JP5073039B2 - ガスエンジンのガス供給装置及び該ガス供給装置をそなえたガスエンジン - Google Patents

Description

本発明は、特に低カロリーガス（低発熱量のガス）を燃料ガスとして用いるガスエンジンに好適であり、排気ターボ過給機を備え、燃料ガス通路を通して供給される燃料ガスと空気とを混合し、この混合気をシリンダ内に供給して着火燃焼せしめるガスエンジンのガス供給装置であって、燃料ガスと空気とを別個の過給機で圧縮するように構成されたガスエンジンのガス供給装置及び該ガス供給装置をそなえたガスエンジンに関する。

希薄燃焼ガスエンジンにおいては、燃料ガスと空気とを所要の空燃比に制御して混合し、この混合ガスをスロットル弁等の混合ガス流量調整手段を備えた給気管を通して、エンジンの燃焼室に供給している。
かかる希薄燃焼ガスエンジンのうち、排気ターボ過給機（以下過給機という）を備えたガスエンジンにおいては、次のような２種類の燃料ガスの供給方法が用いられている。
（１）各シリンダの給気枝管に、ガスコンプレッサによって過給空気圧よりも高圧に加圧された燃料ガスを各シリンダの直前で噴射する。
（２）燃料ガスを過給機入口空気と混合してこの混合気を過給機に供給し、過給機にてこの混合気を圧縮してエンジンに供給する。

さらに前記（１）の手段と（２）の手段とを組み合わせた技術として、特許文献１（特開２００１−１３２５５０号公報）の技術が提供されている。
かかる技術においては、ガスコンプレッサによって加圧された燃料ガスを給気通路のシリンダ入口またはシリンダ内に供給するとともに、前記ガスコンプレッサにて加圧する前の燃料ガスを過給機上流側の空気通路に供給して空気と混合し、この混合気を過給機のコンプレッサで圧縮して給気通路のシリンダ入口またはシリンダ内に供給するようにし、さらに前記シリンダ側給気通路への燃料ガスの直接供給と燃料ガスの過給機上流側空気通路への供給とを切換弁により切換え可能に構成している。

特開２００１−１３２５５０号公報

しかしながら、特許文献１にて提供されている従来技術にあっては、次のような問題点を有している。
即ち、ガスコンプレッサによって加圧された燃料ガスを給気通路のシリンダ入口またはシリンダ内に供給する直接燃料ガス供給系では、燃料ガスを過給空気圧よりも高圧に圧縮する必要があるが、かかる従来技術の直接燃料ガス供給系にあっては専用のガスコンプレッサを設置しているため、燃料ガスとして炭鉱メタンガス等の低カロリーガス（低発熱量のガス）を用いる場合には、低圧で大流量のガスを圧縮するために大型で大容量のガスコンプレッサを必要とする。
一方、かかる従来技術における、前記ガスコンプレッサにて加圧する前の燃料ガスを過給機上流側の空気通路に供給して空気と混合し、該混合気を過給機のコンプレッサで圧縮して給気通路側に供給する過給機圧縮の混合ガス供給系では、燃料ガスと空気が混合して可燃性が高くなっている混合ガスを過給機で高温、高圧に加圧するため、過給機出口で混合ガスが爆発する危険性を内包している。

従って、本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、燃料ガス圧縮用の専用のガスコンプレッサを不要として、燃料ガス圧縮のためのエネルギー損失を低減すると共に構造を簡単化し、また低カロリーガス（低発熱量のガス）燃料を容易に使用可能とし、さらには過給機出口での混合ガスの爆発の可能性を皆無としたガスエンジンのガス供給装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、エンジンからの排気ガスにより駆動される排気ターボ過給機を備え、燃料ガス通路を通して供給される燃料ガスと空気とを混合し、この混合気を各シリンダ内に供給して着火燃焼せしめるガスエンジンにおいて、前記排気ターボ過給機を、前記燃料ガスを圧縮する燃料ガスコンプレッサ及び前記排気ガスのエネルギーにより燃料ガスコンプレッサを駆動する第１タービンをそなえた燃料ガス用過給機と、前記空気を圧縮する空気コンプレッサ及び前記排気ガスのエネルギーにより空気コンプレッサを駆動する第２タービンをそなえた空気用過給機とにより構成し、前記燃料ガス用過給機で圧縮された燃料ガスと前記空気用過給機で圧縮された空気とを混合して前記各シリンダに供給するように構成されたこと要旨とし、
前記第１タービンと第２タービンを合一化し、合一化した一台のタービンと燃料ガスコンプレッサとの連結軸あるいは空気コンプレッサとの連結軸のいずれか一方に前記燃料ガスコンプレッサあるいは空気コンプレッサに前記タービン回転数を変速して伝達する変速装置とをそなえたことを特徴とする。

