本発明は、廃棄物を熱分解処理して生成された低カロリーガスと単独で十分な発熱量を発生する軽油や天然ガスなどの高カロリー燃料とを混合した混合燃料により機関を駆動させるデュアルフューエルエンジンの制御方法に関する。
従来より、生ゴミや家畜糞尿などの有機廃棄物を嫌気性発酵させた際に発生するメタンガスなどのバイオガスと、軽油とを混合した混合燃料によりデュアルフューエルエンジンの機関を駆動させることによって、発電機を作動させるようにしたものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、間伐材、剪定枝、建築廃材や刈草などの木質バイオマスを熱分解炉により熱分解処理して可燃ガス(熱分解ガス)を生成し、この可燃ガスと軽油や天然ガスなどの高カロリー燃料とを混合した混合燃料によりデュアルフューエルエンジンの機関を駆動させることによって、発電機を作動させるようにしたものもある。
しかし、上記後者のもののように、木質バイオマスを熱分解処理して得られた可燃ガスは、廃棄物中の水分保有率が安定せず、その原料自体も一定の品質のものではないため、熱分解炉により生成された時点においても、一定組成の燃料として扱うことができず、単独では発熱量が不十分でありかつ発熱量自体が変動する低カロリー燃料といわざるを得ないのが現状である。そのため、単独で十分な発熱量を発生する高カロリー燃料に対し単独では発熱量が不十分でありかつ発熱量自体が変動する低カロリー燃料(可燃ガス)を混合させた混合燃料によって、デュアルフューエルエンジンの機関を駆動することが行われている。
特開2002−309979号公報
ところが、上述したデュアルフューエルエンジンにおいて高カロリー燃料に混合して使用される低カロリー燃料は、発熱量が変動するため、デュアルフューエルエンジンの機関に対し供給される混合燃料の総発熱量を大きく変動させていた。そのため、機関の始動時に混合燃料が機関に残存していたり、混合燃料が機関に新たに供給されると、適正な空燃比となり得ず、機関の始動性が著しく悪化するという課題を保有している。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、機関の始動性を向上させることができるデュアルフューエルエンジンの制御方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、請求項1に係わる発明が講じた解決手段は、上記請求項1記載の発明において前提としたデュアルフューエルエンジンの制御方法を同様に前提とし、機関を停止するとき、機関を停止する前に高カロリー燃料に対して混合される低カロリー燃料の供給を停止してから、高カロリー燃料のみにより機関を一定時間駆動させた後に機関を停止させるように制御している。
この特定事項により、機関の停止時に機関への低カロリー燃料の供給を停止した後に高カロリー燃料のみにより機関を一定時間駆動させてから機関を停止させるようにしているので、高カロリー燃料と低カロリー燃料との混合燃料を供給させた状態で機関を停止させていたもののように混合燃料が機関に残存したまま停止することがなく、高カロリー燃料のみによる一定時間駆動させてからの停止によって機関内での混合燃料(低カロリー燃料)の残存が解消されて始動時に空燃比が変動しなくなり、適正な空燃比による機関の始動性の向上を図ることが可能となる。その上、低カロリー中に含まれる多量の水分が機関に留まることもなくなり、機関の確実な始動を実現することが可能となる。
また、上記目的を達成するため、請求項2に係わる発明が講じた解決手段は、上記請求項3に係わる発明において前提としたデュアルフューエルエンジンの制御方法を同様に前提とする。そして、複数台の機関に対し低カロリー燃料供給源から供給される低カロリー燃料の供給量が減少してきたとき、複数台のうちの1台目の機関への低カロリー燃料の供給を停止し、この1台目の機関において低カロリー燃料の供給停止に伴い上昇する高カロリー燃料の供給量が所定のしきい値を上回ったときに、該機関を一定時間駆動させた後に停止させる。次いで、上記1台目の機関への低カロリー燃料の供給停止により一時的に上昇する2台目以降の機関への低カロリー燃料の供給を残る機関の停止順位に従って停止した後、この2台目以降の機関において低カロリー燃料の供給停止に伴い上昇する高カロリー燃料の供給量が所定のしきい値を上回ったときに、2台目以降の機関を一定時間駆動させた後に順次停止させるように制御している。
この特定事項により、複数台の機関を停止するときに各機関への低カロリー燃料の供給停止に伴い上昇する高カロリー燃料の供給量が所定のしきい値を上回ったときに各機関を高カロリー燃料のみにより一定時間駆動させてから停止させるようにしているので、高カロリー燃料と低カロリー燃料との混合燃料を供給させた状態で各機関を停止させていたもののように混合燃料が各機関に残存したまま停止することがなく、高カロリー燃料のみによる一定時間駆動させてからの停止によって各機関内での混合燃料(低カロリー燃料)の残存が解消されて始動時に空燃比が変動しなくなり、適正な空燃比による各機関の始動性の向上を図ることが可能となる。その上、低カロリー中に含まれる多量の水分が各機関に留まることもなくなり、各機関の確実な始動を実現することが可能となる。
しかも、低カロリー燃料供給源から供給される低カロリー燃料の供給量が減少してきたときに、混合燃料中の高カロリー燃料の混合割合を増加させて複数の機関を全て駆動させる必要がなくなり、低カロリー燃料の供給量の減少度合いに応じた台数の機関のみが駆動されることになり、高カロリー燃料の消費量を低減させて複数台の機関を効率よく駆動させることが可能となる。
ここで、請求項3に係わる発明が講じた解決手段では、各機関の所定のしきい値を、停止順位の遅い機関に行くに従い漸増させている。
この特定事項により、1台目の機関停止後にその1台目の機関への低カロリー燃料の供給停止により一時的に供給量が上昇する2台目以降の機関の低カロリー燃料が、停止順位の遅い機関に行くに従い漸増する所定のしきい値によって、高カロリー燃料のみによる駆動時間が確保され、停止順位の遅い機関に行くに従い増加する低カロリー燃料の残存が確実に解消されて各機関の始動時に空燃比が変動しなくなり、適正な空燃比による各機関の始動性をより確実に向上させることが可能となる。その上、低カロリー中に含まれる多量の水分が各機関に留まることもなくなり、各機関の始動性をより確実に実現させることが可能となる。
また、請求項4に係わる発明が講じた解決手段では、機関の駆動負荷に対する給気経路のスロットル開度の目標値を設定しておくとともに、単独で十分な発熱量を発生する高カロリーガス、およびこの高カロリーガスに対し単独では発熱量が不十分でありかつ発熱量自体が変動する低カロリーガスを混合させた混合ガスを用い、機関の駆動負荷が部分的に変動するときに、低カロリーガスの発熱量と相関関係にある給気経路のスロットル開度が目標値となるように、低カロリーガスの供給量を制御している。
この特定事項により、機関の駆動負荷が部分的に変動しても、給気経路のスロットル開度が目標値となるように低カロリーガスの供給量が制御されているので、一定の混合割合で混合される高カロリー燃料によって部分的な駆動負荷に対処し、機関を継続して駆動させることが可能となる。
そして、請求項5に係わる発明が講じた解決手段では、低カロリー燃料を機関近傍にて機関冷却水との熱交換により加温した状態で該機関に対し供給するようにしている。
この特定事項により、低カロリー燃料が機関冷却水との熱交換により加温された状態で機関に対し供給されるので、機関の始動時に高カロリー燃料のみによって駆動するために高温となった機関冷却水との熱交換により低温の低カロリー燃料中に混在する結露水(水分)が加温されて蒸発し、結露水が蒸発により除去された低カロリー燃料が加温状態のままで機関に供給されることになり、低カロリー燃料中の水分による機関の失火を確実に防止することが可能となる上、機関の吸気弁の錆などによる腐食も確実に防止することが可能となる。
更に、請求項6に係わる発明が講じた解決手段では、機関の潤滑油を機関冷却水との熱交換により一定温度以上に保つようにしている。
この特定事項により、機関の潤滑油が機関冷却水との熱交換によって一定温度以上に保たれるようにしているので、機関底部のオイルパンに溜まる潤滑油中の気泡を抜くために給気経路に対し連通するブローバイ通路から低カロリー燃料(混合燃料)が侵入してその低カロリー燃料中に混在する水分が潤滑油中に混ざり込んだとしても、一定温度以上に保たれる潤滑油中によって混ざり込んだ水分が速やかに蒸発し、水分の混ざり込みによる潤滑油のマヨネーズスラッジの発生を確実に防止することが可能となる。
