JP4521826B2 - ガス燃料供給装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガス燃料供給装置に関し、特に、液化ガス供給路を介して供給される液化ガスを圧力調整器内で気化させて圧力調整した状態でガスエンジンに供給するガス燃料供給装置に関する。

従来、ブタンガス等の液化石油ガスが火花点火式エンジンの燃料として使用されている。そして、この燃料を吸気管路に噴射してエンジンに供給するに際しては、燃料を液体状態でなく、所定正圧で調圧気化して噴射させるのが一般的である。そして、液化ガスが気化する際に大量の気化熱を必要とすることから、気化を促進するための加熱に様々な工夫がなされている。

例えば、特開平１０−１２２０５６号公報には、液化ガス供給路をエンジンのシリンダヘッドの周りを経由させることによってエンジンの運転で発生する熱を気化促進に利用する液化燃料の気化装置が開示されている。

また、実公昭６０−１６７６０号公報には、電気ヒータ等の加熱手段で気化器等を加熱して気化促進を図るようにした液化ガス機関の燃料加熱装置が開示されている。
特開平１０−１２２０５６号公報 実公昭６０−１６７６０号公報

エンジンの熱を利用する特許文献１に開示された装置はエンジン始動後にのみ利用できるものであり、エンジン始動前の予熱には使えない。また、エンジンの高負荷運転時のは液化ガス供給路内が高温高圧になるため、液化ガス供給路を高温高圧に耐える頑強な構造にする必要がある。

特許文献２に開示された装置では、低温始動時のように圧力調整器の温度が低い場合には、気化室で一旦気化されたガス燃料が圧力調整器内で再液化することがある。特に、気化室と圧力調整器とが一体的に形成されている場合は、気化室で随時気化されていく過程で、気化に伴って周囲から気化潜熱を奪って圧力調整器の温度を低下させるので、この低下分も含めた熱量を供給することができる加熱手段が必要となる。

しかし、気化室は通常は液化ガスの入口付近である端部に設けられているので、圧力調整器を含めたユニット全体を所望の温度に維持するためには大きい電気ヒータを設ける必要があるし、加熱効率も悪いという問題点がる。

本発明の目的は、上記課題を解消して、効率的に圧力調整器を加熱するのに好適なガス燃料供給装置を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明は、液化ガス供給路を介して供給される液化ガス燃料を気化させる気化器と、気化されたガス燃料の圧力を調整する圧力調整器と、この調圧されたガス燃料をエンジンに設けられたミキサに供給するガス燃料供給装置において、液化燃料の気化を促進するため前記気化器に設けられた第１の加熱手段と、前記圧力調整器に設けられた第２の加熱手段と、前記第１および第２の加熱手段をそれぞれ個別に付勢する制御手段とを具備した点に第１の特徴がある。

また、本発明は、前記気化器の温度を検出する第１の温度センサと、前記圧力調整器のケーシング温度を検出する第２の温度センサとを具備し、前記第２の温度センサが、前記第２の加熱手段の熱影響を直接受けないように距離をおいた位置に設けられた点に第２の特徴がある。

さらに、本発明は、前記圧力調整器が、ガス燃料を調圧する一次調圧室と、一次調圧室で調整された圧力を大気圧補正する二次調圧室とからなり、前記第２の加熱手段を前記一次調圧室側および前記二次調圧室側の一方に、前記第２の温度センサを他方に配置した点に第３の特徴がある。

第１の特徴によれば、気化器および圧力調整室のそれぞれに加熱手段を設けたので、それぞれで要求される最適の温度に加熱して液化ガスの気化と温度保持を実現することができる。また、加熱手段を分散させたのでそれぞれの容量を小さくして効率よく加熱することができる。

第２および第３の特徴によれば、第２の温度センサは発熱手段から直接影響を受けないので、圧力調整器ケーシングにおいて温度が安定した低温側を基準とした温度管理を行うことができるので、管理を複雑化しない。

