JP3649479B2 - 希薄燃焼ガスエンジンの始動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、希薄燃焼ガスエンジンの始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
過給機付きトーチ点火式希薄燃焼ガスエンジンにおいては、空気量を絞ること無く、燃料ガスをエンジンの要求負荷に応じて供給し、許容空気過剰率まで低下する燃料ガス供給量の時点をもって、そのエンジン回転数での最高負荷としている。したがって、燃料ガス供給系は過給機の圧縮機前で空気供給系と合致させ、ここで主燃焼室へ供給する大部分の混合気を形成させる。また、点火用ガス供給系は、点火用ガスをシリンダ内へ連なるトーチ用の副室へ供給しなければならないので、給気圧力以上の圧力が必要となり、主燃焼室へのガス燃料供給系とは異なり、別個に小形圧縮機を備えた供給系を持っている。
【０００３】
図２には、上記のような希薄燃焼ガスエンジンシステムの従来の１例が示されている。図２において、主燃料ガスは、空気供給管１１１の途中に配設されたガスミキサー１０８にて空気と混合され、過給機の圧縮機１０７を通り、ここで加圧された後エンジン１０１のシリンダ１０２ａ内に導入される。一方、トーチ副室用燃料ガスは、副室燃料供給管１１９の途中に配設した機器により圧力、流量を調整され、燃料ガスのみがトーチ副室１０４内に導入される。
【０００４】
エンジンの始動時にはトーチ副室１０４内の点火栓１０５回りに確実に点火可能な混合比の混合気を形成させる必要がある。殊に、メタンを主成分とするガス燃料においては、点火可能な混合比の範囲が狭く、ガス温度が低いと、さらに点火可能な混合比の範囲はせまくなる。
従って、エンジンの始動時にはガス供給の微妙な制御が必要となるため、従来のものの始動方法としては以下のような方法が採用されている。
【０００５】
その一つの方法は、副室燃料ガス供給管１１９に配設された点火用燃料ガス供給弁１２０を閉止する。そして空気供給管１１１の途中に配設された空気調整弁１０９及び主燃料ガス供給管１１５の途中に配設された燃料ガス量調整弁１１８を始動時の必要混合比を達成する開度に設定して、セルモータ等によりエンジンをモータリングし、点火始動させて、その後、上記点火用燃料ガス供給弁１２０を開弁し、通常の負荷運転へ移行する。
【０００６】
他の方法は、トーチ副室用の点火用燃料ガス供給弁１２０は開弁、主燃料ガス量調整弁１１８及び空気調整弁１０９開度を、夫々始動時の必要混合比が得られるように調整し、エンジンを始動させる。
【０００７】
尚、図２において、１０２はピストン、１１２は過給機のタービン、１１３は排気管、１０６は給気管、１０３はシリンダヘッド、１２３は燃料ガス供給ポンプ、１２１は点火用燃料ガス圧縮機、１２２は点火用燃料ガス調圧器、１１４は燃料ガス供給管である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
メタンは最小点火エネルギが最も高く、しかも、最小点火エネルギの得られる混合比は当量比で０．９と希薄混合気側にある。さらに最小点火エネルギの１０倍以下の点火エネルギで点火可能な当量比の範囲は０．６〜１．３と、理論混合比をはさんでその範囲は狭い。
【０００９】
トーチ点火式希薄燃焼ガスエンジンは、通常の負荷運転において、当量比は０．５以下（空気過剰率は２．０以上）の希薄混合ガスであるため、トーチ副室１０４内を理論混合比に近い条件にし、そこで点火栓１０５による点火を行い、トーチ副室１０４から火炎ジェットを噴出させて、主燃焼室１０２ａの希薄混合気に点火燃焼をさせている。
【００１０】
過給機付きガスエンジンの場合、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圧縮機１０７による加圧の効果がなく、無過給と同様にピストン１０２の吸入による吸入空気のみとなるため、燃料ガス流量もその空気量に見合った極く少ない量を調量供給する必要がある。