かかる発明によれば、排気ターボ過給機を、燃料ガスを圧縮する燃料ガスコンプレッサ及び該燃料ガスコンプレッサを駆動する第１タービンをそなえた燃料ガス用過給機と、空気を圧縮する空気コンプレッサ及び該空気コンプレッサを駆動する第２タービンをそなえた空気用過給機との２系統の過給機により構成し、燃料ガス用過給機で圧縮された燃料ガスと空気用過給機で圧縮された空気とを各シリンダの入口に供給するように構成したので、排気ガスのエネルギーを利用して燃料ガスを圧縮することとなって、前記特許文献１にて提供されている従来技術のような、燃料ガスを圧縮するための専用のガスコンプレッサが不要をなり、燃料ガス用過給機の容量を制御することにより、炭鉱メタンガス等の低カロリーガスを用いる場合でも所要のガス圧力を容易に得ることができ、従って、燃料ガスを圧縮するための専用のガスコンプレッサを要することなく、炭鉱メタンガス等の低カロリーガスでの安定運転が可能となる。

従ってかかる発明によれば、排気ガスのエネルギーを利用して燃料ガスを圧縮するので、燃料ガス圧縮のためのエネルギー損失を低減でき、また排気ターボ過給機の機能を利用して燃料ガスを圧縮することにより、燃料ガスの圧縮用の専用ガスコンプレッサを設ける場合よりも構造が簡単かつ低コストとなる。

また、かかる発明によれば、燃料ガス用過給機の燃料ガスコンプレッサで燃料ガスのみを圧縮し、空気用過給機の空気コンプレッサで空気のみを圧縮して、圧縮燃料ガスと圧縮空気とを各シリンダの入口前で混合して混合気を生成し、該混合気を各シリンダ内に供給するように構成したので、前記燃料ガスコンプレッサでは燃料ガスのみを圧縮するため、前記従来技術のような燃料ガスと空気との混合気を圧縮するものに比べて、過給機出口で燃料ガスが爆発を起こす危険性は殆ど無くなり、エンジンの安全運転を実現できる。

また、１つの排気タービンで、燃料ガスコンプレッサ及び空気コンプレッサを駆動し、かつ排気タービンと燃料ガスコンプレッサとの連結軸あるいは該排気タービンと空気コンプレッサとの連結軸に変速装置を介装することにより、燃料ガスコンプレッサからの燃料ガス量と空気コンプレッサの空気量との流量比、及び燃料ガスコンプレッサからの燃料ガス圧力と空気コンプレッサからの空気圧力との圧力比を、エンジン運転条件によって適正値に調整することが可能となる。
また、１台の排気タービンで、燃料ガスコンプレッサ及び空気コンプレッサを駆動するので、排気タービンの台数が最少限で済み、機器数が少なく構造が簡単になる。

かかる発明において、好ましくは、前記排気タービン入口の排気通路から該排気タービンをバイパスして排気出口側に解放される排気バイパス通路を設けるとともに、該排気バイパス通路を開閉する排気バイパス弁を設け、前記エンジンへの混合気量が目標混合気量になるように前記排気バイパス弁の開度を制御するコントローラをそなえる。

