JP3332631B2 - 希薄燃焼ガスエンジンの始動装置 - Google Patents

希薄燃焼ガスエンジンの始動装置

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は希薄ガスエンジンに適用
される始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】希薄燃焼を行なう過給機付トーチ点火ガ
スエンジンについて図２を参照してその構成について説
明する。本ガスエンジンには大略して空気供給系と燃料
ガス供給系があり、そのうち燃料ガス供給系には主燃料
ガス供給系と副室燃料ガス供給系とがある。空気供給系
は主空気吸入管１１１、主エアフィルタ１１０、主給気
スロットル弁１０９、主ガスミキサ１０８、過給機コン
プレッサ１０７からなり主ガスミキサ１０８では空気と
燃料ガスとを混合した混合給気を過給機コンプレッサ１
０７をへてシリンダ１０２ａ内へ導入する。
【０００３】主燃料ガス供給系は燃料ガス本管１１４か
ら分岐した主燃料ガス供給管１１５、主燃料ガス遮断弁
１１６、主燃料レギュレータ１１７、主燃料ガス調整弁
１１８をへて主ガスミキサ１０８に至り、空気供給系の
空気と混合し主燃料ガスを燃焼室に供給する。
【０００４】一方副室燃料ガスは燃料ガス本管１１４か
ら分岐した副室燃料ガス供給管１１９に導かれ、以後副
室燃料ガス遮断弁１２０をへて副室ガス昇圧装置１２１
で昇圧され、副室燃料ガスレギュレータ１２２によりそ
の圧力、燃料量を調整し、純ガスがトーチ点火副室１０
４内に導入されるように構成されている。主副燃料ガス
遮断弁１１６，１２０、主燃料ガス調整弁１１８、主給
気スロットル弁１０９は負荷運転制御装置１２３により
制御される。
【０００５】次に前記従来例の作用について説明する。
ここでは通常の負荷運転については省略し、前記希薄燃
焼をする過給機付トーチ点火ガスエンジン始動方法につ
いて説明する。従来の始動方法としては２つの方法があ
るが、その１つは、副室燃料ガス供給管１１９に配設し
た副室燃料ガス遮断弁１２０を閉弁し主空気吸入管１１
１の途中に配設した給気スロットル弁１０９及び主燃料
ガス供給管１１５の途中に配設した主燃料ガス調整弁１
１８をあらかじめ各エンジンについて求めておいた始動
開度に設定する。
【０００６】次にセルモータ等によりモータリングして
着火起動し、その後、副室燃料ガス遮断弁１２０を開弁
し、通常の負荷運転に移行する方法である。もう一つ
は、副室燃料ガス遮断弁１２０は開弁しておき、主燃料
ガス調整弁１１８及び主給気スロットル弁１０９の開度
を夫々調整しておき始動する方法がある。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】ところが現在使用され
ているガスエンジン用燃料ガスはメタンが主成分である
都市ガス（メタン約９０％）が多い。ところがメタンガ
スと空気との可燃混合範囲は（５〜１５）％（容積比）
と狭く、メタンガスは最も着火しにくいガス（メタン価
１００）である。又トーチ点火式ガスエンジンの場合、
通常負荷運転においては平均の空気過剰率（理論空気
量）は２以上の希薄混合ガスを燃焼させているので、ト
ーチ点火副室１０４内を空気過剰率を理論混合比に近い
条件とし、そこでプラグによる点火を行い、主燃焼室の
希薄混合ガスに着火燃焼をさせている。
【０００８】次に本発明で問題にしている過給機付ガス
エンジンの場合、図２に示すように負荷運転時の空気量
に見合った燃料ガスを設定するための主燃料ガス調整弁
１１８を配設しているが、始動時においては過給機のコ
ンプレッサによる空気供給がなく、ピストンの吸入によ
る吸入空気のみとなるため、適正燃料ガスもそれに見合
った極く少い量のみを調量供給する必要があるため、副
室燃料ガスの供給を遮断し、主燃料ガス調整弁１１８を
制御する方法も行っているが、調整精度上の限界もあ
り、確実な着火始動ができにくい問題がある。
【０００９】又、夏、冬においては吸入空気温度が４０
℃近くの差があり、又吸入空気量も１０％以上の変化が
あるため、夏、冬における始動性に差が生じる問題があ
る。
【００１０】本発明の目的は、希薄燃焼ガスを燃焼させ