【００１１】
このため、トーチ副室１０４への燃料ガスの供給を遮断し、主燃料ガス調整弁１１８を制御して供給ガス流量の調整を行っているが、調整精度上の限界があり、確実にトーチ副室１０４内に点火可能な当量比の混合気を形成できないという問題点がある。また、夏と冬との間には、吸入空気温度が４０℃近くの差があり、これにより、吸入空気量も１０％以上変化することから、夏と冬との間の始動性の差が生じ、トーチ副室１０４内の点火栓近くに形成される混合気の当量比が点火に対して限界の場合、大きな問題点となる。
【００１２】
本発明の目的は、メタンを主成分とする燃料ガスを使用するトーチ点火式ガスエンジンにおいて、主燃料ガス量及び温度、並びに季節等による空気温度の変化に影響されることなく常時良好な始動性能を備えたトーチ点火式ガスエンジンを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明はメタンを主成分とする燃料ガスを用いるトーチ点火式ガスエンジンにおいて、エンジンの始動時に、プロパン、ブタン等の点火性の良好な始動用燃料ガスを収納するガスボンベから、トーチ副室に接続される点火用燃料ガス供給管路に供給してトーチ副室内での着火燃焼に供するように構成したことを要旨とし、その第１の具体的手段は、天然ガス、都市ガス等のメタンを主成分とする燃料ガスを使用し、燃料ガス供給弁を介装した点火用燃料ガス供給路を経て供給される点火用燃料ガスを点火燃焼せしめるためのトーチ副室を備えたガスエンジンにおいて、プロパン、ブタン等の点火性の良好な燃料ガスが収容されるガスボンベと、同ガスボンベと上記トーチ副室への点火用燃料ガス供給路とを接続する始動用燃料ガス供給路と、同始動用燃料ガス供給路を開閉する始動用燃料ガス供給弁と、エンジン回転数の検出信号が入力され、設定回転数以下を始動状態と判断して上記始動用燃料ガス供給弁を開弁すると共に上記燃料ガス供給弁を閉弁し、設定回転数以上になると上記始動用燃料ガス供給弁を閉弁すると共に上記燃料ガス供給弁を開弁して、上記点火用燃料ガス又は上記ガスボンベ内の始動用燃料ガスを上記トーチ副室に交互に供給・遮断せしめる制御装置とを備えたことにある。
【００１４】
本発明の上記手段においては、上記のように、プロパン、ブタン等の点火性の良好な燃料ガスを始動時に点火用トーチ副室へ送給するように構成されているが、かかるプロパンやブタンは最小点火エネルギが低くなり、最小エネルギが得られる当量比は濃混合気側にずれ、プロパンで１．３、ブタンで１．５となる。主燃料ガスの主成分であるメタンの最小点火エネルギの１０倍以下で点火可能な当量比の範囲は、プロパンで０．７〜２．１、ブタンで０．８〜２．３と、メタンが０．６〜１．３であるのに比較すると、はるかに広がっている。したがって、希薄燃焼ガスエンジンの始動時のトーチ副室内のように比較的、リッチな等量比になっていても、燃料ガスがプロパンやブタンを主成分とするガスであれば、きわめて容易に点火がなされる。
【００１５】
しかも上記手段によれば、エンジン回転数が設定回転数以下であるエンジン始動時に、点火用燃料ガス供給路の燃料ガス供給弁を閉弁すると共に始動用燃料ガス供給路の始動用燃料ガス供給弁を開弁して上記のように点火可能な当量比の範囲が広いプロパン、ブタン等の点火用燃料ガスを、エンジンの回転数の検出信号に基づき点火用トーチ副室へ供給するので、一定回転数以下の始動時に適切なタイミングでかつ適量点火用燃料ガスをトーチ副室へ送給することができ、始動性が向上する。
また、この様にして始動後、エンジン回転数が上昇して設定回転数以上になると、始動用ガス供給弁が閉ざされると共に燃料ガス供給弁が開かれ、通常の点火用燃料ガス供給路から供給されるメタンを主成分とする点火用ガス燃料により、通常の負荷運転状態が円滑に継続される。
【００１６】