以上、要するに、高カロリー燃料のみによって機関を始動させることで、高カロリー燃料のみによって大きく変動させることなく適正な空燃比とし、機関の始動性を向上させることができる。しかも、機関始動後に機関の駆動負荷が一定以上になってから高カロリー燃料に対し低カロリー燃料を混合させることで、機関の失火を招くことなく低カロリー燃料を積極的に使用することができる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の実施例1に係わるデュアルフューエルエンジンの制御システム構成図を示している。
図1において、1はデュアルフューエルエンジン、2はデュアルフューエルエンジン1によって作動する発電機である。
上記デュアルフューエルエンジン1は、単独で十分な発熱量を発生する高カロリー燃料としての軽油、およびこの軽油に対し単独では発熱量が不十分(たとえば600〜1000kcal程度)でありかつ発熱量自体が変動する低カロリー燃料としての燃料ガスを混合させた混合燃料によって、単一の機関を駆動させるように構成されている。
上記燃料ガスは、燃料ガス生成装置Xにおいて間伐材、剪定枝、建築廃材や刈草などの木質バイオマスから生成されるものであり、その生成方法の一例としては、燃料と空気とを燃焼させて得られた高温の燃焼ガスを熱源とする空気遮断状態下での間接加熱により、熱分解ガスと固体状の残さとに分解した後、この熱分解ガスを、空気、酸素富化空気または酸素を含む酸化剤ガスに導入し、熱分解ガス中に含まれる可燃成分と酸化剤ガス中の酸素との間で反応を起こさせ、熱分解ガス中の高位炭化水素を低位炭化水素等に変換させてから、この変換された高温のガスを急冷した後、そのガス中に含まれるダストおよび有害成分を浄化処理して燃料ガスが得られるようにしている。
上記デュアルフューエルエンジン1は、ディーゼルエンジンがベースであり、軽油を燃焼室1Aに噴射する燃料噴射弁3と、燃焼室1Aに対し空気を供給する給気経路としての給気管11と、燃焼室1Aから排気を排出する排気管12と、この排気管12を介して排出される排気中の温度を検出する排気温度センサ16と、上記給気管11内に開度調整可能に設けられ、空気と混合した燃料ガスの供給量を調整するスロットル弁4(スロットル)と、上記燃料ガス生成装置Xにおいて生成された燃料ガスを上記スロットル弁4よりも上流側から給気管11内に導入する燃料ガス導入装置5とを備えている。また、14は、排気管12に介設された酸化触媒装置である。
上記燃料噴射弁3は、この燃料噴射弁3に対し軽油を供給する噴射ポンプ31と、この噴射ポンプ31による軽油の噴射量を他段階に調整するラック32とを備えている。そして、上記ラック32は、CPUを搭載するコントローラ13に接続されており、このコントローラ13からの指令により、噴射ポンプ31による軽油の噴射量を最適に調整する位置にラック32を移動させるように制御している。
上記スロットル弁4は、バタフライタイプのものであって、スロットル弁4の開度を調整する開度調整機構41に連結されている。この開度調整機構41は、上記コントローラ13に接続されている。また、排気温度センサ16も、コントローラ13に接続されている。
上記燃料ガス導入装置5は、燃料ガス生成装置Xで生成された燃料ガスをスロットル弁4よりも上流側の給気管11内に導く燃料ガス導入管51と、この燃料ガス導入管51の途中に介設され、その燃料ガス導入管51の途中位置を開閉する電磁開閉弁52と、この電磁開閉弁52よりも下流側の燃料ガス導入管51の途中位置に設けられ、燃料ガスの圧力を検出するガス圧力センサ54と、このガス圧力センサ54よりも下流側の燃料ガス導入管51の途中位置に設けられ、燃料ガス導入管51からミキサ56(後述する)に供給される燃料ガスの圧力を一定にするレギュレータ55と、燃料ガス導入管51の下流端が開口する給気管11の途中位置に設けられ、燃料ガス導入管51を介して給気管11内に導入された燃料ガスを給気管11内の空気と混合させるミキサ56と、上記レギュレータ55とミキサ56との間に設けられ、レギュレータ55により一定のガス圧に保持された燃料ガスのミキサ56への供給量を調整するA/Fバルブ59とを備えている。そして、上記スロットル弁4の開度調整機構41、並びに燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59は、上記コントローラ13に接続されており、このコントローラ13からの指令により、燃料ガス導入管51から給気管11を介して最適な量の燃料ガスが燃焼室1Aに導かれるように制御されている。また、上記電磁開閉弁52は、開閉切換タイプのものであり、開放状態に切り換えてもA/Fバルブ59を開放調整しない限り、燃料ガス導入管51内に僅かな量の燃料ガスしか導入されないように構成されている。この場合、軽油と燃料ガスとの混合燃料によるデュアルフューエルエンジン1(機関)の駆動時に、ラック32位置の調整による軽油の流量制御、スロットル弁4の開度調整および燃料ガス導入装置5(A/Fバルブ59)による燃料ガスの流量制御が行われる。
そして、本発明の特徴部分として、デュアルフューエルエンジン1を始動するとき、軽油のみによって機関が始動し、その後、機関の駆動負荷が一定以上になってから、軽油に対して燃料ガスを混合させるように、燃料ガスの供給量をA/Fバルブ59によって制御している。これを図で表すと、図2に示すように、機関の回転数の目標値をPID制御してラック32の位置を決定し、この決定されたラック32位置により噴射量(供給量)が調整された軽油をデュアルフューエルエンジン1の機関(燃焼室1A)に対し供給している。そして、機関の駆動負荷が一定以上つまり上昇(作用)し始めると、スロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して燃料ガス導入管51から給気管11を介して燃料ガスが燃焼室1Aに導されることで、軽油に対し燃料ガスが供給され始める。このとき、軽油の供給量を増加させるようにラック32位置も変更され、この変更されたラック32位置に基づいてA/Fバルブ59の開度を決定し、この決定されたA/Fバルブ59の開度により供給量が調整された燃料ガスをデュアルフューエルエンジン1の機関(燃焼室1A)に対し供給している。
また、デュアルフューエルエンジン1の単一の機関を停止するとき、その機関を停止する前に、スロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して燃料ガス導入管51から給気管11を介して燃焼室1Aに導入される燃料ガスの供給を停止、つまり軽油に対して混合される燃料ガスの供給を停止してから、軽油のみにより機関を一定時間駆動させた後に軽油の供給量を停止させるようにラック32位置を変更して機関を停止させるように制御している。
具体的には、図3に示すように、デュアルフューエルエンジン1の単一の機関を停止するときにコントローラ13から燃料ガス導入装置5に停止信号が出力されると、電磁開閉弁52を閉じ、その時点T1(停止信号の出力時点)から所定時間(例えば十秒程度)経過した時点T2で、燃料ガス導入管51から給気管11を介した燃焼室1Aへの燃料ガスの供給を禁止するようにA/Fバルブ59を閉じる。また、燃料ガス導入装置5への停止信号の出力時点T1で軽油の供給量を減少させるようにラック32位置も変更し、その停止信号の出力時点T1から所定時間経過した時点T2で、軽油の供給量を緩慢に減少させるようにラック32位置を変更し、機関の駆動負荷が発生しなくなってから、軽油の供給量を一定(減少値)に保持するようにラック32位置を変更したのち軽油の供給を停止する。このとき、停止信号の出力時点T1から所定時間経過した時点T2と、軽油の供給量を停止する時点までの間において一定時間(例えば二十数秒)経過するまでの間、デュアルフューエルエンジン1の単一の機関は軽油のみで駆動されることになる。
また、図1に示すように、デュアルフューエルエンジン1の機関の底部には、機関の潤滑油通路101を流れる潤滑油と、機関を冷却する冷却水通路102を流れる冷却水(機関冷却水)との間で熱交換を行う熱交換器103が設けられている。そして、機関の潤滑油は、熱交換器103により冷却水と熱交換されて加温され、一定温度(例えば70°C)以上に保たれるようにしている。なお、機関底部のオイルパンには、このオイルパンに溜まる潤滑油中の気泡を抜くために給気管11に対し連通するブローバイ通路(図示せず)が設けられている。