このように構成すれば、１台の排気タービンで、燃料ガスコンプレッサ及び空気コンプレッサを駆動する排気ターボ過給機をそなえたガスエンジンにおいて、エンジンの運転条件により排気バイパス弁の開度を制御することにより、燃料ガス用過給機及び空気用過給機の供給される排気ガス量を当該運転条件に適合した排気ガス量に調整し、エンジンへの混合気量を運転条件毎の所要混合気量に制御でき、空気過剰率をほぼ一定に保持してエンジンを運転することが可能となる。
以上の構成からなるガス供給装置は、ガスエンジン全般に適用できる。

本発明によれば、排気ターボ過給機を、燃料ガス圧縮用の燃料ガスコンプレッサ及びこれを駆動する第１タービンをそなえた燃料ガス用過給機と、空気圧縮用の空気コンプレッサ及びこれを駆動する第２タービンをそなえた空気用過給機との２系統の過給機により構成し、燃料ガス用過給機で圧縮された燃料ガスと空気用過給機で圧縮された空気とを各シリンダの入口に供給するように構成したことにより、排気ガスのエネルギーを利用して燃料ガスを圧縮することができて、従来技術のような燃料ガス圧縮用の専用のガスコンプレッサが不要をなり、炭鉱メタンガス等の低カロリーガスを用いる場合でも燃料ガス用過給機の容量を制御することにより所要のガス圧力を容易に得ることができ、これにより、燃料ガスを圧縮するための専用のガスコンプレッサを要することなく、炭鉱メタンガス等の低カロリーガスでの安定運転が可能となる。
従って本発明によれば、排気ガスのエネルギーを利用して燃料ガスを圧縮することにより、燃料ガス圧縮のためのエネルギー損失を低減できるとともに、排気ターボ過給機の機能を利用して燃料ガスを圧縮することにより燃料ガスの圧縮用の専用ガスコンプレッサを設ける場合よりも構造が簡単かつ低コストとなる。

また、本発明によれば、燃料ガス用過給機の燃料ガスコンプレッサで燃料ガスのみを圧縮し、空気用過給機の空気コンプレッサで空気のみを圧縮して、圧縮燃料ガスと圧縮空気とを各シリンダの入口前で混合して混合気を生成して各シリンダ内に供給するように構成したことにより、前記燃料ガスコンプレッサでは燃料ガスのみを圧縮するため、燃料ガスと空気との混合気を圧縮するもののような、過給機出口で燃料ガスが爆発を起こす危険性は殆ど無くなり、エンジンの安全運転を実現できる。

また、本発明によれば、燃料ガス圧縮用の燃料ガスコンプレッサと、空気圧縮用の空気コンプレッサとを、１台の排気タービンで回転駆動するとともに、排気タービンと燃料ガスコンプレッサとの連結軸あるいは排気タービンと空気コンプレッサとの連結軸のいずれか一方または双方に変速装置とをそなえた構造とすることにより、燃料ガスコンプレッサからの燃料ガス量と空気コンプレッサの空気量との流量比、及び燃料ガスコンプレッサからの燃料ガス圧力と空気コンプレッサからの空気圧力との圧力比を、エンジン運転条件によって適正値に調整することが可能となる。
また、１台の排気タービンで、燃料ガスコンプレッサ及び空気コンプレッサを駆動するので、排気タービンの台数が最少限で済み、機器数が少なく構造が簡単になる。

本発明に係るガスエンジンのガス供給装置の全体構成図である。 本発明の第１参考例を示す燃料ガス用過給機および空気用過給機の系統図である。 本発明の第２参考例を示す図２対応図である。 本発明の第３参考例を示す図２対応図である。 本発明の第４参考例を示す図２対応図である。 本発明の第１実施例を示す図２対応図である。 本発明の第２実施例を示す図２対応図である。 本発明の第５参考例を示す図２対応図である。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明に係るガスエンジンのガス供給装置の全体構成図である。図１において、１はエンジン（ガスエンジン）、４は該エンジン１のシリンダヘッド、１３０は該エンジン１に直結駆動される発電機、１４はフライホイールである。３は前記各シリンダヘッド４の給気入口に接続される給気枝管、２は後述する空気用過給機５１の空気コンプレッサ９の給気出口と前記各給気枝管３とを接続する給気管、９０は該給気管２を流れる給気を冷却する給気冷却器である。
５は前記各シリンダヘッドの排気出口に接続される排気管、６は前記各排気管５に接続される排気集合管である。