また、上記第１の手段に加えて、上記始動用燃料ガス供給路が、上記点火用燃料ガス供給路に設けられた圧縮機の吸入口に接続され、上記始動用燃料ガスを同圧縮機にて加圧して上記トーチ副室に送給するように構成されたことが、本発明の第２の手段である。
【００１７】
このように構成すれば、点火用トーチ副室へ送給される始動用燃料ガスが圧縮機にて加圧、昇温されてトーチ副室へ供給されるので、副室内での着火が迅速になされ、始動性がさらに向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の１形態について詳細に説明する。図１には本発明の実施形態に係るトーチ点火式希薄燃焼ガスエンジンの燃料、空気系の系統図が示されている。
【００１９】
図１において、１はエンジン、２はエンジンのピストン、２ａはシリンダ、３はシリンダヘッド、４はトーチ副室、５はトーチ副室４内に設けられた点火栓、６は給気管、１２は過給機の排気タービン、７は同排気タービン１２に同軸駆動される圧縮機、１３は排気管である。
【００２０】
また１４はメタンを主成分とする燃料ガスが供給される燃料ガス主管である。１５は同燃料ガス主管１４から分岐された燃料ガス供給管であり、後述する空気給入管１１の主燃料ガスミキサ８に接続されている。１６は燃料ガス供給管路１６を開閉する主燃料ガス遮断弁、１７は主燃料ガス調圧器、１８は上記主燃料ガス供給管路１５の開度即ちガス量を調整する主燃料ガス量調整弁である。
【００２１】
１９は上記燃料ガス主管１４から分岐された点火用燃料ガス供給管であり、上記トーチ副室４に接続されている。２０は同点火用燃料ガス供給管路１９を開閉制御する燃料ガス供給弁、２１は点火用燃料ガスを加圧する点火用ガス圧縮機、２２は点火用燃料ガス調圧器、２２１はトーチ副室４側へ向かう燃料ガスの流れのみを許容する逆止弁である。
【００２２】
１１は空気供給管であり、上記過給機の圧縮機７に接続されている。１０はエアフィルタ、９は空気供給管１１の開度を調整するスロットル弁、８は空気中に主燃料を混入させるための主燃料ガスミキサである。２３は負荷運転時の制御のための負荷運転制御装置であり、上記燃料ガス供給弁の開閉制御、主燃料ガス遮断弁１６の開閉制御、スロットル弁の開度調整、及び主燃料ガス量調整弁１８の開度調整を司どる。
【００２３】
２４はプロパンやブタンを主成分とする始動用燃料が封入された始動用燃料ガスボンベ、３１は同燃料ガスボンベ出口と上記点火用燃料ガス管路１９の圧縮機２１の上流側とを接続する始動用燃料ガス管、２６は同ガス管路を開閉制御する始動用燃料ガス供給弁、２５は上記ガスボンベ２４内の圧力を調整するための調圧弁である。
【００２４】
２８はエンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ、２７は同回転数センサ２８からのエンジン回転数の検出信号を受けて、回線３２を介して上記始動用燃料ガス弁２６を開閉制御する始動燃料制御装置である。同始動燃料制御装置２７の他の制御出力端は回線３３を介して上記負荷運転制御装置２３に接続されている。
【００２５】
上記のように構成されたトーチ点火式希薄燃焼ガスエンジンの始動時及び運転時において、始動時には、エンジン回転数センサ２８の検出信号により、負荷運転制御装置２３及び始動燃料制御装置２７にて、設定回転数以下を始動状態と判断し、始動用ガス供給弁２６を開き、始動用ガスボンベ２４内のブタンやプロパンを主成分とする燃料ガスを、調圧弁２５を介して、点火用燃料ガス供給管路の点火用ガス圧縮機２１の上流側に供給する。
【００２６】
一方、メタンを主成分とする通常の主燃料ガスは、制御装置２３によって、点火用ガス供給弁２０を閉じることにより遮断される。
上記負荷運転制御装置２３により主空気のスロットル弁９は全開とされ、メタンを主成分とする通常の主燃料ガスを始動状況にあわせて調量して供給するよう主燃料ガス量調整弁１８の開度が設定される。
【００２７】
