JP4319481B2 - 希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置 - Google Patents
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- Control Of Throttle Valves Provided In The Intake System Or In The Exhaust System (AREA)
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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燃料ガス供給、給気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、希薄燃焼ガスエンジンにおける燃料ガス供給、給気装置として、シリンダヘッドの給気管に連絡された燃料ガス主管に上流側の第１ガス圧力制御弁と下流側の第２ガス圧制御弁とを設け、前記燃料ガス主管を通してシリンダ内に投入する燃料ガスを、エンジンコントローラにより制御される前記第１圧力制御弁を介してエンジン負荷に応じて予め必要な圧力となるように調整すると共に、エンジンコントローラとガバナにより制御される前記第２圧力制御弁を介してエンジン回転数が目標値となるように供給量を調整し、一方、過給機で圧縮された空気をシリンダに供給する給気管に、前記過給機を迂回するバイパス管を設け、該バイパス管の開閉弁の開度を調節することにより、前記バイパス管を経て過給機の吸入側に戻る空気量を調節して、シリンダ内への給気量を、前記燃料ガスが希薄燃焼となるように負荷によって予め定めた値になるように制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２８８０９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のようにシリンダに燃料ガスと空気とを別々に供給する方式の希薄燃焼ガスエンジンにおける燃料ガス供給、給気装置では、ガスエンジンの起動時および低負荷時は空気過剰率が高く、複数のシリンダ間における給気、排気のガス交換の抵抗等に関する固体差（機差）の影響を受けて、各シリンダにおける燃料ガスの燃焼が不安定になり、各シリンダ間で排気温度のばらつきが生じたり、着火不良による失火を起こすおそれがあった。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、エンジンの起動時や低負荷時でも燃焼を安定に行うことができ、各シリンダ間における排気温度の偏差を小さくすることができる希薄燃焼ガスエンジンにおける燃料ガス供給、給気装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
【０００７】
すなわち、請求項１に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置は、給気ダクトを介して吸入した空気を圧縮して給気管を介してシリンダに供給する過給機と、燃料供給源に連絡され燃料ガスを燃料制御弁を介して前記シリンダに供給する燃料供給管と、開閉弁を有する燃料管を介して前記燃料供給源に連絡されると共に、前記過給機の空気吸入口にスロットル弁を有する管路を介して連絡され、前記燃料管を介して供給された燃料ガスを空気と混合するキャブレターと、開閉制御弁を有し前記過給機の空気吸入口側と吐出口側において前記給気ダクトと給気管に連絡されたバイパス管と、前記燃料供給管の燃料制御弁、前記バイパス管の開閉制御弁、前記燃料管の開閉弁、前記管路のスロットル弁の各開閉動作を、ガスエンジンの起動時および低負荷時と中、高負荷時とにおいて切り換えて制御する制御装置とを備え、前記給気ダクトにはその給気口を開閉する給気開閉弁が設けられ、前記制御装置によって、ガスエンジンの低負荷時に、前記開閉弁が開弁すると共に前記スロットル弁が開弁して制御され、前記燃料制御弁と開閉制御弁が閉弁すると共に前記給気開閉弁が初期設定開度に開弁し、ガスエンジンの中、高負荷時に、前記開閉弁とスロットル弁が閉弁し、前記燃料制御弁と開閉制御弁が開弁して制御されると共に前記給気開閉弁が最大開度に開弁するように動作されることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置は、請求項１に記載の燃料ガス供給、給気装置において、前記制御装置によって、前記給気開閉弁が初期設定開度から開弁を開始したときに、前記スロットル弁の閉弁動作と前記燃料制御弁の開弁動作が開始され、前記給気開閉弁が前記キャブレターから過給機の空気吸入口への混合気の供給が絶える中間開度に開弁するまでに完了し、また、前記給気開閉弁がその最大開度から、前記キャブレターから過給機の空気吸入口への混合気の供給が始まる中間開度まで閉弁されたときに、前記スロットル弁の開弁動作と前記燃料制御弁の閉弁動作が開始され、前記給気開閉弁が初期設定開度に閉弁するまでに完了するように動作されることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置は、請求項１又は２に記載の燃料ガス供給、給気装置において、前記燃料管に前記キャブレター内の混合気濃度を調整するガス圧調整装置が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料ガス供給、給気装置において、前記シリンダからの排気の温度を検出する排気温度センサーが設けられ、前記制御装置は、ガスエンジンの起動直後に、定格回転数、無負荷の運転状態における前記排気温度センサーの検出値にもとづいて、前記給気開閉弁の開度を初期設定開度から所定範囲内で調節することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置は、請求項４に記載の燃料ガス供給、給気装置において、前記制御装置は、前記排気温度センサーにより検出される各シリンダの排気温度の平均値の目標値に対する偏差がゼロより大きいときは、前記給気開閉弁の開度を初期設定開度から大きくなるように、また、前記偏差がゼロより小さいときは、前記給気開閉弁の開度を前記初期設定開度から小さくなるように調節することを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置について図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置１を示す。該燃料ガス供給、給気装置１は、希薄燃焼ガスエンジンＥの複数のシリンダ２と、給気ダクト３を介して吸入した空気を圧縮し、給気主管（給気管）４とその給気枝管（給気管）４ａによって前記シリンダ２に供給する過給機５と、電磁弁（燃料制御弁）６を有する燃料枝管（燃料供給管）７ａを介して燃料ガスを前記シリンダ２に供給する燃料主管（燃料供給管）７と、前記過給機５の空気吸入口（前記給気ダクト３の下流端側部）に、スロットル弁８を有する管路９を介して連絡され、前記燃料主管７からガス遮断弁（開閉弁）１０を有する燃料管１１によって供給された燃料ガスを給気口１２ａから吸入した空気と混合するキャブレター１２と、バタフライ弁からなるエアバイパス弁（開閉制御弁）１３を有し、前記過給機５の空気吸入口側と吐出口側において前記給気ダクト３と前記給気主管４とを連絡するバイパス管１４と、前記給気ダクト３の給気口３ａに設けられたバタフライ弁（給気開閉弁）１５と、前記ガスエンジンＥの運転状態を検出して、その検出結果に応じて、前記電磁弁６、前記スロットル弁８、前記ガス遮断弁１０、前記エアバイパス弁１３およびバタフライ弁１５の各動作を制御する制御装置１６とを備えている。
【００１４】
前記燃料主管７は、最上流側の燃料枝管６の分岐部より上流側の位置に設けたガス圧制御弁１７を介して燃料ガス供給源（燃料供給源）に連絡されており、前記燃料管１１は、最下流側の燃料枝管６の分岐部より下流側で前記ガス遮断弁１０を介して燃料主管７に連絡されている。そして、前記燃料管１１には、前記キャブレター８の給気口１２ａの給気圧を圧力導管１９を介して作用させ、該給気圧と燃料管１１内の燃料ガスの圧力との差圧を一定にし、前記キャブレター８内における燃料ガスと空気の混合割合（混合気濃度）を調節するガス圧レギュレータ（ガス圧調整装置）１８が設けられている。
なお、前記バイパス管１４の給気ダクト３側の端部は、前記管路９と過給機５の空気吸入口（給気ダクト３の下流側）との連絡部と、前記バタフライ弁１５との間において給気ダクト３に連絡されている。
【００１５】
前記希薄燃焼ガスエンジンＥは、図示しないが、シリンダ２とシリンダ２内をその軸方向に往復動するピストンとシリンダヘッドとにより区画される主燃焼室と、該主燃焼室に連絡されてシリンダヘッドに設けられた予燃焼室と、該予燃焼室内に少量のパイロット油を噴射する液体燃料噴射弁とを備え、前記シリンダヘッドに設けた吸気ポートに前記給気枝管４ａと前記燃料枝管７ａが連絡され、それらの枝管４ａ，７ａから供給されて混合された燃料ガスと空気との希薄混合気が、前記吸気ポートを経て前記主燃焼室内（シリンダ２内）に導入され、前記予燃焼室内に噴射されたパイロット油の燃焼炎を着火源として着火燃焼するようになっている従来周知のものである。そして、希薄燃焼ガスエンジンＥの出力軸２０には発電機２１が連結されており、該発電機２１による出力電力が電力線２１ａから取り出されるようになっている。
【００１６】
前記制御装置１６は、希薄燃焼ガスエンジンＥの全体の動作を制御するエンジンコントローラ２２と、該エンジンコントローラ２２の指令で動作してエンジンの回転速度を制御する電子ガバナ２３とを備えている。前記エンジンコントローラ２２は、前記発電機２１の出力電力を検出する電力計２４の検出値によってエンジンＥの負荷を検知し、その負荷に応じて、前記燃料管１１のガス遮断弁１０の開閉動作と、アクチュエータドライバー２５によりアクチュエータ２５ａを作動させて行う前記エアバイパス弁１３の開閉動作、その動作量の制御と、前記電子ガバナ２３を介して電磁弁ドライバー２６、アクチュエータドライバー２７を駆動させ、前記電磁弁６の開閉動作、その動作量の制御およびアクチュエータドライバー２７によりアクチュエータ２８を作動させて行う前記スロットル弁８の開閉動作、その動作量の制御と、前記バタフライ弁１５の開閉動作の制御とをそれぞれ行わせるようになっている。
【００１７】
さらに、エンジンコントローラ２２は、タイマ２２ａを内蔵しており、前記バタフライ弁１５のキャブレター運転モード（後述）から通常運転モード（後述）への切換時における初期設定開度（実施の形態では全開時の１０％開度）から全開（最大開度）への開動作に要する所定時間ｔ１を計測して、設定時間の計時で前記バタフライ弁１５の開動作を停止させ、前記運転モード切換の終了を判断するようになっている。
なお、前記バタフライ弁１５は、電動により開閉動作を行うものであり、その開閉速度の設定ができ、その設定速度によって全開までの前記所定時間ｔ１が定められ、また、ポテンショメータ−等の開度検出器Ｐが設けられ、開度の全閉から全開まで無段階に開閉位置を検出して、それらの位置信号により、前記バタフライ弁１５の停止、前記電子ガバナ２３の動作モード（後述）の切換動作が行われるようになっている。
【００１８】
また、前記給気主管４と前記燃料主管７とには、それぞれ給気圧と燃料ガスの供給圧力を検出する給気圧センサー２９と燃料圧センサー３０が設けられ、それらのセンサー２９，３０により検出される圧力信号が前記エンジンコントローラ２２に入力されており、該エンジンコントローラ２２が、それらの圧力信号にもとづく差圧が所定の圧力範囲になるように、アクチュエータ３１を作動させて前記ガス圧制御弁１７の開度を調整するようになっている。
