンジン４の負荷または回転数の変更を行うように制御することで、急激な空燃比の変化を防止してエンジンストールの発生を回避することができる。
−実施例２−
図５は、エンジン４の他の構成を示している。このエンジン４は、Ａ／Ｆバルブ４１の上流側とスロットルバルブ４４の下流側との間にバイオマスガスのバイパス供給経路６が設けられ、開閉バルブ６１によって当該バイパス供給経路６の開閉を行うように構成されている。その他の構成は前記したエンジン４と同様であるため、同符号を付して説明を省略する。

このバイオマスガス専焼エンジン１は、前記した実施例１のバイオマスガス専焼エンジン１と同様に、通常時は、図３に示すように、ガス化炉２からのバイオマスガスによってＣＯ，ＮＯｘ，炭化水素の発生が最も少ない浄化ウインドウＷの範囲でエンジン４の運転が継続される。

しかし、ガス化炉２から供給されるバイオマスガスの燃焼カロリーが大幅に低下した場合に、Ａ／Ｆバルブ４１を全開にしても、浄化ウインドウＷがリーン側に外れ、ＮＯｘが増大することとなる。

したがって、制御部１０は、Ａ／Ｆバルブ４１が全開になった場合、通常時は閉じられていた開閉バルブ６１を開いてバイパス供給経路６を開通させる。これにより、Ａ／Ｆバルブ４１を通過してミキサ４０に作用する吸気のベンチュリ効果で供給されていたバイオマスガスの一部は、バイパス供給経路６から直接スロットルバルブ４４よりも下流側であるシリンダヘッド４２への吸気直前の吸気経路４３に供給される。これにより、吸気経路４３へと供給される混合気中のバイオマスガスは濃くなり、Ａ／Ｆバルブ４１の全開を解除して、当該Ａ／Ｆバルブ４１での制御が可能となる。

この際、混合気中のバイオマスガスの濃さは、開閉バルブ６１の開度を調整することによって調整することができる。

なお、エンジン４の負荷を変更する場合や、エンジン４の始動時は、制御部１０に設定されているＡ／Ｆバルブ４１の開度のままだとバイパス供給経路６を開通させている分、空気過剰率が急激に変化してしまいエンジンストールが発生することとなる。したがって、エンジン４の負荷を変更する場合や、エンジン４の始動時は、開閉バルブ６１を閉じてＡ／Ｆバルブ４１によるバイオマスガスの供給に戻し、その後、Ａ／Ｆバルブ４１を全開にしても浄化ウインドウＷがリーン側に外れる場合は、再度開閉バルブ６１を開いてバイパス供給経路６を開通させる。

このようにしてバイオマスガス専焼エンジン１の運転を制御部１０によって制御することで、バイオマスガスの燃焼カロリーが不足してリーン側に浄化ウインドウを外れ、ＮＯｘが増大するといったことを防止することができる。

また、エンジン４の負荷または回転数の変更時に、開閉バルブ６１を閉じてＡ／Ｆバルブ４１によるバイオマスガスの供給に戻してからエンジン４の負荷または回転数の変更を行うように制御することで、急激な空燃比の変化を防止してエンジンストールの発生を回避することができる。
−実施例３−
図６は、制御部１０によるゼロガバナ３０の作動不良検出項目を示している。

すなわち、制御部１０の制御によって、バイオマスガスの燃焼カロリーが不足してリーン側に浄化ウインドウＷを外れ、ＮＯｘが増大するといったことを防止することができるのは、ゼロガバナ３０が正常に作動していることが前提であり、ゼロガバナ３０が作動不良を起こしている場合は、バイオマスガスの燃焼カロリーが不足しているのではなく、ゼロガバナ３０が作動不良を起こしていることが原因と考えられる。

したがって、制御部１０は、Ａ／Ｆバルブ４１が全開になり、浄化ウインドウＷがリーン側に外れたことを前酸素センサ１３、後酸素センサ１４または全領域センサ１５が検出した場合、上記した実施例１および実施例２の制御の前に、ゼロガバナ３０の上流側から供給されるバイオマスガスの供給圧力が所定の圧力であり、ゼロガバナ３０を通過後の下流側の圧力が負圧になっていないかを検出するようになされている。この検出は、ガス供給経路３１におけるゼロガバナ３０の前後に、圧力スイッチ（図示省略）を設けて検出することができる。