したがって、上記実施例1では、デュアルフューエルエンジン1の単一の機関の始動時に軽油のみによって機関を始動させるようにしているので、軽油と燃料ガスとの混合燃料によって機関を始動させていたもののように混合燃料の総発熱量が大きく変動することがなく、軽油のみによって適正な空燃比となる。しかも、デュアルフューエルエンジン1の単一の機関の停止時に機関への燃料ガスの供給を停止した後に軽油のみにより機関を一定時間駆動させてから機関を停止させるようにしているので、軽油と燃料ガスとの混合燃料を供給させた状態で機関を停止させていたもののように混合燃料が機関に残存したまま停止することがなく、軽油のみによる一定時間駆動させてからの停止によって機関内での混合燃料(燃料ガス)の残存が解消されて始動時に空燃比が変動しなくなる。これにより、適正な空燃比による機関の始動性の向上を図ることができる。
その上、機関への燃料ガスの供給を停止した後に軽油のみにより機関を一定時間駆動させてから機関を停止させることにより、燃料ガス中に含まれる多量の水分が機関に留まることもなくなり、機関の確実な始動を実現することができる。
また、機関始動後に機関の駆動負荷が上昇(作用)し始めてから軽油に対し燃料ガスが混合されるので、機関の失火を招くことなく燃料ガスを積極的に使用することができる。
更に、機関の潤滑油が熱交換器103により冷却水と熱交換されて一定温度(例えば70°C)以上に保たれるようにしているので、機関底部のオイルパンに溜まる潤滑油中の気泡を抜くために給気経路に対し連通するブローバイ通路から燃料ガス(混合燃料)が侵入してその燃料ガス中に混在する水分が潤滑油中に混ざり込んだとしても、一定温度以上に保たれる潤滑油中によって混ざり込んだ水分が速やかに蒸発し、水分の混ざり込みによる潤滑油のマヨネーズスラッジの発生を確実に防止することができる。
次に、本発明の実施例2を図4ないし図8に基づいて説明する。
この実施例では、軽油に代えて都市ガスと、燃料ガスとの混合ガスによりデュアルフューエルエンジン6の単一の機関を駆動させるようにしている。なお、上記実施例1と同一の部分については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略している。
すなわち、本実施例では、図4に示すように、デュアルフューエルエンジン6は、ガスエンジンがベースであり、燃焼室6Aに対し空気を供給する給気経路としての給気管61と、高カロリーガスとしての都市ガスをスロットル弁4よりも上流側から給気管61内に導入する都市ガス導入装置60と、燃焼室6Aの点火プラグ67を点火する点火コイル68と、燃焼室6Aから排気を排出する排気管62と、この排気管62を介して排出される排気中の温度を検出する排気温度センサ66と、上記給気管61内に開度調整可能に設けられ、空気、燃料ガスおよび都市ガスを混合させた混合ガスの供給量を調整するスロットル弁4と、上記燃料ガス生成装置Xにおいて生成された燃料ガスを上記スロットル弁4よりも上流側から給気管61内に導入する燃料ガス導入装置5とを備えている。
上記都市ガス導入装置60は、敷地内に引き込まれた都市ガス用引込管(図示せず)からの都市ガスをスロットル弁4よりも上流側の給気管61内に導く都市ガス導入管601と、この都市ガス導入管601の途中に介設され、その都市ガス導入管601の途中位置を開閉する電磁開閉弁602と、この電磁開閉弁602よりも下流側の都市ガス導入管601の途中位置に設けられ、都市ガスの圧力を検出するガス圧力センサ604と、このガス圧力センサ604よりも下流側の都市ガス導入管601の途中位置に設けられ、都市ガス導入管601から供給される都市ガスの圧力を一定にするレギュレータ605と、上記レギュレータ605と燃料ガス導入装置5のミキサ56との間に設けられ、レギュレータ605により一定のガス圧に保持された都市ガスの供給量を調整するA/Fバルブ609とを備えている。そして、都市ガス導入管601の下流端は燃料ガス導入装置5のミキサ56(給気管61)に対し開口し、このミキサ56によって、都市ガス導入管601を介して給気管61内に導入された都市ガスと、燃料ガス導入管51を介して給気管61内に導入された燃料ガスとが給気管61内の空気と混合されるようになっている。また、上記スロットル弁4の開度調整機構41、並びに都市ガス導入装置60の電磁開閉弁602、ガス圧力センサ604およびA/Fバルブ609は、上記コントローラ13に接続されており、このコントローラ13からの指令により、都市ガス導入管601から給気管61を介して最適な量の都市ガスが燃焼室6Aに導かれるように制御されている。更に、上記電磁開閉弁602は、開閉切換タイプのものであり、開放状態に切り換えてもA/Fバルブ609を開放調整しない限り、都市ガス導入管601内に僅かな量の都市ガスしか導入されないように構成されている。この場合、都市ガスと燃料ガスとの混合ガスによるデュアルフューエルエンジン6の機関の駆動時に、都市ガス導入装置60(A/Fバルブ609)による都市ガスの流量制御、スロットル弁4の開度調整および燃料ガス導入装置5(A/Fバルブ59)による燃料ガスの流量制御が行われる。
上記点火コイル68は、ミキサ56で都市ガスと燃料ガスとに空気を混在させた混合ガスを点火プラグ67により着火させるものであり、コントローラ13に接続されている。
そして、本発明の特徴部分として、デュアルフューエルエンジン6の単一の機関を始動するとき、都市ガスのみによって機関を始動し、その後、機関の駆動負荷が一定以上になってから、都市ガスに対して燃料ガスを混合させるように、燃料ガスの供給量をA/Fバルブ59によって制御している。これを図で表すと、図5に示すように、機関の回転数の目標値をPID制御してスロットル弁4の開度位置を決定し、この決定された開度位置により流量が調整された都市ガスをデュアルフューエルエンジン6の機関(燃焼室6A)に対し供給している。そして、機関の駆動負荷が一定以上つまり上昇(作用)し始めると、スロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して燃料ガス導入管51から給気管61を介して燃料ガスが燃焼室6Aに導されることで、都市ガスに対し燃料ガスが供給され始める。このとき、都市ガスの供給量を増加させるようにA/Fバルブ609の開度も変更され、この変更されたA/Fバルブ609の開度に基づいてA/Fバルブ59の開度を決定し、この決定されたA/Fバルブ59の開度により供給量が調整された燃料ガスをデュアルフューエルエンジン6の機関(燃焼室6A)に対し供給している。
また、デュアルフューエルエンジン6の単一の機関を停止するとき、その機関を停止する前に、スロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して燃料ガス導入管51から給気管61を介して燃焼室6Aに導入される燃料ガスの供給を停止、つまり都市ガスに対して混合される燃料ガスの供給を停止してから、都市ガスのみにより機関を一定時間駆動させた後に都市ガスの供給量を停止させるように、都市ガス導入装置60の電磁開閉弁602、ガス圧力センサ604およびA/Fバルブ609をコントローラ13により制御して都市ガス導入管601から給気管61を介して燃焼室6Aに導入される燃料ガスの供給を停止して機関を停止させるように制御している。
具体的には、図6に示すように、デュアルフューエルエンジン1の単一の機関を停止するときにコントローラ13から燃料ガス導入装置5に停止信号が出力されると、電磁開閉弁52を閉じ、その時点T1(停止信号の出力時点)から所定時間(例えば十秒程度)経過した時点T2で、燃料ガス導入管51から給気管61を介した燃焼室6Aへの燃料ガスの供給を禁止するようにA/Fバルブ59を閉じる。また、燃料ガス導入装置5への停止信号の出力時点T1で都市ガスの供給量を減少させるようにA/Fバルブ609を調整し、その停止信号の出力時点T1から所定時間経過した時点T2で、都市ガスの供給量を緩慢に減少させるようにA/Fバルブ609を調整し、機関の駆動負荷が発生しなくなってから、都市ガスの供給量を一定(減少値)に保持するようにA/Fバルブ609を調整したのち電磁開閉弁52を閉じて都市ガスの供給を停止する。このとき、停止信号の出力時点T1から所定時間経過した時点T2と、軽油の供給量を停止する時点との間において一定時間(例えば二十数秒)経過するまでの間、デュアルフューエルエンジン1の単一の機関は都市ガスのみで駆動されることになる。