前記電子ガバナ２３は、前記ガスエンジンＥの出力軸２０に設けた回転計３２によって検出されるガスエンジンＥの回転数を入力し、その検出値にもとづいてガスエンジンＥの回転数が定格回転数を維持するように、前記電磁弁ドライバー２６によって前記電磁弁６の開度を調節させると共に、前記アクチュエータドライバー２７によって前記アクチュエータ２８を作動させて前記スロットル弁８の開度を調節するようになっている。前記電力計２４と回転計３２はガスエンジンＥの運転状態（負荷と回転数）を検出する運転検出器３３を構成している。
【００１９】
また、前記前記過給機５の排気タービンに連絡された排気主管（排気管）３４に各シリンダ２からの排気を導く各排気枝管（排気管）３５には、該排気枝管３５内を通る各シリンダ２からの排気の温度を検出する排気温度センサー３６が設けられ、各排気温度センサー３６により検出される温度信号が前記エンジンコントローラ２２に入力されており、該エンジンコントローラ２２は、キャブレター運転モード時に、前記排気温度と前記電力計２４、前記回転計３２から入力されたガスエンジンＥの負荷、回転数とを検出し、その検出結果に応じて、ガスエンジンＥの起動直後の無負荷、定格回転状態において、前記バタフライ弁１５の開度を、前記初期設定開度から最大値が２０％開度（キャブレター１２から過給機５の空気吸入口への混合気の供給が途絶える開度）、最小値が全閉（０％開度）まで大小に微調整させるようになっている。
【００２０】
次に、前記第１の実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置１の作用と共に、本発明の一実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気方法について図２〜図６をも参照して説明する。
前記燃料ガス供給、給気装置１は、希薄燃焼ガスエンジンＥの起動時および低負荷時に、燃料ガスをキャブレター１２で空気と混合して混合気とし、該混合気を過給機５によって圧縮してシリンダ２に供給する燃料ガス供給、給気の態様（以下、「キャブレター運転モード」と称する）と、希薄燃焼ガスエンジンＥの中、高負荷時に、燃料ガスを過給機５によって圧縮された空気と混合してシリンダ２に供給する燃料ガス供給、給気の態様（以下、「通常運転モード」と称する）とに切り換えて希薄燃焼ガスエンジンＥを運転させる。
【００２１】
すなわち、前記キャブレター運転モードにおいては、前記燃料ガス供給、給気装置１では、前記エンジンコントローラ２２の指令により、アクチュエータドライバー２５を介してアクチュエータ２５ａが作動して前記エアバイパス弁１３が全閉とされ、前記バタフライ弁１５が初期設定開度（全開時の１０％開度）にされると共に、前記電子ガバナ２３を経て電磁弁ドライバー２６を駆動して前記燃料枝管７ａの電磁弁６が全閉とされ、前記燃料管１１のガス遮断弁１０が開かれる。また、前記電子ガバナ２３によってアクチュエータドライバー２７が駆動されてアクチュエータ２８が作動し、前記スロットル弁８がガスエンジンＥの負荷と定格回転数に応じて所要の開度に設定されるように制御されている。
【００２２】
この状態で、燃料ガス供給源からの燃料ガスが燃料主管７、燃料管１１を通って前記キャブレター１２に導入されて、給気口１２ａからの空気と混合されて混合気とされ、この混合気が前記スロットル弁８の前記設定開度に応じた流量で前記過給機５の空気吸入口に導入されて、該過給機５によって圧縮されて給気主管４、給気枝管４ａと前記吸気ポート（図示せず）を経て前記シリンダ２に供給され、ガスエンジンＥが起動されると共に低負荷（例えば、無負荷から定格負荷の２５％までの低負荷領域）で運転される。上記において、燃料ガスが前記キャブレター１２に導入される際には、前記燃料管１１に設けられているガス圧レギュレータ１８によって燃料ガスと空気との混合濃度が一定に調節されている。
【００２３】
そして、前記燃料ガス供給、給気装置１が前記キャブレター運転モードから通常運転モードに切り換えて前記ガスエンジンＥを運転させるときは、図２に示すように動作する。
すなわち、前記キャブレター運転モードによるガスエンジンＥの運転中は、前記エンジンコントローラ２２が、前記電力計２４の検出値によって検出される前記発電機２１の出力電力（電力負荷）にもとづいて、ガスエンジンＥに対する負荷（ガスエンジンＥの運転状態）を検出しており、その負荷が上昇して、前記エンジンコントローラ２２に予め記憶されている前記低負荷領域の上限設定値に達したか否か（運転モードの切換負荷に達したか否か）を判断し（ステップＳ１）、前記低負荷領域の上限設定値に達したと判断したときには、キャブレター運転モードから通常運転モードへの運転モードの切換動作を実行する。これにより、前記エンジンコントローラ２２から前記給気ダクト３のバタフライ弁１５に開弁指令が出されて、該バタフライ弁１５が１０％の開度から全開（開度１００％）に向けて開弁を開始する（ステップＳ２）と共に、エンジンコントローラ２２内のタイマー２２ａが計時を開始し（ステップＳ３）、また、前記電子ガバナ２３の動作モード切換が行われる（ステップＳ４）。
【００２４】
この動作モード切換により、電子ガバナ２３から前記電磁弁ドライバー２６、アクチュエータドライバー２７に所要の制御信号が分配されることにより、前記電磁弁ドライバー２６によって各電磁弁６が徐々に所定の開度まで開弁すると同時に、前記アクチュエータドライバー２７によってアクチュエータ２８が作動されて前記スロットル弁１２が閉弁する。そして、前記タイマ２２ａが予め設定された前記所定時間ｔ１の計時を完了したときは、前記バタフライ弁１５が全開位置で停止し、その完了信号によって前記燃料管１１のガス遮断弁１０が閉弁される（ステップＳ６）と共に、前記アクチュエータドライバー２５によってアクチュエータ２５ａが作動されて前記バイパス管１４のエアバイパス弁１３の開閉制御が開始される。前記ガス遮断弁１０が閉弁することにより、前記キャブレター１２から燃料ガスが前記給気口１２ａから漏出するのを防止される。
【００２５】
前記キャブレター運転モードから通常運転モードへの運転モードの切換時における前記給気ダクト３のバタフライ弁１５の開弁動作Ａと、前記電磁弁６の開弁作動にもとづくガスエンジンＥの制御出力Ｂと、前記スロットル弁８の閉弁作動にもとづくキャブレター１２によるガスエンジンＥの制御出力Ｃとそれらの動作、制御時間との関係は、図４に示す通りとなっている。
すなわち、前記バタフライ弁１５は、キャブレター運転域Ｘでの開度１０％を、運転モードの切換開始時Ｔ１で開弁を開始してから切換完了時Ｔ２の開度１００％まで所定時間ｔ１をかけて直線的に流路を広げるように開弁され、前記電磁弁６と前記キャブレター１２（スロットル弁８）は、それらによる制御出力Ｂ，Ｃを、前記運転モードの切換開始時Ｔ１において、それぞれ、同時に０％から上昇、または所定値から下降させる制御が開始され、それらが完了する時Ｔ３までの運転切換域Ｙを所要切換時間ｔ２をかけて直線的に所定値まで上昇、または０％まで下降させるように制御されて通常運転域Ｚに入る。
【００２６】
前記所要切換時間ｔ２は、前記給気ダクト３のバタフライ弁１５がその開度を、キャブレター運転域Ｘでの１０％開度から中間の所定開度（本実施の形態では約２０％開度）になる時Ｔ４までに要する開弁時間ｔ３より短く設定される。これは、次の理由からである。
前記給気ダクト３のバタフライ弁１５を前記初期設定開度（１０％開度）から全開へ開いていく場合、初めのうちは給気ダクト３の吸気抵抗が大きいので、殆どの空気は前記キャブレター１２から混合気として過給機５に取り入れられるが、徐々に給気ダクト３の給気口３ａから過給機５に取り入れられる空気が増えていき、ある開度からは急激に給気ダクト３の吸気抵抗が減り、殆どの空気が給気ダクト３の給気口３ａから取り入れられるようになる。このようになると、前記キャブレター１２から取り入れられる空気（混合気）が減り、遂に、混合気の過給機への供給が途絶えることとなる。前記キャブレター１２から過給機５の空気吸入口への混合気の供給が途絶えるときは、前記給気ダクト３のバタフライ弁１５が前記中間の所定開度（約２０％開度）になる時Ｔ４となる。
【００２７】
もし、前記キャブレター１２から過給機５の空気吸入口への混合気の供給が途絶える時Ｔ４までに、前記電磁弁６の制御出力Ｂが完全に所定の出力に切り換わっていない場合には、前記過給機５からシリンダ２に供給される空気量に対して燃料主管７，燃料枝管７ａからシリンダ２に供給される燃料ガス量が不足することになる。これは、キャブレター運転モードから通常運転モードへの切換時に、シリンダ２に導入される混合気量の瞬間的な変化を起し、ガスエンジンＥの回転数変動を生じさせ、その過速度、低速度、前記発電機２１による電力の周波数変動に繋がるので好ましくない。
したがって、前記所要切換時間ｔ２は、前記キャブレター１２から過給機５の空気給吸入口への混合気の供給が途絶える時Ｔ４までに要するバタフライ弁１５の開弁時間ｔ３より短く、すなわち、少なくとも前記電磁弁６による制御出力Ｂと前記キャブレター１２による制御出力Ｃの切換は、前記バタフライ弁１５が前記運転モードの切換開始時Ｔ１から所定時間ｔ３を経過して前記中間の所定開度に開弁する時Ｔ４までに完了するように設定される。
【００２８】
前記ガスエンジンＥの負荷が前記低負荷からそれを超える中、高負荷に上昇して、前記燃料ガス供給、給気装置１によりガスエンジンＥが通常運転モードで運転されるときは、従来と同様に、前記エンジンコントローラ２２によって前記バイパス管１４のエアバイパス弁１３が開弁されると共に、電子ガバナ２３を介して電磁弁ドライバー２６が駆動されて電磁弁６が開弁されるので、過給機５によって給気ダクト３を介して吸引され圧縮された空気が給気主管４と給気枝管４ａを通って吸気ポートからシリンダ２に供給され、一方、燃料ガス供給源から燃料ガスが燃料主管７と燃料枝管７ａを通って前記給気ポートに導入され、給気枝管４ａからの空気と混合されてシリンダ２へ供給される。その際、前記エンジンコントローラ２２により、前記エアバイパス弁１３がガスエンジンＥの負荷と定格回転数に応じて開度を制御されると共に、前記給気圧センサー２９によって検出される給気主管４内の空気圧と、前記ガス圧センサー３０によって検出される燃料主管７内の燃料ガス圧とにもとづいて、それらの差圧が予め設定した所定範囲になるように前記ガス圧制御弁１７が制御されることにより、前記シリンダ２に供給される空気と燃料ガスとの混合気の空燃比が適切に制御される。
【００２９】
次に、前記燃料ガス供給、給気装置１が前記通常運転モードからキャブレター運転モードに切り換えて前記ガスエンジンＥを運転させるときは、図３に示すように動作する。
すなわち、前記通常運転モードによるガスエンジンＥの運転中は、前記エンジンコントローラ２２が、前記電力計２４によって検出されるガスエンジンＥに対する負荷を検出しており、その負荷が下降して、前記エンジンコントローラ２２に予め記憶されている低負荷の設定値（ガスエンジンＥの前記低負荷領域に関する上限設定値）に達したか否か（運転モードの切換負荷に達したか否か）を判断し（ステップＳ８）、前記低負荷の設定値に達したと判断したときには、通常運転モードからキャブレター運転モードへの運転モードの切換を行う。
【００３０】