以下に図面を参照して本発明の一実施形態を詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るガスエンジン内に設けられる燃料供給装置の燃料供給系統図である。ガスエンジンＥのクランク軸１には、エンジン始動操作用のリコイルスタータ２とガスエンジンＥで駆動される発電機３とが連結される。ガスエンジンＥの吸気ポート５に連通する吸気通路６にはミキサ７が装着され、このミキサ７には、吸気通路６を通る吸入空気を清浄にするエアクリーナ８が接続される。

ミキサ７は、吸気通路６を開閉するスロットル弁９と、このスロットル弁９の上流側で吸気通路に開口する燃料ノズル１０とが設けられ、この燃料ノズル１０に連なる気化燃料通路１２の上流端が圧力調整器１３の燃料出口１３ａに接続される。圧力調整器１３には気化室１４が設けられ、この気化室１４の燃料入口１４ａに、液化ガス燃料（例えば、液化ブタンガス）を充填したカセット式燃料ボンベ１６から延出された液化燃料通路１５の下流端が接続される。圧力調整器１３は、気化室１４で気化された高圧の気化燃料を大気圧に調整するようになっている。

前記液化燃料通路１５には、第１遮断弁２１および第２遮断弁２２が互いに並列状態で介装される。第１遮断弁２１は、ハウジング２５と、このハウジング２５内を仕切って負圧作動室２６と弁室２７とを形成するダイアフラム２８と、弁室２７でダイアフラム２８の中心部に連結された弁体２９と、負圧作動室２６に収容されてダイアフラム２８を弁室２７側に付勢する閉弁ばね３０とを備える。

ハウジング２５には、弁体２９が着座する弁座管３１と、弁室２７に常時開口する燃料導入管３２と、負圧作動室２６に常時開口する負圧導入管３３とが設けられる。燃料導入管３２には、燃料ボンベ１６から延びる液化燃料通路１５の上流側部分１５ａの下流端が接続され、弁座管３１には、気化室１４に至る液化燃料通路１５の下流側部分１５ｂの上流側が接続される。

負圧導入管３３には、ガスエンジンＥのクランク室４から延びる圧力通路３４が接続される。この圧力通路３４に、クランク室４の脈動圧力のうち、負圧のみを負圧作動室２６側に伝達する一方向弁３６と、リークオリフィス３７とが並列に介装される。

また、ダイアフラム２８および弁体２９には、ハウジング２５の天井壁を摺動かつ気密に貫通する手動ロッド３８が連結され、この手動ロッド３８を引くことにより、弁体２９を強制的に弁座管３１から離脱させることができる。第２遮断弁２２は電磁式であり、発電機３の発生電力によって励起されて開弁するように設定される。

気化室１４には液化ガス燃料を加熱して気化を促進する第１の加熱手段を構成する第１ヒータ４０が設けられ、圧力調整器１３には、気化された液化ガス燃料が再液化するのを防止する第２の加熱手段を構成する第２ヒータ４１が設けられる。例えば、ガスエンジンＥが停止している間や、使用環境が極めて低温である場合などに一旦気化した燃料ガスが再液化することがあり、始動性や運転効率を劣化させるおそれがある。第１ヒータ４０や第２ヒータ４１を設けておくことにより、始動前にエンジンを予熱することによって良好な始動性を確保できるし、運転中も気化潜熱によって温度が低下する気化室１４や圧力調整器１３を加熱することができる。

第１ヒータ４０および第２ヒータ４１は、エンジン始動前は、外付けのバッテリから電力を得るようにする一方、エンジン始動後は発電機３の発電出力から電力を得るようにするのがよい。

上記構成の燃料供給装置の動作を説明する。ガスエンジンＥの始動時には、リコイルスタータ２を操作してエンジンを回転させる。このクランキングによってピストンが往復動すると、クランク室４に脈動圧力が発生する。この脈動圧力のうち、負圧のみが一方向弁３６を経由して第１遮断弁２１の負圧作動室２６に伝達される。負圧作動室２６の負圧は、戻しばね３０の付勢力に抗してダイアフラム２８を負圧作動室２６側に偏倚させる。これにより、燃料ボンベ１６の高圧液化燃料は、液化燃料通路１５、並びに第１遮断弁２１の燃料導入管３２、弁室２７および弁座管３１を経由して気化室１４に流入する。