また、図7に示すように、機関の駆動負荷に対する給気管61のスロットル弁4の開度の目標値を設定しておき、機関の駆動負荷が部分的に変動するときに、燃料ガスの発熱量と相関関係にある給気管61のスロットル4弁の開度が目標値となるように、A/Fバルブ59をコントローラ13により制御して燃料ガス導入管51から給気管61を介して燃焼室6Aに導入される燃料ガスの供給量を調整している。
更に、図8に示すように、デュアルフューエルエンジン6の機関の近傍には、機関を冷却する冷却水通路71を流れる冷却水と給気管61より機関に供給される燃料ガスとの間で熱交換を行う熱交換器72が設けられている。この熱交換器72は、機関近傍の給気管61の周囲を覆うチャンバ72aを備えている。上記チャンバ72aの給気管61下流側位置には、機関より導かれた機関冷却水をチャンバ72a内に導入する導入口72bが設けられている一方、チャンバ72aの給気管11上流側位置には、チャンバ72a内に導入された機関冷却水を排出する排出口72cが設けられている。そして、給気管61内を流れる燃料ガスは、上記熱交換器72によって機関近傍にて機関冷却水との熱交換により加温された状態で機関に対し供給されるようになっている。また、上記熱交換器72よりも上流側に位置する給気管61の途中位置には、下方に湾曲するU字状管73が介設されている。このU字状管73の低所には、U字状管73内に溜まった水分をU字状管73外に排出するドレンコック73aが設けられている。この場合、U字状管73の上流側および下流側の給気管61には、U字状管73に対し管内の水分を集積させるために勾配がそれぞれ付与されている。
したがって、上記実施例2では、デュアルフューエルエンジン1の単一の機関の始動時に都市ガスのみによって機関を始動させるようにしているので、都市ガスと燃料ガスとの混合ガスによって機関を始動させていたもののように混合ガスの総発熱量が大きく変動することがなく、都市ガスのみによって適正な空燃比となる。しかも、デュアルフューエルエンジン1の単一の機関の停止時に機関への燃料ガスの供給を停止した後に都市ガスのみにより機関を一定時間駆動させてから機関を停止させるようにしているので、都市ガスと燃料ガスとの混合ガスを供給させた状態で機関を停止させていたもののように混合ガスが機関に残存したまま停止することがなく、都市ガスのみによる一定時間駆動させてからの停止によって機関内での混合ガス(燃料ガス)の残存が解消されて始動時に空燃比が変動しなくなる。これにより、適正な空燃比による機関の始動性の向上を図ることができる。
その上、機関への燃料ガスの供給を停止した後に都市ガスのみにより機関を一定時間駆動させてから機関を停止させることにより、燃料ガス中に含まれる多量の水分が機関に留まることもなくなり、機関の確実な始動を実現することができる。
また、機関始動後に機関の駆動負荷が上昇(作用)し始めてから都市ガスに対し燃料ガスが混合されるので、機関の失火を招くことなく燃料ガスを積極的に使用することができる。
しかも、機関の駆動負荷が部分的に変動しても、給気管61のスロットル弁4の開度が目標値となるように燃料ガスの供給量がA/Fバルブ59によって制御されているので、一定の混合割合で混合される都市ガスによって部分的な駆動負荷に対処し、機関を継続して駆動させることができる。
更に、冷却水通路71を流れる冷却水と給気管61より機関に供給される燃料ガスとの間で熱交換を行う熱交換器72がデュアルフューエルエンジン6の機関の近傍に設けられ、燃料ガスが機関冷却水との熱交換により加温された状態で機関に対し供給されるので、機関の始動時に軽油のみによって駆動するために高温となった機関冷却水との熱交換により低温の燃料ガス中に混在する結露水(水分)が加温されて蒸発し、結露水が蒸発により除去された燃料ガスが加温状態のままで機関に供給されることになり、燃料ガス中の水分による機関の失火を確実に防止することができる上、機関の吸気弁の錆などによる腐食も確実に防止することができる。しかも、熱交換器72よりも上流側に位置する給気管61の途中位置にU字状管73が介設されているので、混合燃料(燃料ガス)中に混在する水分をU字状管73の上流側および下流側の給気管61の勾配により導いてU字状管73内に集積し、このU字状管73内に溜まった水分をドレンコック73aによって定期的にU字状管73外に排出させることができ、給気管61内の水分を効果的に排除することができる。
次に、本発明の実施例3を図9ないし図14に基づいて説明する。
この実施例では、軽油と、燃料ガスとの混合ガスによりデュアルフューエルエンジン8の複数の機関を駆動させるようにしている。なお、上記実施例1と同一の部分については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略している。
すなわち、本実施例では、図9に示すように、デュアルフューエルエンジン8は、軽油と燃料ガスとを混合させた混合燃料によって、6台の第1ないし第6機関8a〜8fをそれぞれ駆動させるように構成されている。なお、各機関8a〜8fは、同一構成であり、燃料ガス生成装置Xに対し給気管81(後述する)の分岐部分によってそれぞれ連結されている。
上記デュアルフューエルエンジン8の各機関8a〜8fは、図10に示すように、軽油を各機関8a〜8fの燃焼室8Aに対しそれぞれ個別に噴射する燃料噴射弁3と、各機関8a〜8fの燃焼室8Aに対し分岐し、空気をそれぞれ供給する給気経路としての給気管81と、各機関8a〜8fの燃焼室8Aから纏められ、排気をそれぞれ排出する排気管82と、この排気管82を介して排出される排気中の温度を検出する排気温度センサ86と、上記給気管81のそれぞれの分岐部分に開度調整可能に設けられ、空気と混合した燃料ガスの供給量を調整するスロットル弁4と、上記燃料ガス生成装置Xにおいて生成された燃料ガスを上記スロットル弁4よりも上流側から給気管81の分岐部分にそれぞれ個別に導入する燃料ガス導入装置5とを備えている。また、84は、給気管81の各分岐部分よりも下流側の排気管82に介設された酸化触媒装置である。
上記燃料ガス導入装置5の燃料ガス導入管51は、燃料ガス生成装置Xで生成された燃料ガスをスロットル弁4よりも上流側の給気管81の分岐部分内に導くようになっている。また、ミキサ56は、燃料ガス導入管51の下流端が開口する給気管81の分岐部分の途中位置に設けられ、燃料ガス導入管51を介して給気管81の分岐部分にそれぞれ導入された燃料ガスを給気管81の分岐部分内の空気と混合させるようになっている。そして、各機関8a〜8fのスロットル弁4の開度調整機構41、並びに燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59は、上記コントローラ13に接続されており、このコントローラ13からの指令により、燃料ガス導入管51から給気管81の分岐部分を介して最適な量の燃料ガスが燃焼室8Aに導かれるように制御されている。この場合、軽油と燃料ガスとの混合燃料によるデュアルフューエルエンジン8の駆動時に、各機関8a〜8f毎にラック32位置の調整による軽油の流量制御、スロットル弁4の開度調整および燃料ガス導入装置5(A/Fバルブ59)による燃料ガスの流量制御が行われる。また、各機関8a〜8fの回転数および駆動負荷が一定であるときに、燃料ガスの発熱量と相関関係にある軽油の供給量つまりラック32位置が制御されるようになっている。
そして、本発明の特徴部分として、デュアルフューエルエンジン8の各機関8a〜8fを始動するとき、最初の1台目の第1機関8aを軽油のみによって始動し、この第1機関8aの駆動負荷が一定以上になってから、軽油に対し燃料ガスを混合させた混合燃料によって第1機関8aの駆動を継続して行う。次いで、上記第1機関8aを駆動している混合燃料中の軽油の混合割合が一定値以下に達したときに、2台目の第2機関8bを軽油のみによって始動し、この第2機関8bの駆動負荷が一定以上になってから、軽油に対し燃料ガスを混合させた混合燃料によって第2機関8bの駆動を継続して行う。その後、上記第2機関8bを駆動している混合燃料中の軽油の混合割合が一定値以下に達したときに、それ以降の第3ないし第6機関8c〜8fを上記手順に従って順次始動させるように制御している。