これにより、前記エンジンコントローラ２２からの指令で前記ガス遮断弁１０が開弁する（ステップＳ９）と共に、前記給気ダクト３のバタフライ弁１５に閉弁指令が出されて、該バタフライ弁１５が全開（開度１００％）から１０％開度（初期設定開度）に向けて閉弁を開始する（ステップＳ１０）。バタフライ弁１５が閉弁していき、前記開度検出器Ｐによって前記電子ガバナ２３のモード切換開始を指示する位置（前記中間の所定開度である２０％開度の位置）まで閉弁したことが検出される（ステップＳ１１）と、前記エンジンコントローラ２２が前記電子ガバナ２３にモード切換指令を出力し、これにより、電子ガバナ２３が動作モードを通常運転モードからキャブレター運転モードに切り換えて動作を開始する（ステップＳ１２）。
【００３１】
この動作モード切換により、電子ガバナ２３から前記電磁弁ドライバー２６、アクチュエータドライバー２７に所要の制御信号が分配されることにより、前記電磁弁ドライバー２６によって各電磁弁６が閉弁すると同時に、前記アクチュエータドライバー２７によってアクチュエータ２８が作動されて前記スロットル弁８が開弁する。そして、前記バタフライ弁１５が更に閉弁していって、初期設定開度の位置（開度１０％の位置）を開度検出器Ｐが検出する（ステップＳ１３）と、該開度検出器Ｐからの信号によってエンジンコントローラ２２がバタフライ弁１５を前記初期設定開度の位置で停止させる（ステップＳ１４）と共に、アクチュエータドライバー２５を介してアクチュエータ２５ａが作動されてバイパス管１４のエアバイパス弁１３が全閉とされ（ステップＳ１５）、以後、前述のようにしてキャブレター運転モードによるガスエンジンＥの運転が行われる。
【００３２】
前記通常運転モードからキャブレター運転モードへの運転モードの切換時における前記給気ダクト３のバタフライ弁１５の閉弁動作Ａと、前記電磁弁６の閉弁作動にもとづくガスエンジンＥの制御出力Ｂと、前記スロットル弁８の開弁作動にもとづくキャブレター１２によるガスエンジンＥの制御出力Ｃとそれらの動作、制御時間との関係は、図５に示す通りとなっている。
すなわち、前記バタフライ弁１５は、通常運転域Ｚでの全開（１００％開度）を、運転モードの切換開始時Ｔ５で閉弁を開始してから切換完了時Ｔ６の前記初期設定開度（１０％開度）まで所要時間ｔ４をかけて直線的に流路を狭めるように閉弁され、前記電磁弁６と前記キャブレター１２（スロットル弁８）は、前記バタフライ弁１５が中間の所定開度（２０％開度）まで閉弁した時Ｔ７に、運転切換域Ｙに入り、それらの制御出力Ｂ，Ｃを、それぞれ同時に所定値から下降または０％から上昇させる制御が開始され、それらが完了する時Ｔ８まで所定切換時間ｔ５をかけて直線的に０％まで下降または所定値まで上昇させるように制御されてキャブレター運転域Ｘに入る。
【００３３】
なお、前記運転切換域Ｙにおける所定切換時間ｔ５は、前記バタフライ弁１５が前記中間の所定開度（２０％開度、キャブレター１２から過給機５の空気吸入口への混合気が供給が可能となる開度）に閉弁した時Ｔ７から前記初期設定開度（１０％開度）への切換完了時Ｔ６までの所要時間ｔ６より短くなるように設定される。その理由は、前記キャブレター運転モードから通常運転モードへの運転モード切換時の場合と同様に、前記シリンダ２に導入される混合気量の瞬間的な変化が起って、ガスエンジンＥの回転数変動が生じ、これがガスエンジンＥの過速度、低速度、前記発電機２１による電力の周波数変動に繋がるのを防止するためである。
【００３４】
上記に加えて、前記燃料ガス供給、給気装置１は、前記キャブレター運転モードにおいて、ガスエンジンＥが起動して無負荷、定格回転数で運転されるときには、図６に示すように動作する。
すなわち、ガスエンジンＥが起動すると、前記エンジンコントローラ２２が前記回転計３２の検出値にもとづいてガスエンジンＥの回転数が定格回転数に達したか否かを判断し（ステップＳ１６）、定格回転数に達していれば、前記電力計２４からの検出値のもとづいてガスエンジンＥが無負荷であるか否かを判断する（ステップＳ１７）。ガスエンジンＥが無負荷のとき、エンジンコントローラ２２は、前記各排気温度センサー３６の検出値にもとづいて、各シリンダ２の排気温度の平均値を算出する（ステップＳ１８）と共に、その平均値を予め内部に記憶されている目標値と比較してその偏差を算出し（ステップＳ１９）、次に、前記偏差の絶対値が予め定めた許容偏差範囲（管理範囲）を超えたか否かを判断し（ステップＳ２０）、超えていない場合には、前記ステップＳ１７に戻って排気温度の監視を続ける。
【００３５】
さらに、前記エンジンコントローラ２２は、前記ステップＳ２０で前記偏差の絶対値が許容偏差範囲を超えた場合には、前記偏差がゼロを超えているか否かを判断し（ステップＳ２１）、前記偏差がゼロを超えているときは、前記バタフライ弁１５の開度検出Ｐによって検出された開度が、前記初期設定開度（１０％開度）からの予め設定した弁開微調整範囲の最大値（前記中間の所定開度である２０％開度）に至っているか否かを判断し（ステップＳ２２）、最大値以上となっているときは、そのまま前記ステップＳ１７に戻り、最大値に至っていないときは、前記バタフライ弁１５を０．５〜１．０％程度の微量開度だけ開弁調整させ（ステップＳ２３）た後に前記ステップＳ１７に戻る。
【００３６】
また、前記ステップＳ２１で、前記偏差がゼロ以下のときは、前記バタフライ弁１５の開度検出Ｐによって検出された開度が、前記初期設定開度からの予め設定した弁開微調整範囲の最小値（０％開度）を超えているか否かを判断し（ステップＳ２４）、最小値となっているときは、そのまま前記ステップＳ１７に戻り、最小値を超えているときは、前記バタフライ弁１５を０．５〜１．０％程度の微量開度だけ閉弁調整させ（ステップＳ２５）た後に前記ステップＳ１７に戻る。該ステップＳ１７において電力計２４からの信号によりガスエンジンＥに負荷が投入されたことが検出されると、排気温度センサー３６からの信号による排気温度の監視動作を終了する。
【００３７】
このようにして、前記エンジンコントローラ２２によって、前記ステップＳ１７〜ステップＳ２５の動作が繰り返えされて、ガスエンジンＥの無負荷状態における各シリンダ２の排気温度が監視され、各シリンダ２の排気温度の平均値が目標値より高い場合は、前記バタフライ弁１５の開度が、初期設定開度（１０％開度）から前記中間の所定開度（２０％開度）までの範囲で大きくなるように調整され、また、各シリンダ２の排気温度の平均値が目標値より低い場合は、前記バタフライ弁１５の開度が、初期設定開度（１０％開度）から全閉までの範囲で小さくなるように微調整されて、各シリンダ２に導入される混合気の空気過剰率が適切な値に調整される。前記ガスエンジンＥに負荷が投入されると、消費される燃料ガス量が増えて燃焼が安定するので、前記負荷投入の時点では前記バタフライ弁１５による空気過剰率の調整は終了される。
【００３８】
前記キャブレター運転モード時における前記バタフライ弁１５の前記初期設定開度（実施の形態の例では１０％開度）は、一定とされているが、ガスエンジンＥの周囲の大気条件の変化、燃料ガスの発熱量の変動等の運転条件の変化に影響されて、キャブレター１２からの混合気の空気過剰率が変動することが考えられるが、前記のように、ガスエンジンＥの起動直後に、定格回転数、無負荷の運転状態におけるシリンダ２からの排気の温度が監視されて、前記バタフライ弁１５の開度が初期設定開度から所定範囲にわたって微調整されることにより、ガスエンジンＥの運転条件の変化に対応して、キャブレター１２から過給機５を経てシリンダ２に供給される混合気に、該過給機５の空気吸入口で空気が適量混入されて、その空気過剰率が適切に調整される。
【００３９】
前記実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気方法によれば、ガスエンジンＥの起動時および低負荷時に、燃料主管７からガス圧レギュレータ１８を備えた燃料管１１を経て供給される燃料ガスをキャブレター１２によって空気と混合し、この混合気を、スロットル弁８を有する管路９によって過給機５の空気吸入口に導入し、該過給機によって圧縮して前記ガスエンジンＥのシリンダ２内に供給し、また、ガスエンジンＥの中、高負荷時に、前記燃料主管７から燃料枝管７ａを経て供給される燃料ガスを、前記過給機５によって圧縮されて前記給気管４から給気枝管４ａを経て送られた空気と混合して、前記シリンダ２に供給する構成とされているので、ガスエンジンＥの起動時および低負荷時に、キャブレター運転モードで、燃料ガスと空気との混合気の濃度をキャブレター１２によって適切に調整し、この濃度調整された混合気を過給機５を経て前記シリンダ２に供給することができ、これにより、ガスエンジンＥのシリンダ２内での混合気の燃焼を失火なく安定して行わせることができると共に、複数のシリンダ２間での排気温度の偏差（ばらつき）を小さくすることができる。また、中、高負荷時に、通常運転モードによる希薄燃焼方式で、従来と同様に高熱効率、低エミッション特性を損なわないガスエンジンＥの運転を行うことができる。
【００４０】
因みに、図７は、前記燃料ガス供給、給気装置１のキャブレター運転モードによって、６気筒の希薄燃焼ガスエンジンＥを起動から無負荷、定格回転で運転した場合において、各シリンダ２の排気温度Ｈを時間Ｔの推移によって変化する状態を示したもである。これによると、各シリンダ２間の排気温度の偏差は３０℃程度であり、時間Ｔの推移で変化が少なく安定しており、図８に示すように、従来の希薄燃焼ガスエンジンでは各シリンダ間の排気温度Ｈの偏差が１００℃程度であるのに比べて大幅に改善されていることが判明した。
【００４１】
また、前記実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置１によれば、給気ダクト３を介して吸入した空気を圧縮して給気主管４、給気枝管４ａを介してシリンダ２に供給する過給機５と、燃料ガス供給源に連絡され燃料ガスを電磁弁６を有する燃料枝管７ａを介して前記シリンダ２に供給する燃料主管７と、ガス遮断弁１０を有する燃料管１１を介して前記燃料ガス供給源に連絡されると共に、前記過給機５の空気吸入口にスロットル弁８を有する管路９を介して連絡され、前記燃料管１１を介して供給された燃料ガスを空気と混合するキャブレター１２と、エアバイパス弁１３を有し前記過給機５の空気吸入口側と吐出口側において前記給気ダクト３と給気主管４に連絡されたバイパス管１４と、前記燃料枝管７ａの電磁弁６、前記バイパス管１４のエアバイパス弁１３、前記燃料管１１のガス遮断弁１０、前記管路９のスロットル弁８の各開閉動作を、ガスエンジンＥの起動時および低負荷時と中、高負荷時とにおいて切り換えて制御する制御装置１６とを備えた構成とされているので、前記燃料ガス供給、給気方法を容易に実施することができ、該燃料ガス供給、給気方法による効果を確実に発揮させることができる。
【００４２】
また、前記燃料ガス供給、給気装置１によれば、給気ダクト３にはその給気口３ａを開閉するバタフライ弁１５が設けられ、制御装置１６によって、ガスエンジンＥの低負荷時に、燃料管１１のガス遮断弁１０が開弁すると共にスロットル弁８が開弁して制御され、燃料枝管７ａの電磁弁６とバイパス管１４のエアバイパス弁１３が閉弁すると共に前記バタフライ弁１５が初期設定開度（１０％開度）に開弁し、ガスエンジンＥの中、高負荷時に、前記ガス遮断弁１０とスロットル弁８が閉弁し、前記電磁弁６とエアバイパス弁１３が開弁して制御されると共に前記バタフライ弁１５が最大開度に開弁するように動作される構成としたので、制御装置１６によって、ガスエンジンＥの低負荷から中、高負荷への運転の切換と、中、高負荷から低負荷への運転の切換を円滑に行うことができる。
【００４３】