気化室１４で気化された燃料は圧力調整室１３で大気圧に調整された後、気化燃料通路１２を経由して燃料ノズル１０からミキサ７内に供給される。ミキサ７内の吸気通路６では、燃料ノズル１０からの噴霧燃料とエアクリーナ８で清浄化された空気との混合気が生成される。混合気はスロットル弁９で流量制御されながらガスエンジンＥに供給され、ガスエンジンＥが始動される。

このように第１遮断弁２１は、クランク室４に発生する脈動圧力を利用して開弁するように構成されるので、手動操作によるクランキングに連動して確実に開弁することができる。したがって、バッテリを常備していないガスエンジンでも、また、バッテリを常備しているが充電不足となっているガスエンジンでも、ミキサ７に気化燃料を確実に給送してスムーズに始動することができる。

ガスエンジンＥが通常の運転状態になって、発電機３が発電を開始すると、その出力の一部が電磁式の第２遮断弁２２に給電され、第２遮断弁２２は励起されて開弁する。液化燃料通路１５は、第１及び第２遮断弁２１，２２の開弁によって開度が拡がり、ガスエンジンＥの高負荷運転状態においてもミキサ７に十分な量の気化燃料を供給することができる。しかも、第２遮断弁２２は第１遮断弁２１と併用することによって小型のものとすることができる。

ガスエンジンＥの運転を停止すると、クランク室４は大気圧状態となり、一方向弁３６と並列配置されているリークオリフィス３７を通じてクランク室４の大気が第１遮断弁２１の負圧作動室２６に流入する。その結果、負圧作動室の圧力が大気圧に平衡するので、弁体２９は閉弁ばね３０の付勢力で弁座管３１に着座する。一方、発電機３も発電を停止するので、第２遮断弁２２も閉弁する。

第１及び第２遮断弁２１，２２の閉弁によって液化燃料通路１５は遮断されるので、燃料ボンベ１６から気化室１４および圧力調整器１３への液化燃料の供給を防ぐことができる。したがって、ガスエンジンＥが再び始動されたとき、圧力調整器１３に直接液化燃料が供給されることに起因する混合気の過濃化を未然に防ぎ、ガスエンジンＥの正常な作動を確保することができる。

燃料ボンベ１６の燃料を使い切り、新たな燃料ボンベ１６を液化燃料通路３４に接続した場合には、第１遮断弁２１の手動ロッド３８を引き上げて、弁体２９を戻しばね３０の付勢力に抗して弁座管３１から離脱させる。そうすると、第１遮断弁２１は開弁状態にすることができるので、液化燃料通路３４及び圧力調整器１３に燃料を素速く充填して、ガスエンジＥの始動に備えることができる。

図２は、液化ガス燃料の圧力調整装置の断面図である。図２において、圧力調整装置５０は圧力調整器１３と気化室１４とを有する一体化した構成を有している。圧力調整器１３は、調整器ボディであるケーシング５０ｂ内に設けられた気化室１４と、圧力調整器１３を構成する一次調圧室５１と二次調圧室５２とを備える。気化室１４は、圧力調整装置５０の液化ガス燃料入口端部に配置された空間であり、気化促進材５３が収容されている。気化促進材５３は無数の連続気孔を持ったフィルタ材（例えば、メッシュ材、ハニカム形状材、多孔質焼結材等）で構成され、気化室１４に対して着脱自在である。