図示しないエンジン付きセルモータ等によりエンジン１をモータリングして始動すると、ピストン２の吸引作用により空気は主空気供給管１１より吸入され、エアフィルタ１０を通り、全開されたスロットル弁９を経て、主燃料ガスミキサ８へ導入される。メタンを主成分とした主ガス燃料は主燃料ガス量調整弁１８の開度に応じた量が主燃料ガスミキサ８へ供給され、ここで空気と混合されて始動時の主燃料ガス混合気が形成され、過給機の圧縮機７にて加圧され、シリンダヘッド３の給気ポートより給入行程時にシリンダ２ａ内に吸入される。
【００２８】
この時、ほぼ同時期にブタンやプロパンを主成分とする始動用燃料ガスがボンベ２４から調圧弁２５で調圧され、開弁されている始動用ガス供給弁２６を経て、点火用ガス圧縮機２１の上流の吸入口に供給され、ここでシリンダ２ａ内の圧力よりも充分高く加圧されて、トーチ副室４に供給される。圧縮行程に入るとピストン２が上昇し、シリンダ２ａ内のメタンを主成分とする主ガス燃料の混合気は圧縮され、その一部はトーチ副室４の下端噴口部（図示せず）からトーチ副室４内部に流入し、トーチ副室４内部に充満されているブタンやプロパンを主成分とする始動用ガス燃料と混合気を形成し、点火栓５周りに点火可能範囲の広い混合気が集められる。
【００２９】
圧縮行程終了近傍で、点火栓５の電気火花によりブタンやプロパンを主成分とする始動用燃料ガスの混合気に点火し、トーチ副室４内から火炎ジェットを噴出させて、シリンダ２ａ内のメタンを主成分とする燃料ガスの混合気に点火燃焼せしめる。そして、シリンダ２ａ内全体に火炎が伝播され、ピストンは燃焼ガス圧力により下降し、やがて燃焼は終了する。
【００３０】
始動後、エンジン回転数が上昇し、設定回転数以上になると、負荷運転制御装置２３及び始動燃料制御装置２７からの指令により、始動用ガス供給弁２６が閉ざされ、通常の燃料ガス供給主管１４から供給されるメタンを主成分とするガス燃料を点火用ガスにも使用するため、点火用ガス供給弁２０が開かれる。これにより、メタンを主成分とするガス燃料のみを用いた、通常の負荷運転状態となる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、請求項１の発明によれば、点火可能な当量比の範囲が拡いプロパン、ブタン等の始動用燃料ガスを、エンジン回転数の検出信号に基づき、一定回転数以下の始動時に、適切なタイミングで以って、かつ適量をトーチ副室へ送給することができる。
【００３２】
これにより、着火性が良好でないメタンを主成分とする燃料ガスを主燃料ガスとして使用するガスエンジンの始動性を、主燃料ガスの流量や空気温度の変動に影響されることなく従来のものに較べ大幅に向上せしめることができる。
【００３３】
また請求項２の発明によれば、上記に加えて、始動用燃料ガスを圧縮機で加圧、昇温してトーチ副室に送給することができることから、副室内での着火が迅速になされ、始動性がさらに向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るトーチ点火式ガスエンジンの系統図。
【図２】従来例を示す図１応当図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ａ シリンダ
４ トーチ副室
５ 点火栓
８ 主燃料ガスミキサ
１１ 空気供給管
１５ 主燃料ガス供給管
１８ 主燃料ガス量調整弁
１９ 点火用燃料ガス供給管
２１ 点火用ガス圧縮機
２３ 負荷運転制御装置
２４ ガスボンベ
２６ 始動用燃料ガス供給弁
３１ 始動用燃料ガス管
３２ 始動燃料制御装置
【発明の属する技術分野】
本発明は、希薄燃焼ガスエンジンの始動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
過給機付きトーチ点火式希薄燃焼ガスエンジンにおいては、空気量を絞ること無く、燃料ガスをエンジンの要求負荷に応じて供給し、許容空気過剰率まで低下する燃料ガス供給量の時点をもって、そのエンジン回転数での最高負荷としている。したがって、燃料ガス供給系は過給機の圧縮機前で空気供給系と合致させ、ここで主燃焼室へ供給する大部分の混合気を形成させる。また、点火用ガス供給系は、点火用ガスをシリンダ内へ連なるトーチ用の副室へ供給しなければならないので、給気圧力以上の圧力が必要となり、主燃焼室へのガス燃料供給系とは異なり、別個に小形圧縮機を備えた供給系を持っている。