２１は燃料ガス入口管である。５０は燃料ガス用過給機で、前記燃料ガス入口管２１からの燃料ガスを圧縮する燃料ガスコンプレッサ７、及び前記エンジン１からの排気ガスのエネルギーにより燃料ガスコンプレッサ７を直結駆動する第１タービン８をそなえており、該第１タービン８は前記排気集合管６から第１タービン入口通路６１を通して導入される排気ガスによって駆動される。
５１は空気用過給機で、大気から吸入した空気を圧縮する空気コンプレッサ９、及び前記エンジン１からの排気ガスのエネルギーにより空気コンプレッサ９を直結駆動する第２タービン１０をそなえており、該第２タービン１０は前記排気集合管６から第２タービン入口通路６２を通して導入される排気ガスによって駆動される。

３０は前記第１タービン入口通路６１に設けられて第１タービン８への排気ガス流量を調整する排気ガス流量調整弁である。該排気ガス流量調整弁３０は前記第２タービン入口通路６２に設けることもでき、また前記第１タービン入口通路６１及び第２タービン入口通路６２の双方に設けることもできる。
１２は排気バイパス通路で、前記排気集合管６の前記第１タービン入口通路６１及び第２タービン入口通路６２の入口手前部位から分岐されて前記該第１タービン８及び第２タービン１０をバイパスし、排出管（図示省略）に接続されている。１３は該排気バイパス通路１２の通路面積を変化せしめる排気バイパス弁である。

２１０は前記燃料ガスコンプレッサ７のガス出口に接続される燃料ガス管で、該燃料ガス管２１０は途中でシリンダ毎に分岐されガス供給枝管２１３となって前記各給気枝管３に接続されている。１９は前記燃料ガス管２１０に設置されて該燃料ガス管２１０の通路面積即ち燃料ガス流量を制御する過給機側ガス量調整弁、２０は前記各ガス供給枝管２１３に設置されて該各ガス供給枝管２１３の通路面積即ち燃料ガス流量を制御するシリンダ側ガス量調整弁である。

１５はエンジン回転数を検出する回転数センサ、０１３は前記発電機１３の負荷つまりエンジン負荷を検出する負荷検出器、１７は前記給気管２における給気圧力を検出する給気圧力センサ、１８は給気温度を検出する給気温度センサである。
２４は回転数コントローラ、２３は空燃比コントローラ、２２はガス量コントローラで、前記回転数センサ１５からのエンジン回転数の検出値は前記回転数コントローラ２４及びガス量コントローラ２２に入力され、前記負荷検出器０１３からのエンジン負荷の検出値は空燃比コントローラ２３に入力され、前記給気圧力センサ１７からの給気圧力の検出値は空燃比コントローラ２３及びガス量コントローラ２２に入力され、前記給気温度センサ１８からの給気温度の検出値は空燃比コントローラ２３及びガス量コントローラ２２に入力される。

前記回転数コントローラ２４は、通常の電子ガバナーで、前記回転数センサ１５からのエンジン回転数の検出値に基づき各シリンダへの燃料ガス量を算出しこの算出値によって前記各シリンダ側ガス量調整弁２０の開度を制御する。
前記空燃比コントローラ２３は、前記負荷検出器０１３からのエンジン負荷の検出値、給気圧力センサ１７からの給気圧力の検出値、及び給気温度センサ１８からの給気温度の検出値に基づき、後述する手段で前記排気バイパス弁１２の開度及び前記排気ガス流量調整弁３０の開度を制御する。
前記ガス量コントローラ２２は、前記回転数センサ１５からのエンジン回転数の検出値、給気圧力センサ１７からの給気圧力の検出値、及び給気温度センサ１８からの給気温度の検出値に基づき、後述する手段で前記過給機側ガス量調整弁１９の開度を制御する。