具体的には、図11に示すように、第1機関8aの回転数の目標値をPID制御してラック32の位置を決定し、この決定されたラック32位置により噴射量(供給量)が調整された軽油を第1機関8a(燃焼室8A)に対し供給し、軽油のみによる第1機関8aの駆動を開始する。そして、第1機関8aの駆動負荷が上昇して一定値となってから所定時間T3(例えば十数秒)経過すると、スロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して燃料ガス導入管51から第1機関8aの給気管81の分岐部分を介して燃料ガスが燃焼室8Aに導されることで、軽油に対し燃料ガスが供給され始める。このとき、燃料ガスが供給され始めることにより、軽油の供給量を一定値まで減少させるようにラック32位置も変更され、この変更されたラック32位置に基づいてA/Fバルブ59の開度を決定し、この決定されたA/Fバルブ59の開度により供給量が調整された燃料ガスを第1機関8a(燃焼室8A)に対し供給している。
次いで、上記第1機関8aを駆動している混合燃料中の軽油の混合割合が一定値以下に達したときに、第1機関8aの回転数の目標値をPID制御して決定されたラック32位置により噴射量(供給量)が調整された軽油を第2機関8b(燃焼室8A)に対し供給し、軽油のみによる第2機関8bの駆動を開始する。そして、第2機関8bの駆動負荷が上昇して一定値となってから所定時間T3(例えば十数秒)経過すると、スロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して燃料ガス導入管51から第2機関8bの給気管81の分岐部分を介して燃料ガスが燃焼室8Aに導されることで、軽油に対し燃料ガスが供給され始める。このとき、燃料ガスが供給され始めることにより、軽油の供給量を一定値まで減少させるようにラック32位置も変更され、この変更されたラック32位置に基づいてA/Fバルブ59の開度を決定し、この決定されたA/Fバルブ59の開度により供給量が調整された燃料ガスを第2機関8b(燃焼室8A)に対し供給している。
その後、上記第2機関8bを駆動している混合燃料中の軽油の混合割合が一定値以下に達したときに、それ以降の第3ないし第6機関8c〜8f(燃焼室8A)を上記手順に従って順次始動させるように制御する。
また、デュアルフューエルエンジン8の各機関8a〜8fに対し燃料ガス生成装置Xから供給される燃料ガスの供給量が減少してきたとき、6台の機関8a〜8fの最初に停止する第1機関8aへの燃料ガスの供給を停止し、この第1機関8aにおいて燃料ガスの供給停止に伴い上昇する軽油の供給量が所定のしきい値を上回ったときに、該第1機関8aを一定時間駆動させた後に停止させる。次いで、上記第1機関8aへの燃料ガスの供給停止つまり第1機関8aの給気管81の分岐部分への燃料ガスの供給停止により一時的に上昇する2台目の第2機関8bへの燃料ガスの供給を停止した後、この第2機関8bにおいて燃料ガスの供給停止に伴い上昇する軽油の供給量が所定のしきい値を上回ったときに、第2機関8bを一定時間駆動させた後に停止させるように制御させる。そして、それ以降に順に停止される第3ないし第6機関8c〜8fにおいても、上記第2機関8bへの燃料ガスの供給停止つまり第2機関8bの給気管81の分岐部分への燃料ガスの供給停止により一時的に上昇する3台目以降の第3ないし第6機関8c〜8fへの燃料ガスの供給を残る第3ないし第6機関8c〜8fの停止順位に従って停止した後、この3台目以降の第3ないし第6機関8c〜8fにおいて燃料ガスの供給停止に伴い上昇する軽油の供給量が所定のしきい値を上回ったときに、3台目以降の第3ないし第6機関8c〜8fを一定時間駆動させた後に順次停止させるように制御している。
具体的には、図12に示すように、デュアルフューエルエンジン8の各機関8a〜8fに対し燃料ガス生成装置Xから供給される燃料ガスの供給量が減少してきたとき、6台の機関8a〜8fの最初に停止する第1機関8aのスロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して燃料ガス導入管51から給気管81の分岐部分を介して第1機関8aの燃焼室8Aに導入される燃料ガスの供給を停止、つまり軽油に対して混合される燃料ガスの供給を停止する。このとき、第1機関8aにおいて燃料ガスの供給停止に伴いラック32位置が変更されて軽油の供給量が上昇し、この軽油の供給量が所定のしきい値S1を上回ったときに軽油の供給量を減少させるようにラック32位置を変更し、第1機関8aの駆動負荷が作用しなくなったときに軽油の供給量を一定値(最小値)に保持するようにラック32位置を変更してから、第1機関8aを停止する。この場合、軽油の供給量が所定のしきい値S1を上回ってから軽油の供給量を減少させるようにラック32位置を変更した時点と、軽油の供給量を停止する時点との間での一定時間経過するまでの間は、第1機関8aを軽油のみによって駆動させている。
次いで、上記第1機関8aへの燃料ガスの供給停止により一時的に上昇する2台目の第2機関8bへの燃料ガスの供給を、該第2機関8bのスロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して停止する。このとき、第2機関8bにおいて燃料ガスの供給停止に伴いラック32位置が変更されて軽油の供給量が上昇し、この軽油の供給量が所定のしきい値S2を上回ったときに軽油の供給量を減少させるようにラック32位置を変更し、第2機関8bの駆動負荷が作用しなくなったときに軽油の供給量を一定値(最小値)に保持するようにラック32位置を変更してから、第2機関8bを停止する。この場合、軽油の供給量が所定のしきい値S2を上回ってから軽油の供給量を減少させるようにラック32位置を変更した時点と、軽油の供給量を停止する時点との間での一定時間経過するまでの間は、第2機関8bを軽油のみによって駆動させている。
その後、上記第2機関8bへの燃料ガスの供給停止により一時的に上昇する3台目の第3機関8cへの燃料ガスの供給を、該第3機関8cのスロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して停止する。このとき、第3機関8cにおいて燃料ガスの供給停止に伴いラック32位置が変更されて軽油の供給量が上昇し、この軽油の供給量が所定のしきい値(図示せず)を上回ったときに軽油の供給量を減少させるようにラック32位置を変更し、第3機関8cの駆動負荷が作用しなくなったときに軽油の供給量を一定値(最小値)に保持するようにラック32位置を変更してから、第3機関8cを停止する。
それから、上記第3機関8cへの燃料ガスの供給停止により一時的に上昇する4台目の第4機関8dへの燃料ガスの供給を、該第4機関8dのスロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して停止する。このとき、図13に示すように、第4機関8dにおいて燃料ガスの供給停止に伴いラック32位置が変更されて軽油の供給量が上昇し、この軽油の供給量が所定のしきい値S4を上回ったときに軽油の供給量を減少させるようにラック32位置を変更し、第4機関8dの駆動負荷が作用しなくなったときに軽油の供給量を一定値(最小値)に保持するようにラック32位置を変更してから、第4機関8dを停止する。
しかる後、上記第4機関8dへの燃料ガスの供給停止により一時的に上昇する5台目の第5機関8eへの燃料ガスの供給を、該第5機関8eのスロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して停止する。このとき、第5機関8eにおいて燃料ガスの供給停止に伴いラック32位置が変更されて軽油の供給量が上昇し、この軽油の供給量が所定のしきい値S5を上回ったときに軽油の供給量を減少させるようにラック32位置を変更し、第5機関8eの駆動負荷が作用しなくなったときに軽油の供給量を一定値(最小値)に保持するようにラック32位置を変更してから、第5機関8eを停止する。
そして最後に、上記第5機関8eへの燃料ガスの供給停止により一時的に上昇する6台目の第6機関8fへの燃料ガスの供給を、該第6機関8fのスロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して停止する。このとき、第6機関8fにおいて燃料ガスの供給停止に伴いラック32位置が変更されて軽油の供給量が上昇し、この軽油の供給量が所定のしきい値S6を上回ったときに軽油の供給量を一定値(上昇過程での最大値)に保持するようにラック32位置を変更して所定時間経過した後、軽油の供給量を減少させるようにラック32位置を変更し、第6機関8fの駆動負荷が作用しなくなったときに軽油の供給量を一定値(最小値)に保持するようにラック32位置を変更してから、第6機関8fを停止する。