【０００３】
図２には、上記のような希薄燃焼ガスエンジンシステムの従来の１例が示されている。図２において、主燃料ガスは、空気供給管１１１の途中に配設されたガスミキサー１０８にて空気と混合され、過給機の圧縮機１０７を通り、ここで加圧された後エンジン１０１のシリンダ１０２ａ内に導入される。一方、トーチ副室用燃料ガスは、副室燃料供給管１１９の途中に配設した機器により圧力、流量を調整され、燃料ガスのみがトーチ副室１０４内に導入される。
【０００４】
エンジンの始動時にはトーチ副室１０４内の点火栓１０５回りに確実に点火可能な混合比の混合気を形成させる必要がある。殊に、メタンを主成分とするガス燃料においては、点火可能な混合比の範囲が狭く、ガス温度が低いと、さらに点火可能な混合比の範囲はせまくなる。
従って、エンジンの始動時にはガス供給の微妙な制御が必要となるため、従来のものの始動方法としては以下のような方法が採用されている。
【０００５】
その一つの方法は、副室燃料ガス供給管１１９に配設された点火用燃料ガス供給弁１２０を閉止する。そして空気供給管１１１の途中に配設された空気調整弁１０９及び主燃料ガス供給管１１５の途中に配設された燃料ガス量調整弁１１８を始動時の必要混合比を達成する開度に設定して、セルモータ等によりエンジンをモータリングし、点火始動させて、その後、上記点火用燃料ガス供給弁１２０を開弁し、通常の負荷運転へ移行する。
【０００６】
他の方法は、トーチ副室用の点火用燃料ガス供給弁１２０は開弁、主燃料ガス量調整弁１１８及び空気調整弁１０９開度を、夫々始動時の必要混合比が得られるように調整し、エンジンを始動させる。
【０００７】
尚、図２において、１０２はピストン、１１２は過給機のタービン、１１３は排気管、１０６は給気管、１０３はシリンダヘッド、１２３は燃料ガス供給ポンプ、１２１は点火用燃料ガス圧縮機、１２２は点火用燃料ガス調圧器、１１４は燃料ガス供給管である。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
メタンは最小点火エネルギが最も高く、しかも、最小点火エネルギの得られる混合比は当量比で０．９と希薄混合気側にある。さらに最小点火エネルギの１０倍以下の点火エネルギで点火可能な当量比の範囲は０．６〜１．３と、理論混合比をはさんでその範囲は狭い。
【０００９】
トーチ点火式希薄燃焼ガスエンジンは、通常の負荷運転において、当量比は０．５以下（空気過剰率は２．０以上）の希薄混合ガスであるため、トーチ副室１０４内を理論混合比に近い条件にし、そこで点火栓１０５による点火を行い、トーチ副室１０４から火炎ジェットを噴出させて、主燃焼室１０２ａの希薄混合気に点火燃焼をさせている。
【００１０】
過給機付きガスエンジンの場合、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圧縮機１０７による加圧の効果がなく、無過給と同様にピストン１０２の吸入による吸入空気のみとなるため、燃料ガス流量もその空気量に見合った極く少ない量を調量供給する必要がある。
【００１１】
このため、トーチ副室１０４への燃料ガスの供給を遮断し、主燃料ガス調整弁１１８を制御して供給ガス流量の調整を行っているが、調整精度上の限界があり、確実にトーチ副室１０４内に点火可能な当量比の混合気を形成できないという問題点がある。また、夏と冬との間には、吸入空気温度が４０℃近くの差があり、これにより、吸入空気量も１０％以上変化することから、夏と冬との間の始動性の差が生じ、トーチ副室１０４内の点火栓近くに形成される混合気の当量比が点火に対して限界の場合、大きな問題点となる。
【００１２】