Ａ／Ｆバルブ４１が全開で、浄化ウインドウＷがリーン側に外れたことを前酸素センサ１３、後酸素センサ１４または全領域センサ１５が検出し、ゼロガバナ３０の上流側から供給されるバイオマスガスの供給圧力が所定の圧力であり、ゼロガバナ３０を通過後の下流側の圧力が負圧であることを検出すると、制御部１０は、ゼロガバナ３０の作動不良と判断し、警報を発する。この警報は、音を発するものであってもよいし、ランプなどが点滅するようになされたものであってもよいし、警報信号を何処かへ通信するものであってもよい。また、警報に連動して制御部１０は、エンジン４の停止プログラムへ移行するようになされたものであってもよい。

これにより、前記した実施例１および実施例２のような制御を行う際のゼロガバナ３０の制御不良を事前に検出することができる。

なお、本実施の形態において、制御部１０は、Ａ／Ｆバルブ４１が全開になった場合を検出するようになされているが、Ａ／Ｆバルブ４１が全開になる以前に浄化ウインドウＷがリーン側に外れたことを前酸素センサ１３、後酸素センサ１４または全領域センサ１５が検出することも考えられる。したがって、制御部１０は、Ａ／Ｆバルブ４１が所定の開度以上大きくなった時点で、浄化ウインドウＷがリーン側に外れたことを前酸素センサ１３、後酸素センサ１４または全領域センサ１５が検出した場合に、ゼロガバナ３０の上流側から供給されるバイオマスガスの供給圧力が所定の圧力であり、ゼロガバナ３０を通過後の下流側の圧力が負圧になっていないかを検出するものであってもよい。
−実施例４−
図７は、バイオマスガス専焼エンジン１において、Ａ／Ｆバルブ４１を全開にしても浄化ウインドウＷがリーン側に外れた際のＮＯｘの量とエンジン４の点火時期との関係を示している。すなわち、Ａ／Ｆバルブ４１を全開にしても浄化ウインドウＷがリーン側に外れた場合は、エンジン４の点火時期をリタードさせることで、発生するＮＯｘの低減を図ることができることを示している。この情報は、制御部１０に入力されている。

通常、Ａ／Ｆバルブ４１は、最も燃費の良い位置で使用するようにセットされており、発生するＮＯｘが最も少ない位置にセットされていない。したがって、制御部１０は、ガス化炉２から供給されるバイオマスガスの燃焼カロリーが大幅に低下し、Ａ／Ｆバルブ４１を全開にしても、浄化ウインドウＷがリーン側に外れ、ＮＯｘが増大することとなった場合に、前記図７に基づいてエンジン４の点火時期を、ＮＯｘの低減を図ることができる位置にリタードさせることで、エンジン４の運転状態を浄化ウインドウＷ内に収めるように制御することができ、バイオマスガスが不足してリーン側に浄化ウインドウを外れ、ＮＯｘが増大するといったことを防止することができる。

なお、エンジン４の運転状態が浄化ウインドウＷからリーン側に外れた状態が改善され、Ａ／Ｆバルブ４１を全開する必要がなくなり、エンジン４の運転状態を浄化ウインドウＷ内に収めることができるようになった場合には、制御部１０によって、リタードさせていた点火時期を元に戻すように制御する。

また、制御部１０は、この制御を行う前に、前記した実施例３の制御によってゼロガバナ３０の作動不良を検出する制御を行ってもよい。
−実施例５−
図８は、バイオマスガス専焼エンジン１におけるエンジン４の運転時に、Ａ／Ｆバルブ４１のパータベーション制御時のバルブ開度の経時的変化と、Ａ／Ｆバルブ４１の開度の変動幅との関係を示している。