また、前記燃料ガス供給、給気装置１によれば、制御装置１６によって、バタフライ弁１５が初期設定開度から開弁を開始したときに、スロットル弁８の閉弁動作と電磁弁６の開弁動作が開始され、前記バタフライ弁１５がキャブレター１２から給気ダクト３（過給機５の空気吸入口）への混合気の供給が絶える中間開度（２０％開度）に開弁するまでに完了し、また、前記バタフライ弁１５がその全開から、前記キャブレター１２から給気ダクト３（過給機５の空気吸入口）への混合気の供給が始まる中間開度（２０％開度）まで閉弁されたときに、前記スロットル弁８の開弁動作と前記電磁弁６の閉弁動作が開始され、前記バタフライ弁１５が初期設定開度に閉弁するまでに完了するように動作されるようにしたので、ガスエンジンＥの低負荷から中、高負荷への運転の切り換え時と、中、高負荷から低負荷への運転の切り換え時に、前記シリンダ２へ供給される混合気量の瞬間的な変動を確実に抑えることができ、ガスエンジンＥの回転数変動を効果的に防止することができる。
【００４４】
また、前記燃料ガス供給、給気装置１によれば、燃料管１１にキャブレター１２内の混合気濃度を調整するガス圧レギュレータ１８が設けられているので、ガスエンジンＥの起動時および低負荷時において、適切に調節された空気過剰率の混合気を過給機５を通してシリンダ２に供給することができて、該シリンダ２内での一層安定した燃焼を得ることができる。
さらに、前記燃料ガス供給、給気装置１によれば、シリンダ２からの排気の温度を検出する排気温度センサー３６が設けられ、制御装置１６が、ガスエンジンＥの起動直後に、定格回転数、無負荷の運転状態における前記排気温度センサー３６の検出値にもとづいて、前記バタフライ弁１５の開度を初期設定開度から所定範囲内で調節するようにしたので、大気条件の変化、燃料ガスの発熱量の変動等のガスエンジンＥの周囲の運転条件の変化に対応して、キャブレター１２からシリンダ２に供給される混合気に給気ダクト３（過給機５の空気吸入口）で空気を混入させて、該混合気の空気過剰率を適切に調節することができる。
【００４５】
その場合、制御装置１６が、排気温度センサー３６により検出される各シリンダ２の排気温度の平均値の目標値に対する偏差がゼロより大きいときは、前記バタフライ弁１５の開度を初期設定開度から大きくなるように、また、前記偏差がゼロより小さいときは、前記バタフライ弁１５の開度を前記初期設定開度から小さくなるように調節するようにしたので、各シリンダ２間で燃焼の偏差（ばらつき）が大きく生じないように、前記キャブレター１２から各シリンダ２に供給される混合気の空気過剰率を一層適切に調整することができる。
【００４６】
次に、図９は本発明の第２の実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置１Ａを示す。該燃料ガス供給、給気装置１Ａは、前記燃料ガス供給、給気装置１における各燃料枝管７ａに電磁弁６に代えてバランシングバルブ３７を設けると共に、前記燃料主管７における前記ガス圧制御弁１７と前記ガス圧センサー３０との間に燃料ガス制御弁（燃料制御弁）３８を設けて、前記電磁弁ドライバー２６に代わるアクチュエータドライバー３９によって、前記燃料ガス制御弁３８の開閉制御の動作を行わせるアクチュエータ４０を作動させるようにしたものである。前記バランシングバルブ３７は燃料枝管７ａの流路の開度を手動で調節するもので、各シリンダ２への燃料ガスの流入量を微調整することができるようになっている。
その他の構成は、前記燃料ガス供給、給気装置１と同じであるので、同一の構成部分には同一符号を付して、それらについての説明は省略する。
【００４７】
前記第２の実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置１Ａにおいては、前記ガスエンジンＥが通常運転モードで運転されるときは、前記エンジンコントローラ２２によって前記バイパス管１４のエアバイパス弁１３が開閉制御されると共に、前記電子ガバナ２３を介してアクチュエータドライバー３９が駆動されてアクチュエータ４０が作動され、前記燃料ガス制御弁３８が開閉制御されるので、前記過給機５によって給気ダクト３を介して吸引された空気が給気主管４と給気枝管４ａを通って吸気ポートからシリンダ２に供給され、一方、燃料ガス供給源から燃料ガスが燃料主管７と燃料枝管７ａを通って前記給気ポートに導入され、給気枝管４ａからの空気と混合されてシリンダ２へ供給される。その他は前記燃料ガス供給、給気装置１と同様に作用し、燃料ガス供給、給気装置１と同様な効果を奏する。
【００４８】
なお、前記実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジン１，１Ａにおいては、前記ガスエンジンＥの運転状態における負荷を、発電機２１の出力電力を検出する電流計２４の検出値にもとづいて検出するようにしているが、これに限らず、ガスエンジンＥの出力軸２０のトルクを検出して、これと回転計３２による回転数とから求めるようにしてもよい。また、前記バタフライ弁１５の開度位置を検出する開度検出器Ｐとしてポテンショメーターを使用するのが好ましいが、これに代えてリミットスイッチ、近接スイッチ等を使用することもできる。また、前記バタフライ弁１５の初期設定開度と中間の所定開度を、それぞれ全開時の１０％開度、２０％開度としたが、それらの開度は、ガスエンジンＥの運転調整時に決定されるものであり、ガスエンジンＥの仕様、使用する燃料ガスの種類等の条件によって他の数値に設定することもできる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の優れた効果を奏する。
請求項１に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置によれば、ガスエンジンの起動時および低負荷時に、キャブレターによって燃料ガスと空気との濃度調整されて適切な空気過剰率の混合気を得て、該混合気を過給機を経て前記シリンダに供給することができるので、ガスエンジンのシリンダ内での混合気の燃焼を失火なく安定して行わせることができると共に、複数のシリンダ間での排気温度の偏差を小さくすることができる。また、中、高負荷時に、従来と同様に高熱効率、低エミッション特性を損なわないガスエンジンの運転を行うことができる。さらに、制御装置によって、ガスエンジンの低負荷から中、高負荷への運転の切換と、中、高負荷から低負荷への運転の切換を円滑に行うことができる。
【００５２】
請求項２に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置によれば、ガスエンジンの低負荷から中、高負荷への運転の切換時と、中、高負荷から低負荷への運転の切換時に、シリンダへ供給される混合気量の瞬間的な変動を確実に抑えることができ、ガスエンジンの回転数変動を効果的に防止することができる。
【００５３】
請求項３に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置によれば、ガスエンジンの起動時および低負荷時において、キャブレターで一層適切に調節された空気過剰率の混合気を過給機を通してシリンダ内に供給することができて、該シリンダ内での一層安定した燃焼を得ることができる。
【００５４】
請求項４に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置によれば、大気条件の変化、燃料ガスの発熱量の変動等のガスエンジンの周囲の運転条件の変化に対応して、キャブレターからシリンダ内に供給される混合気に給気ダクトで空気を混入させて、該混合気の空気過剰率を適切に調節することができる。
【００５５】
請求項５に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置によれば、複数のシリンダ間で燃焼のばらつきが生じないように、キャブレターから各シリンダに供給される混合気の空気過剰率を一層適切に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置を示す系統図である。
【図２】 本発明の一実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置の作用（キャブレター運転モード）を示すフロー図である。
【図３】 本発明の一実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置の作用（通常運転モード）を示すフロー図である。
【図４】 本発明の一実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置の１つの運転モード切換時における動作状態を示す線図である。
【図５】 本発明の一実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置の他の運転モード切換時における動作状態を示す線図である。
【図６】 本発明の一実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置の作用（キャブレター運転モード）を示すフロー図である。
【図７】 本発明の一実施の形態に係る燃料ガス供給、給気装置による希薄燃焼ガスエンジンの起動から無負荷運転時の排気温度の変化を示す線図である。
【図８】 従来の燃料ガス供給、給気装置による希薄燃焼ガスエンジンの起動から無負荷運転時の排気温度の変化を示す線図である。
【図９】 本発明の第２の実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 燃料ガス供給、給気装置
２ シリンダ
３ 給気ダクト
４ 給気主管（給気管）
４ａ 給気枝管（給気管）
５ 過給機
６ 電磁弁（燃料制御弁）
７ 燃料主管（燃料供給管）
７ａ 燃料枝管（燃料供給管）
８ スロットル弁
９ 管路
１０ ガス遮断弁（開閉弁）
１１ 燃料管
１２ キャブレター
１３ エアバイパス弁（開閉制御弁）
１４ バイパス管
１５ バタフライ弁（給気開閉弁）
１６ 制御装置
１８ ガス圧レギュレータ（ガス圧調整装置）
２１ 発電機
２２ エンジンコントローラ
２３ 電子ガバナ
２４ 電力計
Ｅ 希薄燃焼ガスエンジン
【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燃料ガス供給、給気装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、希薄燃焼ガスエンジンにおける燃料ガス供給、給気装置として、シリンダヘッドの給気管に連絡された燃料ガス主管に上流側の第１ガス圧力制御弁と下流側の第２ガス圧制御弁とを設け、前記燃料ガス主管を通してシリンダ内に投入する燃料ガスを、エンジンコントローラにより制御される前記第１圧力制御弁を介してエンジン負荷に応じて予め必要な圧力となるように調整すると共に、エンジンコントローラとガバナにより制御される前記第２圧力制御弁を介してエンジン回転数が目標値となるように供給量を調整し、一方、過給機で圧縮された空気をシリンダに供給する給気管に、前記過給機を迂回するバイパス管を設け、該バイパス管の開閉弁の開度を調節することにより、前記バイパス管を経て過給機の吸入側に戻る空気量を調節して、シリンダ内への給気量を、前記燃料ガスが希薄燃焼となるように負荷によって予め定めた値になるように制御するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１０−２８８０９８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前記のようにシリンダに燃料ガスと空気とを別々に供給する方式の希薄燃焼ガスエンジンにおける燃料ガス供給、給気装置では、ガスエンジンの起動時および低負荷時は空気過剰率が高く、複数のシリンダ間における給気、排気のガス交換の抵抗等に関する固体差（機差）の影響を受けて、各シリンダにおける燃料ガスの燃焼が不安定になり、各シリンダ間で排気温度のばらつきが生じたり、着火不良による失火を起こすおそれがあった。