本発明の目的は、メタンを主成分とする燃料ガスを使用するトーチ点火式ガスエンジンにおいて、主燃料ガス量及び温度、並びに季節等による空気温度の変化に影響されることなく常時良好な始動性能を備えたトーチ点火式ガスエンジンを提供することにある。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
本発明はメタンを主成分とする燃料ガスを用いるトーチ点火式ガスエンジンにおいて、エンジンの始動時に、プロパン、ブタン等の点火性の良好な始動用燃料ガスを収納するガスボンベから、トーチ副室に接続される点火用燃料ガス供給管路に供給してトーチ副室内での着火燃焼に供するように構成したことを要旨とし、その第１の具体的手段は、天然ガス、都市ガス等のメタンを主成分とする燃料ガスを使用し、燃料ガス供給弁を介装した点火用燃料ガス供給路を経て供給される点火用燃料ガスを点火燃焼せしめるためのトーチ副室を備えたガスエンジンにおいて、プロパン、ブタン等の点火性の良好な燃料ガスが収容されるガスボンベと、同ガスボンベと上記トーチ副室への点火用燃料ガス供給路とを接続する始動用燃料ガス供給路と、同始動用燃料ガス供給路を開閉する始動用燃料ガス供給弁と、エンジン回転数の検出信号が入力され、設定回転数以下を始動状態と判断して上記始動用燃料ガス供給弁を開弁すると共に上記燃料ガス供給弁を閉弁し、設定回転数以上になると上記始動用燃料ガス供給弁を閉弁すると共に上記燃料ガス供給弁を開弁して、上記点火用燃料ガス又は上記ガスボンベ内の始動用燃料ガスを上記トーチ副室に交互に供給・遮断せしめる制御装置とを備えたことにある。
【００１４】
本発明の上記手段においては、上記のように、プロパン、ブタン等の点火性の良好な燃料ガスを始動時に点火用トーチ副室へ送給するように構成されているが、かかるプロパンやブタンは最小点火エネルギが低くなり、最小エネルギが得られる当量比は濃混合気側にずれ、プロパンで１．３、ブタンで１．５となる。主燃料ガスの主成分であるメタンの最小点火エネルギの１０倍以下で点火可能な当量比の範囲は、プロパンで０．７〜２．１、ブタンで０．８〜２．３と、メタンが０．６〜１．３であるのに比較すると、はるかに広がっている。したがって、希薄燃焼ガスエンジンの始動時のトーチ副室内のように比較的、リッチな等量比になっていても、燃料ガスがプロパンやブタンを主成分とするガスであれば、きわめて容易に点火がなされる。
【００１５】
しかも上記手段によれば、エンジン回転数が設定回転数以下であるエンジン始動時に、点火用燃料ガス供給路の燃料ガス供給弁を閉弁すると共に始動用燃料ガス供給路の始動用燃料ガス供給弁を開弁して上記のように点火可能な当量比の範囲が広いプロパン、ブタン等の点火用燃料ガスを、エンジンの回転数の検出信号に基づき点火用トーチ副室へ供給するので、一定回転数以下の始動時に適切なタイミングでかつ適量点火用燃料ガスをトーチ副室へ送給することができ、始動性が向上する。
また、この様にして始動後、エンジン回転数が上昇して設定回転数以上になると、始動用ガス供給弁が閉ざされると共に燃料ガス供給弁が開かれ、通常の点火用燃料ガス供給路から供給されるメタンを主成分とする点火用ガス燃料により、通常の負荷運転状態が円滑に継続される。
【００１６】
また、上記第１の手段に加えて、上記始動用燃料ガス供給路が、上記点火用燃料ガス供給路に設けられた圧縮機の吸入口に接続され、上記始動用燃料ガスを同圧縮機にて加圧して上記トーチ副室に送給するように構成されたことが、本発明の第２の手段である。
【００１７】
このように構成すれば、点火用トーチ副室へ送給される始動用燃料ガスが圧縮機にて加圧、昇温されてトーチ副室へ供給されるので、副室内での着火が迅速になされ、始動性がさらに向上する。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の実施の１形態について詳細に説明する。図１には本発明の実施形態に係るトーチ点火式希薄燃焼ガスエンジンの燃料、空気系の系統図が示されている。