すなわち、制御部１０は、バイオマスガスの燃焼カロリーが大幅に低下し、Ａ／Ｆバルブ４１が全開あるいは全開近くになった場合に、パータベーション制御を行っていたＡ／Ｆバルブ４１の開度の変動幅Ｒ１を、通常よりも所定量だけ増大させた開度の変動幅Ｒ２に変更する。これにより、空燃比の制御速度を向上させ、Ａ／Ｆバルブ４１のオーバーシュート時間を短くすることができる。したがって、バイオマスガスが不足してリーン側に浄化ウインドウＷが外れ、ＮＯｘが増大する時間を短くして排気ガス濃度の低下を図ることができる。

なお、図８では、Ｚ特性を有する前酸素センサ１３および後酸素センサ１４によってＡ／Ｆバルブ４１が全開あるいは全開近くになった場合を検出するようになされているため、Ａ／Ｆバルブ４１が全開になってから以降は、どの程度オーバーシュートしているのか、その程度を把握することができない。したがって、Ａ／Ｆバルブ４１の開度の変動幅Ｒ２は、通常の開度の変動幅Ｒ１より所定量だけ増大させた固定値に設定されている。しかし、制御部１０は、前酸素センサ１３および後酸素センサ１４ではなく、全領域センサ１５によって、Ａ／Ｆバルブ４１が全開あるいは全開近くになった場合を検出するようにしてもよい。この場合、図９に示すように、どの程度オーバーシュートしたかを把握することができるので、この全領域センサ１５の検出結果に基づいてＡ／Ｆバルブ４１の開度の変動幅Ｒ３を決定することができることとなり、より的確な制御が可能となる。

オーバーシュートが解消され、前回していたＡ／Ｆバルブ４１を閉じることができるようになってから以降は、所定開度、例えば８０％程度の開度に閉じることができるようになってから通常の開度の変動幅Ｒ１に戻すように、制御部１０によって制御する。

なお、オーバーシュート時のＡ／Ｆバルブ４１の開度の変動幅Ｒ２、Ｒ３は、Ａ／Ｆバルブ４１の開度を急激に変化させるジャンプ、徐々に変化させて微調整を行うランプ、の双方を変動させるものであってもよいし、何れか一方を変動させるものであってもよい。変動幅Ｒ３を決定する際は、例えば、Ｒ３＝［Ｒ１×（全領域センサ１５の検出結果−全領域センサ１５の目標値）／パータベーション制御の目標値］によって算出することができる。

また、制御部１０は、この制御を行う前に、前記した実施例３の制御によってゼロガバナ３０の作動不良を検出する制御を行ってもよい。

前記した実施例１ないし実施例５の各制御は、一つまたは複数を組み合わせて実行するものであってもよい。また、運転状況に応じて好適な制御を選択するものであってもよい。例えば、図１０に示すように、実施例１の制御の場合、スロットルバルブ４４の開度の全領域において、バイオマスガスの増加を図ることができるが、実施例２の制御の場合、スロットルバルブ４４の開度が小さい領域ではバイオマスガスの増加効果を充分に得ることができるが、スロットルバルブ４４の開度が増して行くとバイオマスガスの増加効果は徐々に小さくなってしまう。したがって、その時の運転状況に応じて、制御部１０が、実施例１の制御を行うか、実施例２の制御を行うか、好適な制御を選択するようになされたものであってもよい。

このようにして構成されるバイオマスガス専焼エンジン１は、コージェネレーション装置（図示省略）の駆動源として好適に使用することができる。また、ガスヒートポンプ装置（図示省略）の駆動源としても好適に使用することができる。

なお、ガス化炉２は、木材チップや籾殻などのバイオマス原料を加熱分解する炉によって構成されているが、このガス化炉２としては、木質原料のものに限定されるものではなく、ゴミやプラスチック廃棄物などの他のバイオマス原料を加熱分解するものであってもよい。また、加熱分解によってバイオマスガスを発生させるものに限定されるものではなく、生ごみ、下水、糞尿などを発酵させてバイオマスガスを発生させる発酵系のガス化炉２を使用するものであってもよい。発酵系のガス化炉２の場合も、バイオマスガスの発生量を厳密に制御することが難しく、燃焼カロリーが不足することが考えられるので、本発明は有効となる。