【０００５】
本発明は、前記事情に鑑みてなされたもので、エンジンの起動時や低負荷時でも燃焼を安定に行うことができ、各シリンダ間における排気温度の偏差を小さくすることができる希薄燃焼ガスエンジンにおける燃料ガス供給、給気装置を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
【０００７】
すなわち、請求項１に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置は、給気ダクトを介して吸入した空気を圧縮して給気管を介してシリンダに供給する過給機と、燃料供給源に連絡され燃料ガスを燃料制御弁を介して前記シリンダに供給する燃料供給管と、開閉弁を有する燃料管を介して前記燃料供給源に連絡されると共に、前記過給機の空気吸入口にスロットル弁を有する管路を介して連絡され、前記燃料管を介して供給された燃料ガスを空気と混合するキャブレターと、開閉制御弁を有し前記過給機の空気吸入口側と吐出口側において前記給気ダクトと給気管に連絡されたバイパス管と、前記燃料供給管の燃料制御弁、前記バイパス管の開閉制御弁、前記燃料管の開閉弁、前記管路のスロットル弁の各開閉動作を、ガスエンジンの起動時および低負荷時と中、高負荷時とにおいて切り換えて制御する制御装置とを備え、前記給気ダクトにはその給気口を開閉する給気開閉弁が設けられ、前記制御装置によって、ガスエンジンの低負荷時に、前記開閉弁が開弁すると共に前記スロットル弁が開弁して制御され、前記燃料制御弁と開閉制御弁が閉弁すると共に前記給気開閉弁が初期設定開度に開弁し、ガスエンジンの中、高負荷時に、前記開閉弁とスロットル弁が閉弁し、前記燃料制御弁と開閉制御弁が開弁して制御されると共に前記給気開閉弁が最大開度に開弁するように動作されることを特徴としている。
【０００９】
また、請求項２に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置は、請求項１に記載の燃料ガス供給、給気装置において、前記制御装置によって、前記給気開閉弁が初期設定開度から開弁を開始したときに、前記スロットル弁の閉弁動作と前記燃料制御弁の開弁動作が開始され、前記給気開閉弁が前記キャブレターから過給機の空気吸入口への混合気の供給が絶える中間開度に開弁するまでに完了し、また、前記給気開閉弁がその最大開度から、前記キャブレターから過給機の空気吸入口への混合気の供給が始まる中間開度まで閉弁されたときに、前記スロットル弁の開弁動作と前記燃料制御弁の閉弁動作が開始され、前記給気開閉弁が初期設定開度に閉弁するまでに完了するように動作されることを特徴としている。
【００１０】
また、請求項３に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置は、請求項１又は２に記載の燃料ガス供給、給気装置において、前記燃料管に前記キャブレター内の混合気濃度を調整するガス圧調整装置が設けられていることを特徴としている。
【００１１】
また、請求項４に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の燃料ガス供給、給気装置において、前記シリンダからの排気の温度を検出する排気温度センサーが設けられ、前記制御装置は、ガスエンジンの起動直後に、定格回転数、無負荷の運転状態における前記排気温度センサーの検出値にもとづいて、前記給気開閉弁の開度を初期設定開度から所定範囲内で調節することを特徴としている。
【００１２】
また、請求項５に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置は、請求項４に記載の燃料ガス供給、給気装置において、前記制御装置は、前記排気温度センサーにより検出される各シリンダの排気温度の平均値の目標値に対する偏差がゼロより大きいときは、前記給気開閉弁の開度を初期設定開度から大きくなるように、また、前記偏差がゼロより小さいときは、前記給気開閉弁の開度を前記初期設定開度から小さくなるように調節することを特徴としている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置について図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１の実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置１を示す。該燃料ガス供給、給気装置１は、希薄燃焼ガスエンジンＥの複数のシリンダ２と、給気ダクト３を介して吸入した空気を圧縮し、給気主管（給気管）４とその給気枝管（給気管）４ａによって前記シリンダ２に供給する過給機５と、電磁弁（燃料制御弁）６を有する燃料枝管（燃料供給管）７ａを介して燃料ガスを前記シリンダ２に供給する燃料主管（燃料供給管）７と、前記過給機５の空気吸入口（前記給気ダクト３の下流端側部）に、スロットル弁８を有する管路９を介して連絡され、前記燃料主管７からガス遮断弁（開閉弁）１０を有する燃料管１１によって供給された燃料ガスを給気口１２ａから吸入した空気と混合するキャブレター１２と、バタフライ弁からなるエアバイパス弁（開閉制御弁）１３を有し、前記過給機５の空気吸入口側と吐出口側において前記給気ダクト３と前記給気主管４とを連絡するバイパス管１４と、前記給気ダクト３の給気口３ａに設けられたバタフライ弁（給気開閉弁）１５と、前記ガスエンジンＥの運転状態を検出して、その検出結果に応じて、前記電磁弁６、前記スロットル弁８、前記ガス遮断弁１０、前記エアバイパス弁１３およびバタフライ弁１５の各動作を制御する制御装置１６とを備えている。
【００１４】
前記燃料主管７は、最上流側の燃料枝管６の分岐部より上流側の位置に設けたガス圧制御弁１７を介して燃料ガス供給源（燃料供給源）に連絡されており、前記燃料管１１は、最下流側の燃料枝管６の分岐部より下流側で前記ガス遮断弁１０を介して燃料主管７に連絡されている。そして、前記燃料管１１には、前記キャブレター８の給気口１２ａの給気圧を圧力導管１９を介して作用させ、該給気圧と燃料管１１内の燃料ガスの圧力との差圧を一定にし、前記キャブレター８内における燃料ガスと空気の混合割合（混合気濃度）を調節するガス圧レギュレータ（ガス圧調整装置）１８が設けられている。
なお、前記バイパス管１４の給気ダクト３側の端部は、前記管路９と過給機５の空気吸入口（給気ダクト３の下流側）との連絡部と、前記バタフライ弁１５との間において給気ダクト３に連絡されている。
【００１５】
前記希薄燃焼ガスエンジンＥは、図示しないが、シリンダ２とシリンダ２内をその軸方向に往復動するピストンとシリンダヘッドとにより区画される主燃焼室と、該主燃焼室に連絡されてシリンダヘッドに設けられた予燃焼室と、該予燃焼室内に少量のパイロット油を噴射する液体燃料噴射弁とを備え、前記シリンダヘッドに設けた吸気ポートに前記給気枝管４ａと前記燃料枝管７ａが連絡され、それらの枝管４ａ，７ａから供給されて混合された燃料ガスと空気との希薄混合気が、前記吸気ポートを経て前記主燃焼室内（シリンダ２内）に導入され、前記予燃焼室内に噴射されたパイロット油の燃焼炎を着火源として着火燃焼するようになっている従来周知のものである。そして、希薄燃焼ガスエンジンＥの出力軸２０には発電機２１が連結されており、該発電機２１による出力電力が電力線２１ａから取り出されるようになっている。
【００１６】
前記制御装置１６は、希薄燃焼ガスエンジンＥの全体の動作を制御するエンジンコントローラ２２と、該エンジンコントローラ２２の指令で動作してエンジンの回転速度を制御する電子ガバナ２３とを備えている。前記エンジンコントローラ２２は、前記発電機２１の出力電力を検出する電力計２４の検出値によってエンジンＥの負荷を検知し、その負荷に応じて、前記燃料管１１のガス遮断弁１０の開閉動作と、アクチュエータドライバー２５によりアクチュエータ２５ａを作動させて行う前記エアバイパス弁１３の開閉動作、その動作量の制御と、前記電子ガバナ２３を介して電磁弁ドライバー２６、アクチュエータドライバー２７を駆動させ、前記電磁弁６の開閉動作、その動作量の制御およびアクチュエータドライバー２７によりアクチュエータ２８を作動させて行う前記スロットル弁８の開閉動作、その動作量の制御と、前記バタフライ弁１５の開閉動作の制御とをそれぞれ行わせるようになっている。
【００１７】
さらに、エンジンコントローラ２２は、タイマ２２ａを内蔵しており、前記バタフライ弁１５のキャブレター運転モード（後述）から通常運転モード（後述）への切換時における初期設定開度（実施の形態では全開時の１０％開度）から全開（最大開度）への開動作に要する所定時間ｔ１を計測して、設定時間の計時で前記バタフライ弁１５の開動作を停止させ、前記運転モード切換の終了を判断するようになっている。
なお、前記バタフライ弁１５は、電動により開閉動作を行うものであり、その開閉速度の設定ができ、その設定速度によって全開までの前記所定時間ｔ１が定められ、また、ポテンショメータ−等の開度検出器Ｐが設けられ、開度の全閉から全開まで無段階に開閉位置を検出して、それらの位置信号により、前記バタフライ弁１５の停止、前記電子ガバナ２３の動作モード（後述）の切換動作が行われるようになっている。
【００１８】
また、前記給気主管４と前記燃料主管７とには、それぞれ給気圧と燃料ガスの供給圧力を検出する給気圧センサー２９と燃料圧センサー３０が設けられ、それらのセンサー２９，３０により検出される圧力信号が前記エンジンコントローラ２２に入力されており、該エンジンコントローラ２２が、それらの圧力信号にもとづく差圧が所定の圧力範囲になるように、アクチュエータ３１を作動させて前記ガス圧制御弁１７の開度を調整するようになっている。
前記電子ガバナ２３は、前記ガスエンジンＥの出力軸２０に設けた回転計３２によって検出されるガスエンジンＥの回転数を入力し、その検出値にもとづいてガスエンジンＥの回転数が定格回転数を維持するように、前記電磁弁ドライバー２６によって前記電磁弁６の開度を調節させると共に、前記アクチュエータドライバー２７によって前記アクチュエータ２８を作動させて前記スロットル弁８の開度を調節するようになっている。前記電力計２４と回転計３２はガスエンジンＥの運転状態（負荷と回転数）を検出する運転検出器３３を構成している。
【００１９】
また、前記前記過給機５の排気タービンに連絡された排気主管（排気管）３４に各シリンダ２からの排気を導く各排気枝管（排気管）３５には、該排気枝管３５内を通る各シリンダ２からの排気の温度を検出する排気温度センサー３６が設けられ、各排気温度センサー３６により検出される温度信号が前記エンジンコントローラ２２に入力されており、該エンジンコントローラ２２は、キャブレター運転モード時に、前記排気温度と前記電力計２４、前記回転計３２から入力されたガスエンジンＥの負荷、回転数とを検出し、その検出結果に応じて、ガスエンジンＥの起動直後の無負荷、定格回転状態において、前記バタフライ弁１５の開度を、前記初期設定開度から最大値が２０％開度（キャブレター１２から過給機５の空気吸入口への混合気の供給が途絶える開度）、最小値が全閉（０％開度）まで大小に微調整させるようになっている。
【００２０】
次に、前記第１の実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置１の作用と共に、本発明の一実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気方法について図２〜図６をも参照して説明する。