【００１９】
図１において、１はエンジン、２はエンジンのピストン、２ａはシリンダ、３はシリンダヘッド、４はトーチ副室、５はトーチ副室４内に設けられた点火栓、６は給気管、１２は過給機の排気タービン、７は同排気タービン１２に同軸駆動される圧縮機、１３は排気管である。
【００２０】
また１４はメタンを主成分とする燃料ガスが供給される燃料ガス主管である。１５は同燃料ガス主管１４から分岐された燃料ガス供給管であり、後述する空気給入管１１の主燃料ガスミキサ８に接続されている。１６は燃料ガス供給管路１６を開閉する主燃料ガス遮断弁、１７は主燃料ガス調圧器、１８は上記主燃料ガス供給管路１５の開度即ちガス量を調整する主燃料ガス量調整弁である。
【００２１】
１９は上記燃料ガス主管１４から分岐された点火用燃料ガス供給管であり、上記トーチ副室４に接続されている。２０は同点火用燃料ガス供給管路１９を開閉制御する燃料ガス供給弁、２１は点火用燃料ガスを加圧する点火用ガス圧縮機、２２は点火用燃料ガス調圧器、２２１はトーチ副室４側へ向かう燃料ガスの流れのみを許容する逆止弁である。
【００２２】
１１は空気供給管であり、上記過給機の圧縮機７に接続されている。１０はエアフィルタ、９は空気供給管１１の開度を調整するスロットル弁、８は空気中に主燃料を混入させるための主燃料ガスミキサである。２３は負荷運転時の制御のための負荷運転制御装置であり、上記燃料ガス供給弁の開閉制御、主燃料ガス遮断弁１６の開閉制御、スロットル弁の開度調整、及び主燃料ガス量調整弁１８の開度調整を司どる。
【００２３】
２４はプロパンやブタンを主成分とする始動用燃料が封入された始動用燃料ガスボンベ、３１は同燃料ガスボンベ出口と上記点火用燃料ガス管路１９の圧縮機２１の上流側とを接続する始動用燃料ガス管、２６は同ガス管路を開閉制御する始動用燃料ガス供給弁、２５は上記ガスボンベ２４内の圧力を調整するための調圧弁である。
【００２４】
２８はエンジン１の回転数を検出するエンジン回転数センサ、２７は同回転数センサ２８からのエンジン回転数の検出信号を受けて、回線３２を介して上記始動用燃料ガス弁２６を開閉制御する始動燃料制御装置である。同始動燃料制御装置２７の他の制御出力端は回線３３を介して上記負荷運転制御装置２３に接続されている。
【００２５】
上記のように構成されたトーチ点火式希薄燃焼ガスエンジンの始動時及び運転時において、始動時には、エンジン回転数センサ２８の検出信号により、負荷運転制御装置２３及び始動燃料制御装置２７にて、設定回転数以下を始動状態と判断し、始動用ガス供給弁２６を開き、始動用ガスボンベ２４内のブタンやプロパンを主成分とする燃料ガスを、調圧弁２５を介して、点火用燃料ガス供給管路の点火用ガス圧縮機２１の上流側に供給する。
【００２６】
一方、メタンを主成分とする通常の主燃料ガスは、制御装置２３によって、点火用ガス供給弁２０を閉じることにより遮断される。
上記負荷運転制御装置２３により主空気のスロットル弁９は全開とされ、メタンを主成分とする通常の主燃料ガスを始動状況にあわせて調量して供給するよう主燃料ガス量調整弁１８の開度が設定される。
【００２７】
図示しないエンジン付きセルモータ等によりエンジン１をモータリングして始動すると、ピストン２の吸引作用により空気は主空気供給管１１より吸入され、エアフィルタ１０を通り、全開されたスロットル弁９を経て、主燃料ガスミキサ８へ導入される。メタンを主成分とした主ガス燃料は主燃料ガス量調整弁１８の開度に応じた量が主燃料ガスミキサ８へ供給され、ここで空気と混合されて始動時の主燃料ガス混合気が形成され、過給機の圧縮機７にて加圧され、シリンダヘッド３の給気ポートより給入行程時にシリンダ２ａ内に吸入される。
【００２８】