る過給機付トーチ点火ガスエンジンに対し、始動時吸入
空気量の少ない条件において、吸入空気量に見合った理
論混合比のガスが容易につくられるとともに、着火性の
よいガス入りの始動用ガスボンベを装備して確実な始動
が可能となる希薄燃焼ガスエンジンの始動装置を提供す
るにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】本発明に係る希薄燃焼ガ
スエンジンの始動装置は、燃料ガスと空気とを混合する
ガスミキサ（０８）を有し過給機コンプレッサ（０７）
に接続される吸入通路（０６）の混合気流量を負荷運転
制御装置（２３）により制御するように構成された希薄
燃焼ガスエンジンにおいて、始動エアフィルタ（２
９）、始動空気スロットル弁（３０）および始動用ガス
ミキサ（３１）を配設し前記過給機コンプレッサ（０
７）に連通する始動空気吸入管系と；始動燃料ガスボン
ベ（２４）、始動燃料ガス遮断弁（２６）および始動ガ
ス燃料調整弁（２７）を配設し前記始動用ガスミキサ
（３１）に接続される始動燃料ガス供給管系と；前記始
動空気吸入管系に付設された温度センサ（３５）とフロ
ーセンサ（３６）および回転数検出センサ（３７）から
の検出データに基づき、負荷運転時と始動時との燃料系
および空気系の切り替えを行う運転条件切替え装置（３
４）、前記始動燃料ガス遮断弁（２６）、始動燃料調整
弁（２７）、及び始動空気スロットル弁（３０）を制御
して始動用燃料ガス量を吸入空気量に適応した量に調整
する始動燃料制御装置（３３）とを有してなることを特
徴としている。
【００１２】
【作用】本発明は過給機付エンジンであるため、始動時
においては定格負荷運転時に比べ燃焼室内への供給空気
量は極端に少ないものとなるため、エンジン回転数を検
出して一定回転数以下の条件では運転条件切替装置を作
動させて負荷運転用の主給気スロットル弁０９、主燃料
ガス及び副室燃料ガス遮断弁１６，２０は閉止し、始動
装置Ａの始動燃料遮断弁２６及び始動空気スロットル弁
３０は全開する。
【００１３】次の始動手段としてはエンジン付セルモー
タ等によりエンジンをモータリングすると、始動空気管
の吸入口に付設した温度センサ３５とフローセンサ３６
により空気量を検出し、その信号を始動燃料制御装置３
３に送信し、該始動燃料制御装置３３によって前記空気
量に見合った（理論空気量）燃料量に始動燃料調整弁２
７を制御する。なお、始動燃料ガスは着火性のよいプロ
パンガス（このガスのメタン価はメタンの約１／３であ
る。なおメタン価の低いもの程着火エネルギは少くて着
火する）等を始動燃料ガスボンベ２４に収容して設置
し、始動ガスボンベレギュレータ２５により一定圧力に
調整して供給する。
【００１４】該始動燃料ガスは始動用ガスミキサ３１に
導入されて空気と混合され、理論混合比に近い状態で過
給機コンプレッサ０７入口管へ導入され、該過給機コン
プレッサを通り給気吐出管０６をへてシリンダ内へ吸気
行程時吸入される。次に圧縮行程に入るとピストンが上
昇し混合ガスは圧縮され、その一部はトーチ点火副室０
４の下端噴口部を通り該副室内に流入する。
【００１５】ピストンがＴＤＣ近くの圧縮行程の終了近
くになると、トーチ点火副室０４内に設置した点火プラ
グ０５をスパークさせて同副室内の理論混合比に近い混
合気に着火させ、さらに同副室下端噴口より主燃焼室へ
火炎ジェットを噴出し、同室内の希薄混合ガスを着火燃
焼させる。
【００１６】以上のようにして着火始動しエンジン回転
数が上昇して設定回転数を越えると運転条件切替え装置
３４により負荷運転用の主給気スロットル弁０９を開弁
制御し、同時に主燃料ガス遮断弁１６を開弁すると共
に、主燃料ガス量を調整する。又副室燃料ガス遮断弁２
０を開弁する。一方始動空気スロットル弁３０及び始動
燃料遮断弁２６を完全に閉弁し負荷運転へと移行する。
【００１７】
【実施例】以下図１を参照し本発明の一実施例について
説明する。図１は本発明の第１実施例に係る過給機付ト
ーチ点火ガスエンジンの全体装置図である。先ず通常負
荷運転について説明する。この際はエンジン回転数検出
センサ３７よりの信号により設定回転数以下のときには