かかるガスエンジンの運転時において、前記空気用過給機５１の空気コンプレッサ９で圧縮された空気はエアクーラ９０で冷却、降温された後、給気管２を通って各シリンダの給気枝管３内に流入する。
一方、前記ガス供給管２１からの燃料ガスは前記燃料ガス用過給機５０の燃料ガスコンプレッサ７で圧縮され、燃料ガス管２１０及び過給機側ガス量調整弁１９を通り、各シリンダの各ガス供給枝管２１３に分岐して、前記各給気枝管３に入り、該給気枝管３内において前記空気コンプレッサ９からの空気に混入され、この混合気が各シリンダ内に送り込まれる。

そして、エンジン１の各シリンダからの排気ガスは排気管５を通って排気集合管６で合流された後、第１タービン入口通路６１と第２タービン入口通路６２とに分流し、該第１タービン入口通路６１を通った排気ガスは前記燃料ガス用過給機５０の第１タービン８を駆動し、該第２タービン入口通路６２を通った排気ガスは前記空気用過給機５１の第２タービン１０を駆動し、図示しない排出管を経て外部に排出される。
また、前記空燃比コントローラ２３からの後述するような制御操作信号によって排気バイパス弁１３が開かれると、前記排気集合管６内の排気ガスの一部は前記排気バイパス通路１２を通って図示しない排出管に排出される。

前記ガス量コントローラ２２においては、前記回転数センサ１５からのエンジン回転数の検出値、給気圧力センサ１７からの給気圧力の検出値、及び給気温度センサ１８からの給気温度の検出値に基づき、エンジンの給気圧力、給気温度、及び燃料ガス流量の検出値適合する燃料ガス量を算出し、該燃料ガス量に相当する開度に、前記過給機側ガス量調整弁１９の開度を制御する。

前記空燃比コントローラ２３においては、前記負荷検出器０１３からのエンジン負荷の検出値、給気圧力センサ１７からの給気圧力の検出値、及び給気温度センサ１８からの給気温度の検出値に基づき、前記エンジン負荷、給気圧力、給気温度に適合する排気バイパス弁１３の開度を算出して、かかる算出開度に該排気バイパス弁１３の開度を制御する。
また、前記空燃比コントローラ２３においては、エンジン負荷の検出値、給気圧力の検出値、及び給気温度の検出値に基づき、これらの検出値に適合する空燃比、及びこの空燃比になるような前記燃料ガス用過給機５０の第１タービン８の排気流量と空気用過給機５１の第２タービン１０の排気流量との流量比を算出して、この流量比になるように前記排気ガス流量調整弁３０の開度を制御する。

かかる基本構成によれば、排気ターボ過給機を、燃料ガスを圧縮する燃料ガスコンプレッサ７及び該燃料ガスコンプレッサ７を駆動する第１タービン８をそなえた燃料ガス用過給機５０と、空気を圧縮する空気コンプレッサ９及び該空気コンプレッサ９を駆動する第２タービン１０をそなえた空気用過給機５１との２系統の過給機により構成し、燃料ガス用過給機５０で圧縮された燃料ガスと空気用過給機５１で圧縮された空気とを各シリンダの入口に供給するように構成したので、エンジン１の排気ガスのエネルギーを利用して燃料ガスを圧縮することとなって、従来技術のように燃料ガスを圧縮するための専用のガスコンプレッサが不要となり、炭鉱メタンガス等の低カロリーガスを用いる場合でも、燃料ガス用過給機５０の容量を制御することにより、所要のガス圧力を容易に得ることができる。これにより、燃料ガスを圧縮するための専用のガスコンプレッサを要することなく、炭鉱メタンガス等の低カロリーガスでの安定運転が可能となる。

従ってかかる基本構成によれば、排気ガスのエネルギーを利用して燃料ガスを圧縮するので、燃料ガス圧縮のためのエネルギー損失を低減でき、また排気ターボ過給機の機能を利用して燃料ガスを圧縮することにより、燃料ガスの圧縮用の専用ガスコンプレッサを設ける場合よりも構造が簡単になりかつ低コストとなる。