この場合、図14に示すように、第1ないし第6機関8a〜8fの所定のしきい値S1〜S6(S3は除く)は、停止順位の遅い機関に行くに従い漸増している。これは、燃料ガス生成装置Xからの燃料ガスの減少により、給気管81の分岐部分を介して各機関8a〜8fの燃焼室8Aへの分配される機関の数が徐々に減少し、その分配される機関の数の減少に伴って供給量が一時的に増加する燃料ガスを給気管81(分岐部分)内に残さずに燃焼し終えるのに要する軽油の供給量が増えるからである。
したがって、上記実施形態3では、6台の第1ないし第6機関8a〜8fの始動時に軽油のみによって各機関8a〜8fを始動させるようにしているので、軽油と燃料ガスとの混合燃料によって機関を始動させていたもののように混合燃料の総発熱量が大きく変動することがなく、軽油のみによって適正な空燃比となる。しかも、各機関8a〜8fを停止するときに燃料ガス生成装置Xから各機関8a〜8fへの燃料ガスの供給停止に伴い上昇する軽油の供給量が所定のしきい値S1〜S6を上回ったときに各機関8a〜8fを軽油のみにより一定時間駆動させてから停止させるようにしているので、軽油と燃料ガスとの混合燃料を供給させた状態で各機関を停止させていたもののように混合燃料が各機関8a〜8fに残存したまま停止することがなく、軽油のみによる一定時間駆動させてからの停止によって各機関8a〜8f内での混合燃料(燃料ガス)の残存が解消されて始動時に空燃比が変動しなくなる。これにより、適正な空燃比による各機関8a〜8fの始動性の向上を図ることができる。その上、燃料ガス中に含まれる多量の水分が各機関8a〜8fに留まることもなくなり、各機関8a〜8fの確実な始動を実現することができる。
しかも、各機関8a〜8fの始動時に1台目の第1機関8aの始動後に該機関8aの駆動負荷が上昇して一定値となって所定時間T3(例えば十数秒)経過してから軽油に対し燃料ガスを混合し、その混合燃料中の軽油の混合割合が一定値以下に達したときに、それ以降の第2ないし第6機関8bないし8fを順次始動させるようにしているので、燃料ガス生成装置Xからの燃料ガスの供給量に合わせて6台の第1ないし第6機関8a〜8fが1台ずつ始動することになり、複数台の機関の始動時に各機関を同時に始動させているもののように、燃料ガスの供給量が少ないときなどに混合燃料中の軽油の混合割合を不用意に増加させることがなく、各機関8a〜8fの失火を招くことなく軽油の消費量を低減させて燃料ガスを効率よく積極的に使用することができる。
また、燃料ガス生成装置Xから供給される燃料ガスの供給量が減少してきたときに、混合燃料中の軽油の混合割合を増加させて6台の機関8a〜8fを全て駆動させる必要がなくなり、燃料ガスの供給量の減少度合いに応じた台数の機関のみが駆動されることになり、軽油の消費量を低減させて6台の機関8a〜8fを効率よく駆動させることができる。
更に、各機関8a〜8fの所定のしきい値S1〜S6は、停止順位の遅い機関に行くに従い漸増しているので、1台目の第1機関8a停止後にその第1機関8aへの燃料ガスの供給停止により一時的に供給量が上昇する2台目以降の第2ないし第6機関8b〜8fの燃料ガスが、停止順位の遅い機関に行くに従い漸増する所定のしきい値によって、軽油のみによる駆動時間が確保され、停止順位の遅い機関に行くに従い増加する燃料ガスの残存が確実に解消されて各機関8a〜8fの始動時に空燃比が変動しなくなり、適正な空燃比による各機関8a〜8fの始動性をより確実に向上させることができる。その上、燃料ガス中に含まれる多量の水分が各機関8a〜8fに留まることもなくなり、各機関8a〜8fの始動性をより確実に実現させることができる。
次に、本発明の実施例4を図15ないし図20に基づいて説明する。
この実施例では、都市ガスと、燃料ガスとの混合ガスによりデュアルフューエルエンジン1の複数台の機関を駆動させるようにしている。なお、上記実施例3と同一の部分については同じ符号を付して、その詳細な説明は省略している。
すなわち、本実施例では、図15に示すように、デュアルフューエルエンジン9は、都市ガスと燃料ガスとを混合させた混合ガスによって、6台の第1ないし第6機関9a〜9fをそれぞれ駆動させるように構成されている。なお、各機関9a〜9fは、同一構成であり、燃料ガス生成装置Xに対し給気管91(後述する)の分岐部分によってそれぞれ連結されている。
上記デュアルフューエルエンジン9の各機関9a〜9fは、図16に示すように、各機関9a〜9fの燃焼室9Aに対し分岐し、空気をそれぞれ供給する給気経路としての給気管91と、高カロリー燃料としての都市ガスをスロットル弁4よりも上流側から給気管91の各分岐部分内に導入する都市ガス導入装置60と、燃焼室9Aの点火プラグ97を点火する点火コイル98と、各機関9a〜9fの燃焼室9Aから纏められ、排気をそれぞれ排出する排気管92と、この排気管92を介して排出される排気中の温度を検出する排気温度センサ96と、上記給気管91の分岐部分内にそれぞれ開度調整可能に設けられ、空気、燃料ガスおよび都市ガスを混合させた混合ガスの供給量を調整するスロットル弁4と、上記燃料ガス生成装置Xにおいて生成された燃料ガスを上記スロットル弁4よりも上流側から給気管91の各分岐部分内にそれぞれ導入する燃料ガス導入装置5とを備えている。
上記都市ガス導入装置60は、敷地内に引き込まれた都市ガス用引込管(図示せず)からの都市ガスをスロットル弁4よりも上流側の給気管91の各分岐部分内にそれぞれ導く都市ガス導入管601と、この都市ガス導入管601の途中に介設され、その都市ガス導入管601の途中位置を開閉する電磁開閉弁602と、この電磁開閉弁602よりも下流側の都市ガス導入管601の途中位置に設けられ、都市ガスの圧力を検出するガス圧力センサ604と、このガス圧力センサ604よりも下流側の都市ガス導入管601の途中位置に設けられ、都市ガス導入管601から供給される都市ガスの圧力を一定にするレギュレータ605と、上記レギュレータ605と燃料ガス導入装置5のミキサ56との間に設けられ、レギュレータ605により一定のガス圧に保持された都市ガスの供給量を調整するA/Fバルブ609とを備えている。そして、都市ガス導入管601の下流端は燃料ガス導入装置5のミキサ56(給気管91の各分岐部分)に対し開口し、このミキサ56によって、都市ガス導入管601を介して給気管91の各分岐部分内に導入された都市ガスと、燃料ガス導入管51を介して給気管91の各分岐部分内に導入された燃料ガスとが給気管91の各分岐部分内の空気と混合されるようになっている。また、上記各機関9a〜9fのスロットル弁4の開度調整機構41、並びに都市ガス導入装置60の電磁開閉弁602、ガス圧力センサ604およびA/Fバルブ609は、上記コントローラ13に接続されており、このコントローラ13からの指令により、都市ガス導入管601から給気管91の分岐部分を介して最適な量の都市ガスが各機関9a〜9fの燃焼室9Aに導かれるように制御されている。更に、上記電磁開閉弁602は、開閉切換タイプのものであり、開放状態に切り換えてもA/Fバルブ609を開放調整しない限り、都市ガス導入管601内に僅かな量の都市ガスしか導入されないように構成されている。この場合、都市ガスと燃料ガスとの混合ガスによるデュアルフューエルエンジン9の各機関9a〜9fの駆動時に、都市ガス導入装置60(A/Fバルブ609)による都市ガスの流量制御、スロットル弁4の開度調整および燃料ガス導入装置5(A/Fバルブ59)による燃料ガスの流量制御が行われる。
上記点火コイル98は、各機関9a〜9fのミキサ56で都市ガスと燃料ガスとに空気を混在させた混合ガスを点火プラグ97により着火させるものであり、コントローラ13に接続されている。
そして、本発明の特徴部分として、デュアルフューエルエンジン9の各機関9a〜9fを始動するとき、最初の1台目の第1機関9aを都市ガスのみによって始動し、この第1機関9aの駆動負荷が一定以上になってから、都市ガスに対し燃料ガスを混合させた混合ガスによって第1機関9aの駆動を継続して行う。次いで、上記第1機関9aを駆動している混合ガス中の都市ガスの混合割合が一定値以下に達したときに、2台目の第2機関9bを都市ガスのみによって始動し、この第2機関9bの駆動負荷が一定以上になってから、都市ガスに対し燃料ガスを混合させた混合ガスによって第2機関9bの駆動を継続して行う。その後、上記第2機関9bを駆動している混合ガス中の都市ガスの混合割合が一定値以下に達したときに、それ以降の第3ないし第6機関9c〜9fを上記手順に従って順次始動させるように制御している。