運転条件切替装置３４を作動させ、始動装置Ａの始動ガ
ス燃料遮断弁２６及び始動空気スロットル弁３０は自動
的に閉止し始動装置Ａの機能を停止させる。
【００１８】前記通常運転時の空気吸入は、主空気吸入
管１１から主エアフィルタ１０を通り主給気スロットル
弁０９にて吸入空気量を制御し、主ガスミキサ０８にて
燃料ガスと混合され過給機コンプレッサ０７に導入され
る。
【００１９】一方燃料ガスは燃料ガス本管１４から主燃
料ガス供給管１５と副室燃料ガス供給管１９とに分けて
供給される。主燃料ガスは燃料ガス本管１４から分岐さ
れ、主燃料ガス遮断弁１６ (負荷運転時開）を通り主燃
料ガスレギュレータ１７により一定圧力に調整され、主
燃料ガス調整弁１８にて流量を調整され、主ガスミキサ
０８に導入され空気と混合される。
【００２０】副室燃料ガスは副室燃料ガス遮断弁２０
(負荷運転時開）を通り、副室ガス圧昇圧装置２１によ
り数ｋｇｆ／ｃｍ2 に昇圧され、副室燃料ガスレギュレ
ータ２２により負荷に応じた圧力に調整され、主として
吸入行程時トーチ点火副室０４へと導入される。主燃料
混合ガスは過給機コンプレッサ０７により加圧され、シ
リンダヘッド０３の吸気ポートをへて吸入行程時シリン
ダ０２ａ内に導入される。
【００２１】なお空気量と燃料量との混合比調整は、負
荷に比例する給気圧力に応じて主燃料ガス調整弁１８及
び主給気スロットル弁０９を負荷運転制御装置２３によ
り調整する。本実施例の場合シリンダ０２ａ内に導入さ
れる混合気は空気過剰率２以上の希薄混合気である。
【００２２】次にトーチ点火副室０４内に前記のように
して吸入行程時いったん純ガスで満たされるが、圧縮行
程においてピストン０２が上昇し、シリンダ０２ａ内の
希薄混合ガスが圧縮されると、トーチ点火副室０４の図
示しない下端噴口部から同副室内へ主燃焼室内の前記希
薄混合ガスが流入し、トーチ点火副室０４内の混合気は
理論混合比に近い濃度に混合される。
【００２３】さらに圧縮行程の終り頃ピストン０２が上
死点に近づくと、トーチ点火副室０４に付設した点火プ
ラグ０５がスパークしてトーチ点火副室０４の混合気に
点火し、その火炎は伝播して火炎ジェットとなってトー
チ点火副室０４の下端噴口部から噴出し、シリンダ０２
ａ内の希薄混合ガスに着火し、シリンダ内全体に火炎が
伝播し、ピストン０２は下方に押圧され、やがて燃焼は
終了する。
【００２４】次に本発明の要点である希薄燃焼ガスエン
ジンの始動装置Ａの構成と作用について説明する。回転
数検出センサ３７よりの信号が入力する運転条件切替装
置３４に一定回転数以下のときは始動状態と判定し、始
動燃料遮断弁２６及び始動吸気スロットル弁３０を開と
するとともに、負荷運転用の関連弁即ち負荷運転用主給
気スロットル弁０９、主燃料ガス遮断弁１６及び副室燃
料ガス遮断弁２０を閉止する。
【００２５】以上の準備操作が行われた後始動操作に入
る。即ちエンジン付セルモータ等によりエンジンをモー
タリングすると、ピストン０２の吸引作用により空気が
始動空気吸入管２８から吸入され、始動エアフィルタ２
９を通り始動空気スロットル弁３０をへて始動用ガスミ
キサ３１へ導入される。この時の空気量は空気温度セン
サ３５及びフローセンサ３６により計測され、始動燃料
制御装置３３に送信される。
【００２６】一方始動用の燃料ガスは、本装置において
専用として保有している着火性のよいプロパンガス（メ
タン価はメタンの約１／３）等を詰めた始動燃料ガスボ
ンベ２４から始動燃料ガスボンベレギュレータ２５によ
り一定圧力に調整され、始動燃料ガス遮断弁２６をへて
始動燃料ガス調整弁２７により流量が調整され、始動用
ガスミキサ３１に導入される。この際始動用燃料ガス量
は始動燃料制御装置３３により吸入空気量に対し理論混
合比とに見合った燃料量に制御される。
【００２７】始動用ガスミキサ３１により空気と燃料ガ
スとが混合され、過給機コンプレッサ０７を通り、シリ
ンダヘッド０３の給気吐出管０６から吸入行程時シリン
ダ０２ａ内に吸入される。圧縮行程に入るとピストン０
２が上昇しシリンダ０２ａ内の理論混合比に近い混合ガ
スは圧縮され、その一部はトーチ点火副室０４の図示し
ない下端噴口部からトーチ点火副室０４内に流入する。