気化室１４の開口部はフランジ部５４ａとボス部５４ｂとからなる蓋部５４で覆われる。蓋部５４は、第１ヒータ４０で発生した熱を気化室１４に伝導できるように熱良導体で形成される。ケーシング５０ｂの表面とフランジ部５４ａとの対向面にはシール部材５５が設けられる。さらに、蓋部５４はフランジ部５４ａの表面およびボス部５４ｂにかけて断熱材からなる保温カバー５６で覆われている。保温カバー５６内には環状の第１ヒータ４０が収納されている。蓋部５４はボルト５７でケーシング５０ｂに固定され、保温カバー５６は止めねじ５８でフランジ部５４ｂに固定される。ボス部５４ｂには、気化室１４に通じる通孔５９が形成され、この通孔５９の端部つまり前記燃料入口１４ａには液化燃料通路１５につながる第１ジョイント部材６０が螺着されている。

一次調圧室５１および第２調圧室５２には、それぞれダイアフラム式調圧機構が設けられる。一次調圧室５１のダイアフラム機構は、ばね部材６１で内側に付勢されたダイアフラム６２で作動するレバー部材６３を備える。レバー部材６３は中間部材６４を介してダイアフラム６２に係合しており、一次調圧室５１の圧力に応じて偏倚するダイアフラム６２の動きに従動して枢動する。レバー部材６３の一端は気化室１４に通じる第１通路６５の開口に当接しており、レバー部材６３の動きに応じて第１通路６５が開閉される。

第２調圧室５２も、第１調圧室５１と同様、ばね部材６６で内側に付勢されたダイアフラム６７で作動するレバー６８を備えており、レバー部材６８は二次調圧室５２の圧力に応じて偏倚するダイアフラム６７の動きに従動して枢動する。レバー部材６８の一端は第１調圧室５１に通じる第２通路６９の開口に当接しており、レバー部材６８の動きに応じて第２通路６９が開閉される。

二次調圧室５２は前記燃料出口１３ａとなる開口を有し、この燃料出口１３ａには、気化燃料通路１２につながる第２ジョイント部材７０が固着されている。

ケーシング５０ｂには第２ヒータ４１が設置される。第２ヒータ４１は、第２通路６９に沿った位置（第１位置）もしくは二次調圧室５２の第２ジョイント部材７０寄り（第２位置）のいずれかに配置するのがよい。図中第１位置に配置された第２ヒータ４１は実線で示し、第２位置に配置された第２ヒータ４１は点線で符号４１ａを付して示す。

気化室１４の温度を検出する第１温度センサ７１を設ける。第１温度センサ７１は気化促進材５３を収容した空間の壁部に設置するのが好ましい。また、圧力調整器１３の温度を検出する第２温度センサ７２を設ける。第２温度センサ７２は第２ヒータ４１の設置位置から離して配置するのがよい。圧力調整器１３の温度管理を圧力調整器１３の低温側を基準として行うことができるからである。第２ヒータ４１を第１位置に設けた場合は、第２温度センサ７２は第２ジョイント部材７０の近傍に図示のように配置するのがよいし、第２ヒータ４１を第２位置に設けた場合は、第２温度センサ７２は第２通路６９に近接した第１位置に配置するのが好ましい。

図３は、第１ヒータ４０および第２ヒータの制御回路の一例を示す図である。第１ヒータ４０および第２ヒータ４１には、それぞれ通電制御素子としてのＦＥＴ４７，４８とシャント抵抗７５，７６が直列に接続されている。シャント抵抗７５，７６はそれぞれ接地され、第１ヒータ４０および第２ヒータ４１には、共通の電源４２から電力が供給される。電源４２は外付けのバッテリまたは発電機３で構成することができる。マイクロコンピュータ（以下、「マイコン」という）４５の電源も電源４２から作られる。マイコン４５は第１および第２の温度センサ７１，７２で検出した温度を気化室１４および圧力調整器１３のそれぞれで要求する予定の温度に調整するよう、ＦＥＴ４７，４８のデューティを制御する。さらに、マイコン４５はシャント抵抗７５，７６の電流をフィードバックして、第１および第２ヒータ４０，４１の使用状況による電源４２の電圧変動を補償する制御を行うことができる。