具体的には、図17に示すように、第1機関9aの回転数の目標値をPID制御してスロットル弁4の開度位置を決定し、この決定された開度位置により流量が調整された都市ガスを第1機関9a(燃焼室9A)に対し供給し、都市ガスのみによる第1機関9aの駆動を開始する。そして、第1機関9aの駆動負荷が上昇して一定値となってから所定時間T3(例えば十数秒)経過すると、スロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して燃料ガス導入管51から第1機関9aの給気管91の分岐部分を介して燃料ガスが燃焼室9Aに導されることで、都市ガスに対し燃料ガスが供給され始める。このとき、燃料ガスが供給され始めることにより、都市ガスの供給量を一定値まで減少させるようにA/Fバルブ609の開度も変更され、この変更されたA/Fバルブ609の開度に基づいてA/Fバルブ59の開度を決定し、この決定されたA/Fバルブ59の開度により供給量が調整された燃料ガスを第1機関9a(燃焼室9A)に対し供給している。
次いで、上記第1機関9aを駆動している混合燃料中の都市ガスの混合割合が一定値以下に達したときに、第1機関9aの回転数の目標値をPID制御して決定されたスロットル弁4の開度位置により流量が調整された都市ガスを第2機関9b(燃焼室9A)に対し供給し、都市ガスのみによる第2機関9bの駆動を開始する。そして、第2機関9bの駆動負荷が上昇して一定値となってから所定時間T3(例えば十数秒)経過すると、スロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して燃料ガス導入管51から第2機関9bの給気管91の分岐部分を介して燃料ガスが燃焼室9Aに導されることで、都市ガスに対し燃料ガスが供給され始める。このとき、燃料ガスが供給され始めることにより、都市ガスの供給量を一定値まで減少させるようにA/Fバルブ609の開度も変更され、この変更されたA/Fバルブ609の開度に基づいてA/Fバルブ59の開度を決定し、この決定されたA/Fバルブ59の開度により供給量が調整された燃料ガスを第2機関9b(燃焼室9A)に対し供給している。
その後、上記第2機関9bを駆動している混合燃料中の都市ガスの混合割合が一定値以下に達したときに、それ以降の第3ないし第6機関9c〜9f(燃焼室9A)を上記手順に従って順次始動させるように制御する。
また、デュアルフューエルエンジン9の各機関9a〜9fに対し燃料ガス生成装置Xから供給される燃料ガスの供給量が減少してきたとき、6台の機関9a〜9fの最初に停止する第1機関9aへの燃料ガスの供給を停止し、この第1機関9aにおいて燃料ガスの供給停止に伴い上昇する都市ガスの供給量が所定のしきい値を上回ったときに、該第1機関9aを一定時間駆動させた後に停止させる。次いで、上記第1機関9aへの燃料ガスの供給停止つまり第1機関9aの給気管91の分岐部分への燃料ガスの供給停止により一時的に上昇する2台目の第2機関9bへの燃料ガスの供給を停止した後、この第2機関9bにおいて燃料ガスの供給停止に伴い上昇する都市ガスの供給量が所定のしきい値を上回ったときに、第2機関9bを一定時間駆動させた後に停止させるように制御させる。そして、それ以降に順に停止される第3ないし第6機関9c〜9fにおいても、上記第2機関9bへの燃料ガスの供給停止つまり第2機関9bの給気管91の分岐部分への燃料ガスの供給停止により一時的に上昇する3台目以降の第3ないし第6機関9c〜9fへの燃料ガスの供給を残る第3ないし第6機関9c〜9fの停止順位に従って停止した後、この3台目以降の第3ないし第6機関9c〜9fにおいて燃料ガスの供給停止に伴い上昇する都市ガスの供給量が所定のしきい値を上回ったときに、3台目以降の第3ないし第6機関9c〜9fを一定時間駆動させた後に順次停止させるように制御している。
具体的には、図18に示すように、デュアルフューエルエンジン9の各機関9a〜9fに対し燃料ガス生成装置Xから供給される燃料ガスの供給量が減少してきたとき、6台の機関9a〜9fの最初に停止する第1機関9aのスロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して燃料ガス導入管51から給気管91の分岐部分を介して第1機関9aの燃焼室9Aに導入される燃料ガスの供給を停止、つまり都市ガスに対して混合される燃料ガスの供給を停止する。このとき、第1機関9aにおいて燃料ガスの供給停止に伴い都市ガス導入装置60のA/Fバルブ609の開度が変更されて都市ガスの供給量が上昇し、この都市ガスの供給量が所定のしきい値S1を上回ったときに都市ガスの供給量を減少させるようにA/Fバルブ609の開度を変更し、第1機関9aの駆動負荷が作用しなくなったときに都市ガスの供給量を一定値(最小値)に保持するようにA/Fバルブ609の開度を変更してから、第1機関9aを停止する。この場合、都市ガスの供給量が所定のしきい値S1を上回ってから都市ガスの供給量を減少させるようにA/Fバルブ609の開度を変更した時点と、都市ガスの供給量を停止する時点との間での一定時間経過するまでの間は、第1機関9aを都市ガスのみによって駆動させている。
次いで、上記第1機関9aへの燃料ガスの供給停止により一時的に上昇する2台目の第2機関9bへの燃料ガスの供給を、該第2機関9bのスロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して停止する。このとき、第2機関9bにおいて燃料ガスの供給停止に伴い都市ガス導入装置60のA/Fバルブ609の開度が変更されて都市ガスの供給量が上昇し、この都市ガスの供給量が所定のしきい値S2を上回ったときに都市ガスの供給量を減少させるようにA/Fバルブ609の開度を変更し、第2機関9bの駆動負荷が作用しなくなったときに都市ガスの供給量を一定値(最小値)に保持するようにA/Fバルブ609の開度を変更してから、第2機関9bを停止する。この場合、都市ガスの供給量が所定のしきい値S2を上回ってから都市ガスの供給量を減少させるようにA/Fバルブ609の開度を変更した時点と、都市ガスの供給量を停止する時点との間での一定時間経過するまでの間は、第2機関9bを都市ガスのみによって駆動させている。
その後、上記第2機関9bへの燃料ガスの供給停止により一時的に上昇する3台目の第3機関9cへの燃料ガスの供給を、該第3機関9cのスロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して停止する。このとき、第3機関9cにおいて燃料ガスの供給停止に伴い都市ガス導入装置60のA/Fバルブ609の開度が変更されて都市ガスの供給量が上昇し、この都市ガスの供給量が所定のしきい値(図示せず)を上回ったときに都市ガスの供給量を減少させるようにA/Fバルブ609の開度を変更し、第3機関9cの駆動負荷が作用しなくなったときに都市ガスの供給量を一定値(最小値)に保持するようにA/Fバルブ609の開度を変更してから、第3機関9cを停止する。
それから、上記第3機関9cへの燃料ガスの供給停止により一時的に上昇する4台目の第4機関9dへの燃料ガスの供給を、該第4機関9dのスロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して停止する。このとき、図19に示すように、第4機関9dにおいて燃料ガスの供給停止に伴い都市ガス導入装置60のA/Fバルブ609の開度が変更されて都市ガスの供給量が上昇し、この都市ガスの供給量が所定のしきい値S4を上回ったときに都市ガスの供給量を減少させるようにA/Fバルブ609の開度を変更し、第4機関9dの駆動負荷が作用しなくなったときに都市ガスの供給量を一定値(最小値)に保持するようにA/Fバルブ609の開度を変更してから、第4機関9dを停止する。
しかる後、上記第4機関9dへの燃料ガスの供給停止により一時的に上昇する5台目の第5機関9eへの燃料ガスの供給を、該第5機関9eのスロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して停止する。このとき、第5機関9eにおいて燃料ガスの供給停止に伴い都市ガス導入装置60のA/Fバルブ609の開度が変更されて都市ガスの供給量が上昇し、この都市ガスの供給量が所定のしきい値S5を上回ったときに都市ガスの供給量を減少させるようにA/Fバルブ609の開度を変更し、第5機関9eの駆動負荷が作用しなくなったときに都市ガスの供給量を一定値(最小値)に保持するようにA/Fバルブ609の開度を変更してから、第5機関9eを停止する。