【００２８】圧縮行程終り近くで点火プラグ０５がスパ
ークし、トーチ点火副室０４の混合気に点火し、火炎ジ
ェットとなってトーチ点火副室０４下端噴口部より噴出
し、シリンダ０２ａ内の希薄混合ガスに着火し、シリン
ダ内全体に火炎伝播し次第に回転が上昇し前記負荷運転
に移行する。
【００２９】このように始動時理論混合比に近い混合ガ
スをシリンダ０２ａを介してトーチ点火副室内の点火プ
ラグ周辺に分布することができるため、確実に始動でき
るようにしたものである。
【００３０】
【発明の効果】本発明は前記のとおり構成したので過給
機付の希薄燃焼ガスエンジンに対し、特に始動時吸入空
気量の少ない条件において、吸入空気量に見合った理論
混合比の混合気を作ることが確実に可能となるとともに
性状が明確で着火性の良いガス詰めの燃料ガスボンベを
保有しているためさらに始動性の向上が実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施例に係る過給機付トーチ点火
ガスエンジンの全体装置図。
【図２】従来例の図１応当図。
【符号の説明】
０１ エンジン本体 ０２ ピストン ０２ａ シリンダ ０３ シリンダヘッド ０４ トーチ点火副室 ０５ 点火プラグ ０６ 給気吐出管 ０７ 過給機コンプレッサ ０８ 主ガスミキサ ０９ 主給気スロットル弁 １０ 主エアーフィルタ １１ 主空気吸入管 １２ 過給機排気タービン １３ 排気管 １４ 燃料ガス本管 １５ 主燃料ガス供給管 １６ 主燃料ガス遮断弁 １７ 主燃料ガスレギュレータ １８ 主燃料ガス調整弁 １９ 副室燃料ガス供給管 ２０ 副室燃料ガス遮断弁 ２１ 副室ガス圧昇圧装置 ２２ 副室燃料ガスレギュレータ ２３ 負荷運転制御装置 ２４ 始動燃料ガスボンベ ２５ 始動燃料ガスボンベレギュレータ ２６ 始動燃料ガス遮断弁 ２７ 始動燃料ガス調整弁 ２８ 始動空気吸入管 ２９ 始動エアーフィルタ ３０ 始動空気スロットル弁 ３１ 始動用ガスミキサ ３２ 始動混合気給気管 ３３ 始動燃料制御装置 ３４ 運転条件切替え装置 ３５ 温度センサ ３６ フローセンサ ３７ 回転数検出センサ Ａ 始動装置
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ Ｆ０２Ｎ 17/08 Ｆ０２Ｎ 17/08 Ｂ Ｈ (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) F02M 25/00 F02B 43/00 F02D 19/02 F02M 21/02 F02M 21/02 301 F02N 17/08

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 燃料ガスと空気とを混合するガスミキサ
    （０８）を有し過給機コンプレッサ（０７）に接続され
    る吸入通路（０６）の混合気流量を負荷運転制御装置
    （２３）により制御するように構成された希薄燃焼ガス
    エンジンにおいて、始動エアフィルタ（２９）、始動空
    気スロットル弁（３０）および始動用ガスミキサ（３
    １）を配設し前記過給機コンプレッサ（０７）に連通す
    る始動空気吸入管系と；始動燃料ガスボンベ（２４）、
    始動燃料ガス遮断弁（２６）および始動ガス燃料調整弁
    （２７）を配設し前記始動用ガスミキサ（３１）に接続
    される始動燃料ガス供給管系と；前記始動空気吸入管系
    に付設された温度センサ（３５）とフローセンサ（３
    ６）および回転数検出センサ（３７）からの検出データ
    に基づき、負荷運転時と始動時との燃料系および空気系
    の切り替えを行う運転条件切替え装置（３４）、前記始
    動燃料ガス遮断弁（２６）、始動燃料調整弁（２７）、
    及び始動空気スロットル弁（３０）を制御して始動用燃
    料ガス量を吸入空気量に適応した量に調整する始動燃料
    制御装置（３３）とを有してなることを特徴とする希薄
    燃焼ガスエンジンの始動装置。
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