図４，図５は、ヒータ位置と実測温度との関連を示す図であり、エンジン停止時にヒータで予熱された圧力調整器および気化室の温度分布を示す図である。図４は、第１ヒータ４０を気化室１４の壁面に装着し、第２ヒータ４１を前記第１位置つまり一次調圧室５１近くに装着し、かつ第１温度センサ７１を気化室１４に、第２温度センサ７２を二次調圧室５２に装着した場合の図である。図５は、第１ヒータ４０を気化室１４の壁面に装着し、第２ヒータ４１を前記第２位置つまり第２ジョイント部材７０近くに装着し、かつ第１温度センサ７１を気化室に、第２温度センサ７２を第１位置に装着した場合の図である。

図４と図５のケーシングの温度分布Ｔｄは互いに異なるが、いずれの温度分布Ｔｄをみても、圧力調整器１３では、再液化防止に必要な温度Ｔ１を上回っており、気化器１４では、気化に必要な温度Ｔ２を上回っているのが分かる。

このように本実施形態では、気化燃料の再液化防止と、気化促進という二つの役割に応じたヒータを設け、さらに二つの温度センサを効果的な位置に配置することにより、効率的に圧力調整器１３や気化室１４を加熱できるようにした。

なお、本発明はこの実施形態に限定されず、発明の趣旨を逸脱しない範囲で変形可能である。すなわち、第１ヒータ４０は、気化を促進する目的で設けるのであるから、気化室１４の近傍に設けられていればよいし、第２ヒータ４１はケーシング５０ｂにおいて、一次調圧室５１および二次調圧室５２を含む気化燃料の通路に沿った領域に配置すればよい。そして、一次調圧室５１および二次調圧室５２のいずれか一方寄りに設けた第１ヒータ４０から距離をおいて第２の温度センサ７２を配置してあればよい。

本発明の一実施形態に係る燃料供給装置の系統図である。 一体化された圧力調整器および気化室の断面図である。 ヒータ制御部の回路図である。 第１および第２ヒータによって予熱された圧力調整器および気化室の温度分布を示す図（その１）である。 第１および第２ヒータによって予熱された圧力調整器および気化室の温度分布を示す図（その２）である。

符号の説明

Ｅ…エンジン、 １…クランク軸、 ２…リコイルスタータ、 ３…発電機、 ７…ミキサ、 １０…燃料ノズル、 １２…気化燃料通路、 １３…圧力調整器、 １４…気化室、 １５…液化燃料通路、 １６…燃料ボンベ、 ２１…第１遮断弁、 ４０，４１…電気ヒータ、 ５０…圧力調整装置、 ５１…一次調圧室、 ５２…二次調圧室、 ６９…第２通路、 ７１…第１温度センサ、 ７２…第２温度センサ

Claims (2)

1. 液化ガス供給路を介して供給される液化ガス燃料を気化させる気化器と、気化されたガス燃料の圧力を調整する圧力調整器と、この調圧されたガス燃料をエンジンに設けられたミキサに供給するガス燃料供給装置において、
   液化燃料の気化を促進するため前記気化器に設けられた第１の電気ヒータと、
   前記圧力調整器に設けられた第２の電気ヒータと、
   前記第１および第２の電気ヒータのそれぞれに個別に通電する制御手段と、
   前記気化器の温度を検出する第１の温度センサと、
   前記圧力調整器のケーシング温度を検出する第２の温度センサとを具備し、
   前記第２の温度センサが、前記第２の電気ヒータの熱影響を直接受けないように距離をおいた位置に設けられたことを特徴とするガス燃料供給装置。
2. 前記圧力調整器が、ガス燃料を調圧する一次調圧室と、一次調圧室で調整された圧力を大気圧補正する二次調圧室とからなり、
   前記第２の加熱手段を前記一次調圧室側および前記二次調圧室側の一方に、前記第２の温度センサを他方に配置したことを特徴とする請求項１記載のガス燃料供給装置。

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