また、かかる基本構成によれば、燃料ガス用過給機５０の燃料ガスコンプレッサ７で燃料ガスのみを圧縮し、空気用過給機５１の空気コンプレッサ９で空気のみを圧縮して、圧縮燃料ガスと圧縮空気とを各シリンダの入口前で混合して混合気を生成し、該混合気を各シリンダ内に供給するように構成したので、前記燃料ガスコンプレッサ７では燃料ガスのみを圧縮するため、前記従来技術のような燃料ガスと空気との混合気を圧縮するものに比べて、過給機出口で燃料ガスが爆発を起こす危険性は殆ど無くなり、エンジンの安全運転を実現できる。
[参考例１]

図２は本発明の第１参考例を示す燃料ガス用過給機および空気用過給機の系統図である。
かかる第１参考例は、図１の基本構成のように、エンジンからの排気通路を、燃料ガス用過給機５０の第１タービン８入口に接続される第１タービン側排気通路６１、及び空気用過給機５１の第２タービン１０入口に接続される第２タービン側排気通路６２に分岐したうえで、前記第１タービン側排気通路６１の通路面積及び第２タービン側排気通路６２の通路面積を、前記燃料ガス用過給機５０及び空気用過給機５１の容量に適合した、異なる通路面積に構成している。
かかる第１参考例によれば、燃料ガス用過給機５０の第１タービン８への排気ガス量と空気用過給機５１の第２タービン１０の排気ガス量とに流量差を設けて、燃料ガス用過給機５０及び空気用過給機５１の容量を、必要燃料ガス量及び必要空気量に適応した容量に設定できる。
その他の構成は前記図１と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
[参考例２]

図３は本発明の第２参考例を示す図２対応図である。
かかる第２参考例においては、第２参考例に係る図１にも示されているように、燃料ガス用過給機５０の第１タービン８入口に接続される第１タービン側排気通路６１、及び空気用過給機５１の第２タービン１０入口に接続される第２タービン側排気通路６２に排気ガス流量調整弁３０を設け（該排気ガス流量調整弁３０は前記第２タービン入口通路６２に設けることもでき、また前記第１タービン入口通路６１及び第２タービン入口通路６２の双方に設けることもできる）、前記空燃比コントローラ２３にて、エンジン負荷の検出値、給気圧力の検出値、及び給気温度の検出値に適合する空燃比、及びこの空燃比になるような前記燃料ガス用過給機５０の第１タービン８の排気流量と空気用過給機５１の第２タービン１０の排気流量との流量比を算出し、該空燃比コントローラ２３によって前記流量比になるように開度を制御している。
かかる第２参考例によれば、排気ガス流量調整弁３０の開度を制御することにより、燃料ガス用過給機５０の第１タービン８への排気ガス量、及び空気用過給機５１の第２タービン１０の排気ガス量の流量割合（流量比）を、エンジン負荷、給気圧力、給気温度等のガスエンジンの運転条件によって自在に変化できて、エンジンの運転中、必要燃料ガス量及び必要空気量が常時得られる。
その他の構成は前図１と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
[参考例３]

図４は本発明の第３参考例を示す図２対応図である。
かかる第３参考例においては、前記燃料ガス用過給機５０の第１タービン８と空気用過給機５１の第２タービン１０とを排気通路において直列に接続し、前記第１タービン８あるいは第２タービン１０のいずれか一方のタービンを駆動した後の排気ガスで他方のタービンを駆動するように構成している。
かかる第３参考例によれば、燃料ガス用過給機５０用の第１タービン８と空気用過給機５１用の第２タービン１０とを排気通路に直列に接続して配置することにより、エンジンの排気エネルギーを効率的に利用できる。
その他の構成は前記図１と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
[参考例４]