この時、ほぼ同時期にブタンやプロパンを主成分とする始動用燃料ガスがボンベ２４から調圧弁２５で調圧され、開弁されている始動用ガス供給弁２６を経て、点火用ガス圧縮機２１の上流の吸入口に供給され、ここでシリンダ２ａ内の圧力よりも充分高く加圧されて、トーチ副室４に供給される。圧縮行程に入るとピストン２が上昇し、シリンダ２ａ内のメタンを主成分とする主ガス燃料の混合気は圧縮され、その一部はトーチ副室４の下端噴口部（図示せず）からトーチ副室４内部に流入し、トーチ副室４内部に充満されているブタンやプロパンを主成分とする始動用ガス燃料と混合気を形成し、点火栓５周りに点火可能範囲の広い混合気が集められる。
【００２９】
圧縮行程終了近傍で、点火栓５の電気火花によりブタンやプロパンを主成分とする始動用燃料ガスの混合気に点火し、トーチ副室４内から火炎ジェットを噴出させて、シリンダ２ａ内のメタンを主成分とする燃料ガスの混合気に点火燃焼せしめる。そして、シリンダ２ａ内全体に火炎が伝播され、ピストンは燃焼ガス圧力により下降し、やがて燃焼は終了する。
【００３０】
始動後、エンジン回転数が上昇し、設定回転数以上になると、負荷運転制御装置２３及び始動燃料制御装置２７からの指令により、始動用ガス供給弁２６が閉ざされ、通常の燃料ガス供給主管１４から供給されるメタンを主成分とするガス燃料を点火用ガスにも使用するため、点火用ガス供給弁２０が開かれる。これにより、メタンを主成分とするガス燃料のみを用いた、通常の負荷運転状態となる。
【００３１】
【発明の効果】
本発明は以上のように構成されており、請求項１の発明によれば、点火可能な当量比の範囲が拡いプロパン、ブタン等の始動用燃料ガスを、エンジン回転数の検出信号に基づき、一定回転数以下の始動時に、適切なタイミングで以って、かつ適量をトーチ副室へ送給することができる。
【００３２】
これにより、着火性が良好でないメタンを主成分とする燃料ガスを主燃料ガスとして使用するガスエンジンの始動性を、主燃料ガスの流量や空気温度の変動に影響されることなく従来のものに較べ大幅に向上せしめることができる。
【００３３】
また請求項２の発明によれば、上記に加えて、始動用燃料ガスを圧縮機で加圧、昇温してトーチ副室に送給することができることから、副室内での着火が迅速になされ、始動性がさらに向上するという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態に係るトーチ点火式ガスエンジンの系統図。
【図２】従来例を示す図１応当図。
【符号の説明】
１ エンジン
２ａ シリンダ
４ トーチ副室
５ 点火栓
８ 主燃料ガスミキサ
１１ 空気供給管
１５ 主燃料ガス供給管
１８ 主燃料ガス量調整弁
１９ 点火用燃料ガス供給管
２１ 点火用ガス圧縮機
２３ 負荷運転制御装置
２４ ガスボンベ
２６ 始動用燃料ガス供給弁
３１ 始動用燃料ガス管
３２ 始動燃料制御装置
Claims (2)
- 天然ガス、都市ガス等のメタンを主成分とする燃料ガスを使用し、燃料ガス供給弁を介装した点火用燃料ガス供給路を経て供給される点火用燃料ガスを点火燃焼せしめるためのトーチ副室を備えたガスエンジンにおいて、プロパン、ブタン等の点火性の良好な燃料ガスが収容されるガスボンベと、同ガスボンベと上記トーチ副室への点火用燃料ガス供給路とを接続する始動用燃料ガス供給路と、同始動用燃料ガス供給路を開閉する始動用燃料ガス供給弁と、エンジン回転数の検出信号が入力され、設定回転数以下を始動状態と判断して上記始動用燃料ガス供給弁を開弁すると共に上記燃料ガス供給弁を閉弁し、設定回転数以上になると上記始動用燃料ガス供給弁を閉弁すると共に上記燃料ガス供給弁を開弁して、上記点火用燃料ガス又は上記ガスボンベ内の始動用燃料ガスを上記トーチ副室に交互に供給・遮断せしめる制御装置とを備えたことを特徴とする希薄燃焼ガスエンジンの始動装置。
- 上記始動用燃料ガス供給路は、上記点火用燃料ガス供給路に設けられた圧縮機の吸入口に接続され、上記始動用燃料ガスを同圧縮機にて加圧して上記トーチ副室に送給するように構成された請求項１記載の希薄燃焼ガスエンジンの始動装置。
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