前記燃料ガス供給、給気装置１は、希薄燃焼ガスエンジンＥの起動時および低負荷時に、燃料ガスをキャブレター１２で空気と混合して混合気とし、該混合気を過給機５によって圧縮してシリンダ２に供給する燃料ガス供給、給気の態様（以下、「キャブレター運転モード」と称する）と、希薄燃焼ガスエンジンＥの中、高負荷時に、燃料ガスを過給機５によって圧縮された空気と混合してシリンダ２に供給する燃料ガス供給、給気の態様（以下、「通常運転モード」と称する）とに切り換えて希薄燃焼ガスエンジンＥを運転させる。
【００２１】
すなわち、前記キャブレター運転モードにおいては、前記燃料ガス供給、給気装置１では、前記エンジンコントローラ２２の指令により、アクチュエータドライバー２５を介してアクチュエータ２５ａが作動して前記エアバイパス弁１３が全閉とされ、前記バタフライ弁１５が初期設定開度（全開時の１０％開度）にされると共に、前記電子ガバナ２３を経て電磁弁ドライバー２６を駆動して前記燃料枝管７ａの電磁弁６が全閉とされ、前記燃料管１１のガス遮断弁１０が開かれる。また、前記電子ガバナ２３によってアクチュエータドライバー２７が駆動されてアクチュエータ２８が作動し、前記スロットル弁８がガスエンジンＥの負荷と定格回転数に応じて所要の開度に設定されるように制御されている。
【００２２】
この状態で、燃料ガス供給源からの燃料ガスが燃料主管７、燃料管１１を通って前記キャブレター１２に導入されて、給気口１２ａからの空気と混合されて混合気とされ、この混合気が前記スロットル弁８の前記設定開度に応じた流量で前記過給機５の空気吸入口に導入されて、該過給機５によって圧縮されて給気主管４、給気枝管４ａと前記吸気ポート（図示せず）を経て前記シリンダ２に供給され、ガスエンジンＥが起動されると共に低負荷（例えば、無負荷から定格負荷の２５％までの低負荷領域）で運転される。上記において、燃料ガスが前記キャブレター１２に導入される際には、前記燃料管１１に設けられているガス圧レギュレータ１８によって燃料ガスと空気との混合濃度が一定に調節されている。
【００２３】
そして、前記燃料ガス供給、給気装置１が前記キャブレター運転モードから通常運転モードに切り換えて前記ガスエンジンＥを運転させるときは、図２に示すように動作する。
すなわち、前記キャブレター運転モードによるガスエンジンＥの運転中は、前記エンジンコントローラ２２が、前記電力計２４の検出値によって検出される前記発電機２１の出力電力（電力負荷）にもとづいて、ガスエンジンＥに対する負荷（ガスエンジンＥの運転状態）を検出しており、その負荷が上昇して、前記エンジンコントローラ２２に予め記憶されている前記低負荷領域の上限設定値に達したか否か（運転モードの切換負荷に達したか否か）を判断し（ステップＳ１）、前記低負荷領域の上限設定値に達したと判断したときには、キャブレター運転モードから通常運転モードへの運転モードの切換動作を実行する。これにより、前記エンジンコントローラ２２から前記給気ダクト３のバタフライ弁１５に開弁指令が出されて、該バタフライ弁１５が１０％の開度から全開（開度１００％）に向けて開弁を開始する（ステップＳ２）と共に、エンジンコントローラ２２内のタイマー２２ａが計時を開始し（ステップＳ３）、また、前記電子ガバナ２３の動作モード切換が行われる（ステップＳ４）。
【００２４】
この動作モード切換により、電子ガバナ２３から前記電磁弁ドライバー２６、アクチュエータドライバー２７に所要の制御信号が分配されることにより、前記電磁弁ドライバー２６によって各電磁弁６が徐々に所定の開度まで開弁すると同時に、前記アクチュエータドライバー２７によってアクチュエータ２８が作動されて前記スロットル弁１２が閉弁する。そして、前記タイマ２２ａが予め設定された前記所定時間ｔ１の計時を完了したときは、前記バタフライ弁１５が全開位置で停止し、その完了信号によって前記燃料管１１のガス遮断弁１０が閉弁される（ステップＳ６）と共に、前記アクチュエータドライバー２５によってアクチュエータ２５ａが作動されて前記バイパス管１４のエアバイパス弁１３の開閉制御が開始される。前記ガス遮断弁１０が閉弁することにより、前記キャブレター１２から燃料ガスが前記給気口１２ａから漏出するのを防止される。
【００２５】
前記キャブレター運転モードから通常運転モードへの運転モードの切換時における前記給気ダクト３のバタフライ弁１５の開弁動作Ａと、前記電磁弁６の開弁作動にもとづくガスエンジンＥの制御出力Ｂと、前記スロットル弁８の閉弁作動にもとづくキャブレター１２によるガスエンジンＥの制御出力Ｃとそれらの動作、制御時間との関係は、図４に示す通りとなっている。
すなわち、前記バタフライ弁１５は、キャブレター運転域Ｘでの開度１０％を、運転モードの切換開始時Ｔ１で開弁を開始してから切換完了時Ｔ２の開度１００％まで所定時間ｔ１をかけて直線的に流路を広げるように開弁され、前記電磁弁６と前記キャブレター１２（スロットル弁８）は、それらによる制御出力Ｂ，Ｃを、前記運転モードの切換開始時Ｔ１において、それぞれ、同時に０％から上昇、または所定値から下降させる制御が開始され、それらが完了する時Ｔ３までの運転切換域Ｙを所要切換時間ｔ２をかけて直線的に所定値まで上昇、または０％まで下降させるように制御されて通常運転域Ｚに入る。
【００２６】
前記所要切換時間ｔ２は、前記給気ダクト３のバタフライ弁１５がその開度を、キャブレター運転域Ｘでの１０％開度から中間の所定開度（本実施の形態では約２０％開度）になる時Ｔ４までに要する開弁時間ｔ３より短く設定される。これは、次の理由からである。
前記給気ダクト３のバタフライ弁１５を前記初期設定開度（１０％開度）から全開へ開いていく場合、初めのうちは給気ダクト３の吸気抵抗が大きいので、殆どの空気は前記キャブレター１２から混合気として過給機５に取り入れられるが、徐々に給気ダクト３の給気口３ａから過給機５に取り入れられる空気が増えていき、ある開度からは急激に給気ダクト３の吸気抵抗が減り、殆どの空気が給気ダクト３の給気口３ａから取り入れられるようになる。このようになると、前記キャブレター１２から取り入れられる空気（混合気）が減り、遂に、混合気の過給機への供給が途絶えることとなる。前記キャブレター１２から過給機５の空気吸入口への混合気の供給が途絶えるときは、前記給気ダクト３のバタフライ弁１５が前記中間の所定開度（約２０％開度）になる時Ｔ４となる。
【００２７】
もし、前記キャブレター１２から過給機５の空気吸入口への混合気の供給が途絶える時Ｔ４までに、前記電磁弁６の制御出力Ｂが完全に所定の出力に切り換わっていない場合には、前記過給機５からシリンダ２に供給される空気量に対して燃料主管７，燃料枝管７ａからシリンダ２に供給される燃料ガス量が不足することになる。これは、キャブレター運転モードから通常運転モードへの切換時に、シリンダ２に導入される混合気量の瞬間的な変化を起し、ガスエンジンＥの回転数変動を生じさせ、その過速度、低速度、前記発電機２１による電力の周波数変動に繋がるので好ましくない。
したがって、前記所要切換時間ｔ２は、前記キャブレター１２から過給機５の空気給吸入口への混合気の供給が途絶える時Ｔ４までに要するバタフライ弁１５の開弁時間ｔ３より短く、すなわち、少なくとも前記電磁弁６による制御出力Ｂと前記キャブレター１２による制御出力Ｃの切換は、前記バタフライ弁１５が前記運転モードの切換開始時Ｔ１から所定時間ｔ３を経過して前記中間の所定開度に開弁する時Ｔ４までに完了するように設定される。
【００２８】
前記ガスエンジンＥの負荷が前記低負荷からそれを超える中、高負荷に上昇して、前記燃料ガス供給、給気装置１によりガスエンジンＥが通常運転モードで運転されるときは、従来と同様に、前記エンジンコントローラ２２によって前記バイパス管１４のエアバイパス弁１３が開弁されると共に、電子ガバナ２３を介して電磁弁ドライバー２６が駆動されて電磁弁６が開弁されるので、過給機５によって給気ダクト３を介して吸引され圧縮された空気が給気主管４と給気枝管４ａを通って吸気ポートからシリンダ２に供給され、一方、燃料ガス供給源から燃料ガスが燃料主管７と燃料枝管７ａを通って前記給気ポートに導入され、給気枝管４ａからの空気と混合されてシリンダ２へ供給される。その際、前記エンジンコントローラ２２により、前記エアバイパス弁１３がガスエンジンＥの負荷と定格回転数に応じて開度を制御されると共に、前記給気圧センサー２９によって検出される給気主管４内の空気圧と、前記ガス圧センサー３０によって検出される燃料主管７内の燃料ガス圧とにもとづいて、それらの差圧が予め設定した所定範囲になるように前記ガス圧制御弁１７が制御されることにより、前記シリンダ２に供給される空気と燃料ガスとの混合気の空燃比が適切に制御される。
【００２９】
次に、前記燃料ガス供給、給気装置１が前記通常運転モードからキャブレター運転モードに切り換えて前記ガスエンジンＥを運転させるときは、図３に示すように動作する。
すなわち、前記通常運転モードによるガスエンジンＥの運転中は、前記エンジンコントローラ２２が、前記電力計２４によって検出されるガスエンジンＥに対する負荷を検出しており、その負荷が下降して、前記エンジンコントローラ２２に予め記憶されている低負荷の設定値（ガスエンジンＥの前記低負荷領域に関する上限設定値）に達したか否か（運転モードの切換負荷に達したか否か）を判断し（ステップＳ８）、前記低負荷の設定値に達したと判断したときには、通常運転モードからキャブレター運転モードへの運転モードの切換を行う。
【００３０】
これにより、前記エンジンコントローラ２２からの指令で前記ガス遮断弁１０が開弁する（ステップＳ９）と共に、前記給気ダクト３のバタフライ弁１５に閉弁指令が出されて、該バタフライ弁１５が全開（開度１００％）から１０％開度（初期設定開度）に向けて閉弁を開始する（ステップＳ１０）。バタフライ弁１５が閉弁していき、前記開度検出器Ｐによって前記電子ガバナ２３のモード切換開始を指示する位置（前記中間の所定開度である２０％開度の位置）まで閉弁したことが検出される（ステップＳ１１）と、前記エンジンコントローラ２２が前記電子ガバナ２３にモード切換指令を出力し、これにより、電子ガバナ２３が動作モードを通常運転モードからキャブレター運転モードに切り換えて動作を開始する（ステップＳ１２）。
【００３１】
この動作モード切換により、電子ガバナ２３から前記電磁弁ドライバー２６、アクチュエータドライバー２７に所要の制御信号が分配されることにより、前記電磁弁ドライバー２６によって各電磁弁６が閉弁すると同時に、前記アクチュエータドライバー２７によってアクチュエータ２８が作動されて前記スロットル弁８が開弁する。そして、前記バタフライ弁１５が更に閉弁していって、初期設定開度の位置（開度１０％の位置）を開度検出器Ｐが検出する（ステップＳ１３）と、該開度検出器Ｐからの信号によってエンジンコントローラ２２がバタフライ弁１５を前記初期設定開度の位置で停止させる（ステップＳ１４）と共に、アクチュエータドライバー２５を介してアクチュエータ２５ａが作動されてバイパス管１４のエアバイパス弁１３が全閉とされ（ステップＳ１５）、以後、前述のようにしてキャブレター運転モードによるガスエンジンＥの運転が行われる。
【００３２】
前記通常運転モードからキャブレター運転モードへの運転モードの切換時における前記給気ダクト３のバタフライ弁１５の閉弁動作Ａと、前記電磁弁６の閉弁作動にもとづくガスエンジンＥの制御出力Ｂと、前記スロットル弁８の開弁作動にもとづくキャブレター１２によるガスエンジンＥの制御出力Ｃとそれらの動作、制御時間との関係は、図５に示す通りとなっている。