図５は本発明の第４参考例を示す図２対応図である。
かかる第４参考例においては、基本構成に係る図１にも示されているように、燃料ガス用過給機５０の第１タービン８入口及び空気用過給機５１の第２タービン１０入口に接続される排気通路から第１タービン８及び第２タービン１０をバイパスして排気出口側に解放される排気バイパス通路１２を設けている。
そして、前記空燃比コントローラ２３にて、エンジン負荷の検出値、給気圧力の検出値、及び給気温度の検出値等のエンジンの運転条件に適合する空燃比になるような排気バイパス弁１３の開度を算出して、かかる算出開度に該排気バイパス弁１３の開度を制御する。
かかる第４参考例によれば、エンジンの運転条件により排気バイパス弁１３の開度を制御することにより、燃料ガス用過給機５０及び空気用過給機５１に供給される排気ガス量を当該運転条件に適合した排気ガス量に調整し、エンジンへの混合気量を運転条件毎の所要混合気量に制御でき、空気過剰率をほぼ一定に保持してエンジンを運転することが可能となる。
その他の構成は前図１と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
[実施例１]

図６は本発明の第１実施例を示す図２対応図である。
かかる第１実施例においては、燃料ガスを圧縮する燃料ガスコンプレッサ７と、空気を圧縮する空気コンプレッサ９と、前記燃料ガスコンプレッサ７及び空気コンプレッサ９に連結されて該燃料ガスコンプレッサ７及び空気コンプレッサ９を回転駆動する１台の排気タービン８ａとを備え、前記排気タービン８ａと燃料ガスコンプレッサ７との連結軸３１０に前記排気タービン８ａの回転を変速（増速あるいは減速）して前記燃料ガスコンプレッサ７に伝達する変速装置３１を設けている。尚、前記変速装置３１は排気タービン８ａと空気コンプレッサ９との連結軸３１１に設けてもよく、あるいは前記連結軸３１０及び連結軸３１１の双方に設けてもよい。

かかる第１実施例によれば、１つの排気タービン８ａで、燃料ガスコンプレッサ７及び空気コンプレッサ９を駆動し、かつ排気タービン８ａと燃料ガスコンプレッサ７との連結軸３１０あるいは該排気タービン８ａと空気コンプレッサ９との連結軸３１１に変速装置３１を介装することにより、燃料ガスコンプレッサ７からの燃料ガス量と空気コンプレッサ９からの空気量との流量比、及び燃料ガスコンプレッサ７からの燃料ガス圧力と空気コンプレッサからの空気圧力との圧力比を、エンジン運転条件によって適正値に調整することが可能となる。
また、１台の排気タービン８ａで、燃料ガスコンプレッサ７及び空気コンプレッサ９を駆動するので、排気タービン８ａの台数が最少限で済み、機器数が少なく構造が簡単になる。
その他の構成は前記図１と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
[実施例２]

図７は本発明の第２実施例を示す図２対応図である。
かかる第２実施例においては、前記第１実施例に加えて、排気タービン８ａ入口の排気通路から該排気タービン８ａをバイパスして排気出口側に解放される排気バイパス通路１２を設けるとともに、該排気バイパス通路１２を開閉する排気バイパス弁１３を設けている。
そして、前記空燃比コントローラ２３にて、エンジン負荷の検出値、給気圧力の検出値、及び給気温度の検出値等のエンジンの運転条件に適合する空燃比になるような排気バイパス弁１３の開度を算出して、かかる算出開度に該排気バイパス弁１３の開度を制御する。

かかる第２実施例によれば、１台の排気タービン８ａで、燃料ガスコンプレッサ７及び空気コンプレッサ９を駆動する排気ターボ過給機をそなえたガスエンジンにおいて、エンジンの運転条件により排気バイパス弁１３の開度を制御することにより、燃料ガス用過給機５０及び空気用過給機５１（図１参照）に供給される排気ガス量を当該運転条件に適合した排気ガス量に調整し、エンジンへの混合気量を運転条件毎の所要混合気量に制御でき、空気過剰率をほぼ一定に保持してエンジンを運転することが可能となる。
その他の構成は前記図１と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。
[参考例５]