そして最後に、上記第5機関9eへの燃料ガスの供給停止により一時的に上昇する6台目の第6機関9fへの燃料ガスの供給を、該第6機関9fのスロットル弁4の開度調整機構41、燃料ガス導入装置5の電磁開閉弁52、ガス圧力センサ54およびA/Fバルブ59をコントローラ13により制御して停止する。このとき、第6機関9fにおいて燃料ガスの供給停止に伴い都市ガス導入装置60のA/Fバルブ609の開度が変更されて都市ガスの供給量が上昇し、この都市ガスの供給量が所定のしきい値S6を上回ったときに都市ガスの供給量を一定値(上昇過程での最大値)に保持するようにA/Fバルブ609の開度を変更して所定時間経過した後、都市ガスの供給量を減少させるようにA/Fバルブ609の開度を変更し、第6機関9fの駆動負荷が作用しなくなったときに都市ガスの供給量を一定値(最小値)に保持するようにA/Fバルブ609の開度を変更してから、第6機関9fを停止する。
この場合、図20に示すように、第1ないし第6機関9a〜9fの所定のしきい値S1〜S6(S3は除く)は、停止順位の遅い機関に行くに従い漸増している。これは、燃料ガス生成装置Xからの燃料ガスの減少により、給気管91の分岐部分を介して各機関9a〜9fの燃焼室9Aへの分配される機関の数が徐々に減少し、その分配される機関の数の減少に伴って供給量が一時的に増加する燃料ガスを給気管91(分岐部分)内に残さずに燃焼し終えるのに要する都市ガスの供給量が増えるからである。
したがって、上記実施形態4では、6台の第1ないし第6機関9a〜9fの始動時に都市ガスのみによって各機関9a〜9fを始動させるようにしているので、都市ガスと燃料ガスとの混合ガスによって機関を始動させていたもののように混合ガスの総発熱量が大きく変動することがなく、都市ガスのみによって適正な空燃比となる。しかも、各機関9a〜9fを停止するときに燃料ガス生成装置Xから各機関9a〜9fへの燃料ガスの供給停止に伴い上昇する都市ガスの供給量が所定のしきい値S1〜S6を上回ったときに各機関9a〜9fを軽油のみにより一定時間駆動させてから停止させるようにしているので、都市ガスと燃料ガスとの混合ガスを供給させた状態で各機関を停止させていたもののように混合ガスが各機関9a〜9fに残存したまま停止することがなく、都市ガスのみによる一定時間駆動させてからの停止によって各機関9a〜9f内での混合ガス(燃料ガス)の残存が解消されて始動時に空燃比が変動しなくなる。これにより、適正な空燃比による各機関9a〜9fの始動性の向上を図ることができる。その上、燃料ガス中に含まれる多量の水分が各機関9a〜9fに留まることもなくなり、各機関9a〜9fの確実な始動を実現することができる。
しかも、各機関9a〜9fの始動時に1台目の第1機関9aの始動後に該機関9aの駆動負荷が上昇して一定値となって所定時間T3(例えば十数秒)経過してから都市ガスに対し燃料ガスを混合し、その混合ガス中の都市ガスの混合割合が一定値以下に達したときに、それ以降の第2ないし第6機関9bないし9fを順次始動させるようにしているので、燃料ガス生成装置Xからの燃料ガスの供給量に合わせて6台の第1ないし第6機関9a〜9fが1台ずつ始動することになり、複数台の機関の始動時に各機関を同時に始動させているもののように、燃料ガスの供給量が少ないときなどに混合ガス中の都市ガスの混合割合を不用意に増加させることがなく、各機関9a〜9fの失火を招くことなく都市ガスの消費量を低減させて燃料ガスを効率よく積極的に使用することができる。
また、燃料ガス生成装置Xから供給される燃料ガスの供給量が減少してきたときに、混合ガス中の都市ガスの混合割合を増加させて6台の機関9a〜9fを全て駆動させる必要がなくなり、燃料ガスの供給量の減少度合いに応じた台数の機関のみが駆動されることになり、都市ガスの消費量を低減させて6台の機関9a〜9fを効率よく駆動させることができる。
更に、各機関9a〜9fの所定のしきい値S1〜S6は、停止順位の遅い機関に行くに従い漸増しているので、1台目の第1機関9a停止後にその第1機関9aへの燃料ガスの供給停止により一時的に供給量が上昇する2台目以降の第2ないし第6機関9b〜9fの燃料ガスが、停止順位の遅い機関に行くに従い漸増する所定のしきい値によって、都市ガスのみによる駆動時間が確保され、停止順位の遅い機関に行くに従い増加する燃料ガスの残存が確実に解消されて各機関9a〜9fの始動時に空燃比が変動しなくなり、適正な空燃比による各機関9a〜9fの始動性をより確実に向上させることができる。その上、燃料ガス中に含まれる多量の水分が各機関9a〜9fに留まることもなくなり、各機関9a〜9fの始動性をより確実に実現させることができる。
なお、本発明は上記各実施例に限定されるものではなく、その他種々の変形例を包含している。例えば、上記実施例3および4では、6台の機関8a〜8f,9a〜9fを駆動させるデュアルフューエルエンジン8,9について述べたが、2台以上の複数の機関を駆動させるデュアルヒューエルエンジンに適用できるのはもちろんである。
また、上記実施例1および3では、機関の潤滑油通路101を流れる潤滑油と、機関を冷却する冷却水通路102を流れる冷却水との間で熱交換を行う熱交換器103をデュアルフューエルエンジン1,8の機関の底部に設けたが、実施例2および4のデュアルフューエルエンジンの機関の底部にも、機関の潤滑油通路を流れる潤滑油と、機関を冷却する冷却水通路を流れる冷却水との間で熱交換を行う熱交換器が設けられていてもよい。
しかも、上記実施例2および4では、機関を冷却する冷却水通路71を流れる冷却水と給気管61より機関に供給される燃料ガスとの間で熱交換を行う熱交換器72をデュアルフューエルエンジン6,9の機関の近傍に設けたが、実施例1および3のデュアルフューエルエンジンの機関の近傍にも、機関を冷却する冷却水通路を流れる冷却水と給気管より機関に供給される燃料ガスとの間で熱交換を行う熱交換器が設けられていてもよい。
更に、上記実施例2,3では、都市ガスと木質バイオマスより生成した燃料ガスとの混合ガスによりデュアルフューエルエンジン6,9の機関を駆動させるようにしたが、例えばプロパンガスと燃料ガスとの混合ガスなどによりデュアルフューエルエンジンの機関を駆動させるようにしても良く、その組み合わされる燃料の種類については、特に限定されるものではない。
本発明の実施例1に係るデュアルフューエルエンジンの制御システム構成図である。
同じく単一の機関を始動する際のコントローラによる制御手順を示すタイムチャート図である。
同じく単一の機関を停止する際のコントローラによる制御手順を示すタイムチャート図である。
本発明の実施例2に係るデュアルフューエルエンジンの制御システム構成図である。
同じく単一の機関を始動する際のコントローラによる制御手順を示すタイムチャート図である。
同じく単一の機関を停止する際のコントローラによる制御手順を示すタイムチャート図である。
同じく機関の駆動負荷に対するスロットル弁の開度の目標値の特性を示す特性図である。
同じく給気管内の混合ガスを冷却水と熱交換する構成を示す機関付近の説明図である。
本発明の実施例3に係るデュアルフューエルエンジンの複数の機関と燃料ガス生成装置とのレイアウトを示す図である。
同じくデュアルフューエルエンジンの機関の制御システム構成図である。
同じく第1および第2機関を始動する際のコントローラによる制御手順を示すタイムチャート図である。
同じく第1および第2機関を停止する際のコントローラによる制御手順を示すタイムチャート図である。
同じく第5および第6機関を停止する際のコントローラによる制御手順を示すタイムチャート図である。
同じく停止時における各機関に対する軽油の供給量の特性を示す特性図である。
本発明の実施例4に係るデュアルフューエルエンジンの複数の機関と燃料ガス生成装置とのレイアウトを示す図である。
同じくデュアルフューエルエンジンの機関の制御システム構成図である。
同じく第1および第2機関を始動する際のコントローラによる制御手順を示すタイムチャート図である。
同じく第1および第2機関を停止する際のコントローラによる制御手順を示すタイムチャート図である。
同じく第5および第6機関を停止する際のコントローラによる制御手順を示すタイムチャート図である。
同じく停止時における各機関に対する軽油の供給量の特性を示す特性図である。
符号の説明
1,6,8,9 デュアルフューエルエンジン
11,61,81,91 給気管(給気経路)
4 スロットル弁(スロットル)
8a〜8f,9a〜9f 機関
X 燃料ガス生成装置(低カロリーガス供給源)