すなわち、前記バタフライ弁１５は、通常運転域Ｚでの全開（１００％開度）を、運転モードの切換開始時Ｔ５で閉弁を開始してから切換完了時Ｔ６の前記初期設定開度（１０％開度）まで所要時間ｔ４をかけて直線的に流路を狭めるように閉弁され、前記電磁弁６と前記キャブレター１２（スロットル弁８）は、前記バタフライ弁１５が中間の所定開度（２０％開度）まで閉弁した時Ｔ７に、運転切換域Ｙに入り、それらの制御出力Ｂ，Ｃを、それぞれ同時に所定値から下降または０％から上昇させる制御が開始され、それらが完了する時Ｔ８まで所定切換時間ｔ５をかけて直線的に０％まで下降または所定値まで上昇させるように制御されてキャブレター運転域Ｘに入る。
【００３３】
なお、前記運転切換域Ｙにおける所定切換時間ｔ５は、前記バタフライ弁１５が前記中間の所定開度（２０％開度、キャブレター１２から過給機５の空気吸入口への混合気が供給が可能となる開度）に閉弁した時Ｔ７から前記初期設定開度（１０％開度）への切換完了時Ｔ６までの所要時間ｔ６より短くなるように設定される。その理由は、前記キャブレター運転モードから通常運転モードへの運転モード切換時の場合と同様に、前記シリンダ２に導入される混合気量の瞬間的な変化が起って、ガスエンジンＥの回転数変動が生じ、これがガスエンジンＥの過速度、低速度、前記発電機２１による電力の周波数変動に繋がるのを防止するためである。
【００３４】
上記に加えて、前記燃料ガス供給、給気装置１は、前記キャブレター運転モードにおいて、ガスエンジンＥが起動して無負荷、定格回転数で運転されるときには、図６に示すように動作する。
すなわち、ガスエンジンＥが起動すると、前記エンジンコントローラ２２が前記回転計３２の検出値にもとづいてガスエンジンＥの回転数が定格回転数に達したか否かを判断し（ステップＳ１６）、定格回転数に達していれば、前記電力計２４からの検出値のもとづいてガスエンジンＥが無負荷であるか否かを判断する（ステップＳ１７）。ガスエンジンＥが無負荷のとき、エンジンコントローラ２２は、前記各排気温度センサー３６の検出値にもとづいて、各シリンダ２の排気温度の平均値を算出する（ステップＳ１８）と共に、その平均値を予め内部に記憶されている目標値と比較してその偏差を算出し（ステップＳ１９）、次に、前記偏差の絶対値が予め定めた許容偏差範囲（管理範囲）を超えたか否かを判断し（ステップＳ２０）、超えていない場合には、前記ステップＳ１７に戻って排気温度の監視を続ける。
【００３５】
さらに、前記エンジンコントローラ２２は、前記ステップＳ２０で前記偏差の絶対値が許容偏差範囲を超えた場合には、前記偏差がゼロを超えているか否かを判断し（ステップＳ２１）、前記偏差がゼロを超えているときは、前記バタフライ弁１５の開度検出Ｐによって検出された開度が、前記初期設定開度（１０％開度）からの予め設定した弁開微調整範囲の最大値（前記中間の所定開度である２０％開度）に至っているか否かを判断し（ステップＳ２２）、最大値以上となっているときは、そのまま前記ステップＳ１７に戻り、最大値に至っていないときは、前記バタフライ弁１５を０．５〜１．０％程度の微量開度だけ開弁調整させ（ステップＳ２３）た後に前記ステップＳ１７に戻る。
【００３６】
また、前記ステップＳ２１で、前記偏差がゼロ以下のときは、前記バタフライ弁１５の開度検出Ｐによって検出された開度が、前記初期設定開度からの予め設定した弁開微調整範囲の最小値（０％開度）を超えているか否かを判断し（ステップＳ２４）、最小値となっているときは、そのまま前記ステップＳ１７に戻り、最小値を超えているときは、前記バタフライ弁１５を０．５〜１．０％程度の微量開度だけ閉弁調整させ（ステップＳ２５）た後に前記ステップＳ１７に戻る。該ステップＳ１７において電力計２４からの信号によりガスエンジンＥに負荷が投入されたことが検出されると、排気温度センサー３６からの信号による排気温度の監視動作を終了する。
【００３７】
このようにして、前記エンジンコントローラ２２によって、前記ステップＳ１７〜ステップＳ２５の動作が繰り返えされて、ガスエンジンＥの無負荷状態における各シリンダ２の排気温度が監視され、各シリンダ２の排気温度の平均値が目標値より高い場合は、前記バタフライ弁１５の開度が、初期設定開度（１０％開度）から前記中間の所定開度（２０％開度）までの範囲で大きくなるように調整され、また、各シリンダ２の排気温度の平均値が目標値より低い場合は、前記バタフライ弁１５の開度が、初期設定開度（１０％開度）から全閉までの範囲で小さくなるように微調整されて、各シリンダ２に導入される混合気の空気過剰率が適切な値に調整される。前記ガスエンジンＥに負荷が投入されると、消費される燃料ガス量が増えて燃焼が安定するので、前記負荷投入の時点では前記バタフライ弁１５による空気過剰率の調整は終了される。
【００３８】
前記キャブレター運転モード時における前記バタフライ弁１５の前記初期設定開度（実施の形態の例では１０％開度）は、一定とされているが、ガスエンジンＥの周囲の大気条件の変化、燃料ガスの発熱量の変動等の運転条件の変化に影響されて、キャブレター１２からの混合気の空気過剰率が変動することが考えられるが、前記のように、ガスエンジンＥの起動直後に、定格回転数、無負荷の運転状態におけるシリンダ２からの排気の温度が監視されて、前記バタフライ弁１５の開度が初期設定開度から所定範囲にわたって微調整されることにより、ガスエンジンＥの運転条件の変化に対応して、キャブレター１２から過給機５を経てシリンダ２に供給される混合気に、該過給機５の空気吸入口で空気が適量混入されて、その空気過剰率が適切に調整される。
【００３９】
前記実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気方法によれば、ガスエンジンＥの起動時および低負荷時に、燃料主管７からガス圧レギュレータ１８を備えた燃料管１１を経て供給される燃料ガスをキャブレター１２によって空気と混合し、この混合気を、スロットル弁８を有する管路９によって過給機５の空気吸入口に導入し、該過給機によって圧縮して前記ガスエンジンＥのシリンダ２内に供給し、また、ガスエンジンＥの中、高負荷時に、前記燃料主管７から燃料枝管７ａを経て供給される燃料ガスを、前記過給機５によって圧縮されて前記給気管４から給気枝管４ａを経て送られた空気と混合して、前記シリンダ２に供給する構成とされているので、ガスエンジンＥの起動時および低負荷時に、キャブレター運転モードで、燃料ガスと空気との混合気の濃度をキャブレター１２によって適切に調整し、この濃度調整された混合気を過給機５を経て前記シリンダ２に供給することができ、これにより、ガスエンジンＥのシリンダ２内での混合気の燃焼を失火なく安定して行わせることができると共に、複数のシリンダ２間での排気温度の偏差（ばらつき）を小さくすることができる。また、中、高負荷時に、通常運転モードによる希薄燃焼方式で、従来と同様に高熱効率、低エミッション特性を損なわないガスエンジンＥの運転を行うことができる。
【００４０】
因みに、図７は、前記燃料ガス供給、給気装置１のキャブレター運転モードによって、６気筒の希薄燃焼ガスエンジンＥを起動から無負荷、定格回転で運転した場合において、各シリンダ２の排気温度Ｈを時間Ｔの推移によって変化する状態を示したもである。これによると、各シリンダ２間の排気温度の偏差は３０℃程度であり、時間Ｔの推移で変化が少なく安定しており、図８に示すように、従来の希薄燃焼ガスエンジンでは各シリンダ間の排気温度Ｈの偏差が１００℃程度であるのに比べて大幅に改善されていることが判明した。
【００４１】
また、前記実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置１によれば、給気ダクト３を介して吸入した空気を圧縮して給気主管４、給気枝管４ａを介してシリンダ２に供給する過給機５と、燃料ガス供給源に連絡され燃料ガスを電磁弁６を有する燃料枝管７ａを介して前記シリンダ２に供給する燃料主管７と、ガス遮断弁１０を有する燃料管１１を介して前記燃料ガス供給源に連絡されると共に、前記過給機５の空気吸入口にスロットル弁８を有する管路９を介して連絡され、前記燃料管１１を介して供給された燃料ガスを空気と混合するキャブレター１２と、エアバイパス弁１３を有し前記過給機５の空気吸入口側と吐出口側において前記給気ダクト３と給気主管４に連絡されたバイパス管１４と、前記燃料枝管７ａの電磁弁６、前記バイパス管１４のエアバイパス弁１３、前記燃料管１１のガス遮断弁１０、前記管路９のスロットル弁８の各開閉動作を、ガスエンジンＥの起動時および低負荷時と中、高負荷時とにおいて切り換えて制御する制御装置１６とを備えた構成とされているので、前記燃料ガス供給、給気方法を容易に実施することができ、該燃料ガス供給、給気方法による効果を確実に発揮させることができる。
【００４２】
また、前記燃料ガス供給、給気装置１によれば、給気ダクト３にはその給気口３ａを開閉するバタフライ弁１５が設けられ、制御装置１６によって、ガスエンジンＥの低負荷時に、燃料管１１のガス遮断弁１０が開弁すると共にスロットル弁８が開弁して制御され、燃料枝管７ａの電磁弁６とバイパス管１４のエアバイパス弁１３が閉弁すると共に前記バタフライ弁１５が初期設定開度（１０％開度）に開弁し、ガスエンジンＥの中、高負荷時に、前記ガス遮断弁１０とスロットル弁８が閉弁し、前記電磁弁６とエアバイパス弁１３が開弁して制御されると共に前記バタフライ弁１５が最大開度に開弁するように動作される構成としたので、制御装置１６によって、ガスエンジンＥの低負荷から中、高負荷への運転の切換と、中、高負荷から低負荷への運転の切換を円滑に行うことができる。
【００４３】
また、前記燃料ガス供給、給気装置１によれば、制御装置１６によって、バタフライ弁１５が初期設定開度から開弁を開始したときに、スロットル弁８の閉弁動作と電磁弁６の開弁動作が開始され、前記バタフライ弁１５がキャブレター１２から給気ダクト３（過給機５の空気吸入口）への混合気の供給が絶える中間開度（２０％開度）に開弁するまでに完了し、また、前記バタフライ弁１５がその全開から、前記キャブレター１２から給気ダクト３（過給機５の空気吸入口）への混合気の供給が始まる中間開度（２０％開度）まで閉弁されたときに、前記スロットル弁８の開弁動作と前記電磁弁６の閉弁動作が開始され、前記バタフライ弁１５が初期設定開度に閉弁するまでに完了するように動作されるようにしたので、ガスエンジンＥの低負荷から中、高負荷への運転の切り換え時と、中、高負荷から低負荷への運転の切り換え時に、前記シリンダ２へ供給される混合気量の瞬間的な変動を確実に抑えることができ、ガスエンジンＥの回転数変動を効果的に防止することができる。
【００４４】
また、前記燃料ガス供給、給気装置１によれば、燃料管１１にキャブレター１２内の混合気濃度を調整するガス圧レギュレータ１８が設けられているので、ガスエンジンＥの起動時および低負荷時において、適切に調節された空気過剰率の混合気を過給機５を通してシリンダ２に供給することができて、該シリンダ２内での一層安定した燃焼を得ることができる。
さらに、前記燃料ガス供給、給気装置１によれば、シリンダ２からの排気の温度を検出する排気温度センサー３６が設けられ、制御装置１６が、ガスエンジンＥの起動直後に、定格回転数、無負荷の運転状態における前記排気温度センサー３６の検出値にもとづいて、前記バタフライ弁１５の開度を初期設定開度から所定範囲内で調節するようにしたので、大気条件の変化、燃料ガスの発熱量の変動等のガスエンジンＥの周囲の運転条件の変化に対応して、キャブレター１２からシリンダ２に供給される混合気に給気ダクト３（過給機５の空気吸入口）で空気を混入させて、該混合気の空気過剰率を適切に調節することができる。
【００４５】