図８は本発明の第５参考例を示す図２対応図である。
かかる第５参考例においては、基本構成に係る図１にも示されているように、燃料ガス用過給機５０の燃料ガスコンプレッサ７から燃料ガス管２１０を通してシリンダ毎のガス供給枝管２１３II分岐し、各シリンダの燃焼室３６に接続される燃料ガス通路の、給気枝管３との合流部位の上流側に、前記各シリンダへの燃料ガス流量を調整するシリンダ側燃料ガス量調整弁２０を設けて、該シリンダ側燃料ガス量調整弁２０の開度を前記回転数コントローラ２４により制御するように構成している。３５はピストンである。
かかる第５参考例によれば、各シリンダの燃料ガス通路に設けたシリンダ側燃料ガス量調整弁２０によって各シリンダ毎に燃料ガス流量を調整することにより、排気温度や空燃比のシリンダ間のばらつきを少なくすることができる。
その他の構成は前記図１と同様であり、これと同一の部材は同一の符号で示す。

本発明によれば、燃料ガス圧縮用の専用のガスコンプレッサを不要として燃料ガス圧縮のためのエネルギー損失を低減可能となると共に構造が簡単化され、また低カロリーガス（低発熱量のガス）燃料が容易に使用可能なり、さらには過給機出口での混合ガスの爆発の可能性が皆無となったガスエンジンを提供できる。

１ エンジン（ガスエンジン）
２ 給気管
３ 給気枝管
６ 排気集合管
７ 燃料ガスコンプレッサ
８ 第１タービン
９ 空気コンプレッサ
１０ 第２タービン
７ａ 排気タービン
１２ 排気バイパス通路
１３ 排気バイパス弁
０１３ 負荷検出器
１５ 回転数センサ
１７ 給気圧力センサ
１８ 給気温度センサ
１９ 過給機側ガス量調整弁
２０ シリンダ側ガス量調整弁
２１ 燃料ガス入口管
２２ ガス量コントローラ
２３ 空燃比コントローラ
２４ 回転数コントローラ
３１ 変速装置
３０ 排気ガス流量調整弁
５０ 燃料ガス用過給機
５１ 空気用過給機
６１ 第１タービン入口通路
６２ 第２タービン入口通路
２１０ 燃料ガス管
２１３ ガス供給枝管

Claims (3)

1. エンジンからの排気ガスにより駆動される排気ターボ過給機を備え、燃料ガス通路を通して供給される燃料ガスと空気とを混合し、この混合気を各シリンダ内に供給して着火燃焼せしめるガスエンジンにおいて、
   前記排気ターボ過給機を、前記燃料ガスを圧縮する燃料ガスコンプレッサ及び前記排気ガスのエネルギーにより燃料ガスコンプレッサを駆動する第１タービンをそなえた燃料ガス用過給機と、前記空気を圧縮する空気コンプレッサ及び前記排気ガスのエネルギーにより空気コンプレッサを駆動する第２タービンをそなえた空気用過給機とにより構成し、前記燃料ガス用過給機で圧縮された燃料ガスと前記空気用過給機で圧縮された空気とを混合して前記各シリンダに供給するように構成され、
   前記第１タービンと第２タービンを合一化し、合一化した一台のタービンと燃料ガスコンプレッサとの連結軸あるいは空気コンプレッサとの連結軸のいずれか一方に前記燃料ガスコンプレッサあるいは空気コンプレッサに前記タービン回転数を変速して伝達する変速装置とをそなえたことを特徴とするガスエンジンのガス供給装置。
2. 前記排気タービン入口の排気通路から該排気タービンをバイパスして排気出口側に解放される排気バイパス通路を設けるとともに、該排気バイパス通路を開閉する排気バイパス弁を設け、前記エンジンへの混合気量が目標混合気量になるように前記排気バイパス弁の開度を制御するコントローラをそなえたことを特徴とする請求項１記載のガスエンジンのガス供給装置。
3. 請求項１または２のいずれかの項に記載のガス供給装置を備えたことを特徴とするガスエンジン。

Images