１ バイオマスガス専焼エンジン
１０ 制御部
１３ 前酸素センサ
１４ 後酸素センサ
１５ 全領域センサ
２ ガス化炉
３０ ゼロガバナ
３０ａ ダイヤフラム
３０ｂ アクチュエータ
３０ｃ 大気圧解放経路（空気出口）
３０ｄ 圧力調整弁（可変バルブ）
３２ 空気供給経路
４ エンジン
４１ Ａ／Ｆバルブ
４４ スロットルバルブ
６ バイパス供給経路
６１ 開閉バルブ
Ｗ 浄化ウインドウ
Ｒ１ 変動幅
Ｒ２ 変動幅
Ｒ３ 変動幅

Claims (8)

1. ガス化炉で生成されたバイオマスガスが、ゼロガバナからエンジンのＡ／Ｆバルブに供給されるようになされたガスエンジンであって、
   ゼロガバナのダイヤフラム上のアクチュエータに開口された空気出口には、可変バルブが設けられるとともに、このアクチュエータに空気圧を加えることができる空気供給経路が接続され、
   設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、空気供給経路からアクチュエータに空気圧を加えるとともに可変バルブによってその空気圧を調整してＡ／Ｆバルブに供給されるバイオマスガスの供給圧力を高くするように制御する制御部が設けられたことを特徴とするバイオマスガス専焼エンジン。
2. 制御部は、エンジンの負荷または回転数の変更時に、バイオマスガスの供給圧力を大気圧に戻してからエンジンの負荷または回転数の変更を行う請求項１記載のバイオマスガス専焼エンジン。
3. ガス化炉で生成されたバイオマスガスが、ゼロガバナからエンジンのＡ／Ｆバルブおよびスロットルに供給されるようになされたガスエンジンであって、
   Ａ／Ｆバルブの上流側とスロットルの下流側との間にバイオマスガスのバイパス経路が設けられ、
   設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、バイパス経路に設けられたバルブが開かれ、スロットルの下流側に直接バイオマスガスを供給するように制御する制御部が設けられたことを特徴とするバイオマスガス専焼エンジン。
4. 制御部は、エンジンの負荷または回転数の変更時に、バイパス経路のバルブを閉じてバイオマスガスの供給圧力を大気圧に戻してからエンジンの負荷または回転数の変更を行う請求項３記載のバイオマスガス専焼エンジン。
5. ガス化炉で生成されたバイオマスガスが、ゼロガバナからエンジンのＡ／Ｆバルブに供給されるようになされたガスエンジンであって、
   Ａ／Ｆバルブの開度を検出し、バイオマスガスの供給圧力が正常であるか否かを検出し、ゼロガバナの出口圧力を検出し、排気ガスの全領域センサまたは酸素センサの出力を検出する制御部を有し、
   当該制御部は、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、バイオマスガスの供給圧力が正常であり、ゼロガバナの出口圧力が負圧であり、排気ガスがリーンになるとゼロガバナの作動不良を検出することを特徴とするバイオマスガス専焼エンジン。
6. ガス化炉で生成されたバイオマスガスが、ゼロガバナからエンジンのＡ／Ｆバルブに供給されるようになされたガスエンジンであって、
   設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブの開度よりも所定開度以上大きくなり、かつ、エンジンの運転状態が浄化ウインドウからリーンに外れた場合に、点火時期をリタードさせることで、エンジンの運転状態を浄化ウインドウ内に収めるように制御する制御部が設けられたことを特徴とするバイオマスガス専焼エンジン。
7. ガス化炉で生成されたバイオマスガスが、ゼロガバナからエンジンのＡ／Ｆバルブに供給されるようになされたガスエンジンであって、
   Ａ／Ｆバルブをリーン側およびリッチ側に変動させてパータベーション制御を行うようになされた制御部を有し、
   当該制御部は、設定の負荷と連動した空気過剰率に対応したＡ／Ｆバルブの開度よりも所定開度以上大きくなった場合に、パータベーション制御を行う変動幅を大きくするようになされたことを特徴とするバイオマスガス専焼エンジン。
8. 制御部は、全領域センサからの信号を元にして変動幅を変更するようになされた請求項７記載のバイオマスガス専焼エンジン。

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