その場合、制御装置１６が、排気温度センサー３６により検出される各シリンダ２の排気温度の平均値の目標値に対する偏差がゼロより大きいときは、前記バタフライ弁１５の開度を初期設定開度から大きくなるように、また、前記偏差がゼロより小さいときは、前記バタフライ弁１５の開度を前記初期設定開度から小さくなるように調節するようにしたので、各シリンダ２間で燃焼の偏差（ばらつき）が大きく生じないように、前記キャブレター１２から各シリンダ２に供給される混合気の空気過剰率を一層適切に調整することができる。
【００４６】
次に、図９は本発明の第２の実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置１Ａを示す。該燃料ガス供給、給気装置１Ａは、前記燃料ガス供給、給気装置１における各燃料枝管７ａに電磁弁６に代えてバランシングバルブ３７を設けると共に、前記燃料主管７における前記ガス圧制御弁１７と前記ガス圧センサー３０との間に燃料ガス制御弁（燃料制御弁）３８を設けて、前記電磁弁ドライバー２６に代わるアクチュエータドライバー３９によって、前記燃料ガス制御弁３８の開閉制御の動作を行わせるアクチュエータ４０を作動させるようにしたものである。前記バランシングバルブ３７は燃料枝管７ａの流路の開度を手動で調節するもので、各シリンダ２への燃料ガスの流入量を微調整することができるようになっている。
その他の構成は、前記燃料ガス供給、給気装置１と同じであるので、同一の構成部分には同一符号を付して、それらについての説明は省略する。
【００４７】
前記第２の実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置１Ａにおいては、前記ガスエンジンＥが通常運転モードで運転されるときは、前記エンジンコントローラ２２によって前記バイパス管１４のエアバイパス弁１３が開閉制御されると共に、前記電子ガバナ２３を介してアクチュエータドライバー３９が駆動されてアクチュエータ４０が作動され、前記燃料ガス制御弁３８が開閉制御されるので、前記過給機５によって給気ダクト３を介して吸引された空気が給気主管４と給気枝管４ａを通って吸気ポートからシリンダ２に供給され、一方、燃料ガス供給源から燃料ガスが燃料主管７と燃料枝管７ａを通って前記給気ポートに導入され、給気枝管４ａからの空気と混合されてシリンダ２へ供給される。その他は前記燃料ガス供給、給気装置１と同様に作用し、燃料ガス供給、給気装置１と同様な効果を奏する。
【００４８】
なお、前記実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジン１，１Ａにおいては、前記ガスエンジンＥの運転状態における負荷を、発電機２１の出力電力を検出する電流計２４の検出値にもとづいて検出するようにしているが、これに限らず、ガスエンジンＥの出力軸２０のトルクを検出して、これと回転計３２による回転数とから求めるようにしてもよい。また、前記バタフライ弁１５の開度位置を検出する開度検出器Ｐとしてポテンショメーターを使用するのが好ましいが、これに代えてリミットスイッチ、近接スイッチ等を使用することもできる。また、前記バタフライ弁１５の初期設定開度と中間の所定開度を、それぞれ全開時の１０％開度、２０％開度としたが、それらの開度は、ガスエンジンＥの運転調整時に決定されるものであり、ガスエンジンＥの仕様、使用する燃料ガスの種類等の条件によって他の数値に設定することもできる。
【００４９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の優れた効果を奏する。
請求項１に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置によれば、ガスエンジンの起動時および低負荷時に、キャブレターによって燃料ガスと空気との濃度調整されて適切な空気過剰率の混合気を得て、該混合気を過給機を経て前記シリンダに供給することができるので、ガスエンジンのシリンダ内での混合気の燃焼を失火なく安定して行わせることができると共に、複数のシリンダ間での排気温度の偏差を小さくすることができる。また、中、高負荷時に、従来と同様に高熱効率、低エミッション特性を損なわないガスエンジンの運転を行うことができる。さらに、制御装置によって、ガスエンジンの低負荷から中、高負荷への運転の切換と、中、高負荷から低負荷への運転の切換を円滑に行うことができる。
【００５２】
請求項２に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置によれば、ガスエンジンの低負荷から中、高負荷への運転の切換時と、中、高負荷から低負荷への運転の切換時に、シリンダへ供給される混合気量の瞬間的な変動を確実に抑えることができ、ガスエンジンの回転数変動を効果的に防止することができる。
【００５３】
請求項３に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置によれば、ガスエンジンの起動時および低負荷時において、キャブレターで一層適切に調節された空気過剰率の混合気を過給機を通してシリンダ内に供給することができて、該シリンダ内での一層安定した燃焼を得ることができる。
【００５４】
請求項４に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置によれば、大気条件の変化、燃料ガスの発熱量の変動等のガスエンジンの周囲の運転条件の変化に対応して、キャブレターからシリンダ内に供給される混合気に給気ダクトで空気を混入させて、該混合気の空気過剰率を適切に調節することができる。
【００５５】
請求項５に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置によれば、複数のシリンダ間で燃焼のばらつきが生じないように、キャブレターから各シリンダに供給される混合気の空気過剰率を一層適切に調整することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の一実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置を示す系統図である。
【図２】 本発明の一実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置の作用（キャブレター運転モード）を示すフロー図である。
【図３】 本発明の一実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置の作用（通常運転モード）を示すフロー図である。
【図４】 本発明の一実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置の１つの運転モード切換時における動作状態を示す線図である。
【図５】 本発明の一実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置の他の運転モード切換時における動作状態を示す線図である。
【図６】 本発明の一実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置の作用（キャブレター運転モード）を示すフロー図である。
【図７】 本発明の一実施の形態に係る燃料ガス供給、給気装置による希薄燃焼ガスエンジンの起動から無負荷運転時の排気温度の変化を示す線図である。
【図８】 従来の燃料ガス供給、給気装置による希薄燃焼ガスエンジンの起動から無負荷運転時の排気温度の変化を示す線図である。
【図９】 本発明の第２の実施の形態に係る希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置を示す系統図である。
【符号の説明】
１ 燃料ガス供給、給気装置
２ シリンダ
３ 給気ダクト
４ 給気主管（給気管）
４ａ 給気枝管（給気管）
５ 過給機
６ 電磁弁（燃料制御弁）
７ 燃料主管（燃料供給管）
７ａ 燃料枝管（燃料供給管）
８ スロットル弁
９ 管路
１０ ガス遮断弁（開閉弁）
１１ 燃料管
１２ キャブレター
１３ エアバイパス弁（開閉制御弁）
１４ バイパス管
１５ バタフライ弁（給気開閉弁）
１６ 制御装置
１８ ガス圧レギュレータ（ガス圧調整装置）
２１ 発電機
２２ エンジンコントローラ
２３ 電子ガバナ
２４ 電力計
Ｅ 希薄燃焼ガスエンジン
Claims (5)
- 給気ダクトを介して吸入した空気を圧縮して給気管を介してシリンダに供給する過給機と、燃料供給源に連絡され燃料ガスを燃料制御弁を介して前記シリンダに供給する燃料供給管と、開閉弁を有する燃料管を介して前記燃料供給源に連絡されると共に、前記過給機の空気吸入口にスロットル弁を有する管路を介して連絡され、前記燃料管を介して供給された燃料ガスを空気と混合するキャブレターと、開閉制御弁を有し前記過給機の空気吸入口側と吐出口側において前記給気ダクトと給気管に連絡されたバイパス管と、前記燃料供給管の燃料制御弁、前記バイパス管の開閉制御弁、前記燃料管の開閉弁、前記管路のスロットル弁の各開閉動作を、ガスエンジンの起動時および低負荷時と中、高負荷時とにおいて切り換えて制御する制御装置とを備え、
前記給気ダクトにはその給気口を開閉する給気開閉弁が設けられ、前記制御装置によって、ガスエンジンの低負荷時に、前記開閉弁が開弁すると共に前記スロットル弁が開弁して制御され、前記燃料制御弁と開閉制御弁が閉弁すると共に前記給気開閉弁が初期設定開度に開弁し、ガスエンジンの中、高負荷時に、前記開閉弁とスロットル弁が閉弁し、前記燃料制御弁と開閉制御弁が開弁して制御されると共に前記給気開閉弁が最大開度に開弁するように動作されることを特徴とする希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置。 - 前記制御装置によって、前記給気開閉弁が初期設定開度から開弁を開始したときに、前記スロットル弁の閉弁動作と前記燃料制御弁の開弁動作が開始され、前記給気開閉弁が前記キャブレターから過給機の空気吸入口への混合気の供給が絶える中間開度に開弁するまでに完了し、また、前記給気開閉弁がその最大開度から、前記キャブレターから過給機の空気吸入口への混合気の供給が始まる中間開度まで閉弁されたときに、前記スロットル弁の開弁動作と前記燃料制御弁の閉弁動作が開始され、前記給気開閉弁が初期設定開度に閉弁するまでに完了するように動作されることを特徴とする請求項１に記載の希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置。
- 前記燃料管に前記キャブレター内の混合気濃度を調整するガス圧調整装置が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置。
- 前記シリンダからの排気の温度を検出する排気温度センサーが設けられ、前記制御装置は、ガスエンジンの起動直後に、定格回転数、無負荷の運転状態における前記排気温度センサーの検出値にもとづいて、前記給気開閉弁の開度を初期設定開度から所定範囲内で調節することを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置。
- 前記制御装置は、前記排気温度センサーにより検出される各シリンダの排気温度の平均値の目標値に対する偏差がゼロより大きいときは、前記給気開閉弁の開度を初期設定開度から大きくなるように、また、前記偏差がゼロより小さいときは、前記給気開閉弁の開度を前記初期設定開度から小さくなるように調節することを特徴とする請求項４に記載の希薄燃焼ガスエンジンの燃料ガス供給、給気装置。
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