JP5577183B2 - ガスエンジンの掃気運転方法 - Google Patents

Description

本発明は、ガスエンジンのエンジン停止指示後の掃気運転方法に関し、特に、バイオマスガス化燃料を使用するエンジンに適したエンジン停止指示後の掃気運転方法に関する。

ガスエンジンにおいては、エンジン始動の際、セルモータが駆動されてクランキングが行われ、このクランキングに伴って燃焼室内への燃料供給及び点火プラグの点火が行われ、エンジンが始動することになる。

ここで、エンジンの始動に失敗した場合、燃焼室内に残存する混合気の空燃比が高くなりすぎて着火燃焼が困難となったり、点火プラグが液相燃料で濡れることによって、その後の始動がより困難となったりすることがある。このような始動フェールの対策として、従来から、特許文献１や特許文献２で示すように、掃気運転が行われている。この掃気運転とは、上述した始動フェールが発生した場合に、スロットル弁の開度を所定開度以上に設定し、且つ、燃料供給を停止した状態でクランキングを行うものである。これにより、燃焼室内の未燃焼燃料がシリンダ内から排出されることになり、その後の始動性を良好に確保することが可能となる。

特開２０００−２６５８８０号公報 特開平１０−３３１６９１号公報

近年、おが屑などをガス化炉により熱分解して得られるガス燃料、ごみ処理施設から排出されるガス燃料、生物の排泄物等から得られるバイオマスガス燃料、あるいは埋立地等からの自噴ガス燃料を利用して、ガスエンジンを駆動し、このガスエンジンにより発電機を駆動する発電システムが開発されている。

このような発電システムに備えられる前記ガスエンジンでは、エンジン停止後、エンジンのシリンダ内に水分や異物を多く含んだ状態になり、点火プラグやシリンダライナに錆や腐食が発生し、エンジンの耐久性を損なう可能性がある。

そこで本発明の目的は、エンジン停止指示後に、シリンダ内の水分等を除去し、点火プラグやシリンダライナにおける錆や腐食の発生を防止することである。

本発明は、燃料ガス供給量を調整する燃料制御弁と、燃料ガスと空気との混合ガスの供給量を調整するスロットル弁と、制御手段と、を有するガスエンジンの掃気運転方法において、前記ガスエンジンの停止指示によって、前記制御手段は、前記燃料制御弁を閉止するようになっており、前記ガスエンジンの停止指示後、エンジン回転数が減少していく間において、前記制御手段が、前記スロットル弁を所定開度以上開くことを特徴とする。

前記構成によれば、ガスエンジンの停止指示後、エンジン回転数が減少していく間において、燃料制御弁を閉止した状態でスロットル弁を一定開度以上開けるので、スロットル弁から空気のみが供給され、その空気がシリンダ内の水分を掃気するようになる。その結果、シリンダ内の点火プラグやシリンダライナにおける錆や腐食の発生を防止することができる。

本発明は、更に、次のような構成を備えるのが好ましい。
（１）前記ガスエンジンが、シリンダ内の前記混合気を点火する点火プラグを有し、前記ガスエンジンの停止指示後、エンジン回転数が減少していく間において、前記制御手段が、前記点火プラグに点火指示を行う。
（２）前記ガスエンジンが、セルモータを有し、前記ガスエンジンのエンジン回転の停止後において、前記制御手段が、前記燃料制御弁の閉止状態を維持しながら、前記スロットル弁を前記所定開度以上開き、前記セルモータによってエンジンのクランキングを行う。
（３）前記構成（２）において、前記ガスエンジンが、シリンダ内の前記混合気を点火する点火プラグを有し、前記セルモータによるエンジンのクランキング中において、前記制御手段が、前記点火プラグに点火指示を行う。
（４）前記構成（２）又は（３）において、前記セルモータによるエンジンのクランキング後、前記制御手段が、前記スロットル弁を開いた状態で保持する。

前記構成（１）によれば、点火プラグに点火指示を行うことで、点火プラグ周囲の残燃料を燃焼させるので、点火プラグの汚損を防止できる。

前記構成（２）によれば、エンジン回転の停止後においても、セルモータによってエンジンのクランキングを行い、スロットル弁から供給された空気でシリンダ内の水分を掃気する。その結果、シリンダ内の点火プラグやシリンダライナにおける錆や腐食の発生をより防止することができる。

前記構成（３）によれば、セルモータによるエンジンのクランキング中にも点火プラグに点火指示を行うことで、点火プラグ周囲の残燃料を燃焼させる。その結果、点火プラグの汚損をより防止できる。

前記構成（４）によれば、エンジンを運転しない間もスロットル弁を開けておくので、スロットル弁の固着を防止できる。

要するに本発明によると、シリンダ内の点火プラグやシリンダライナにおける錆や腐食の発生を防止することができる。

本発明を実施するガスエンジンを備えたガス化発電システムの概略を示すブロック図である。 図１のガスエンジンを示す構成図である。 本発明の掃気運転方法によるエンジン回転数、スロットル弁開度、燃料制御弁開度、点火信号、電磁弁の作動状態を示すタイムチャートである。 本発明の別の実施形態の掃気運転方法を示すタイムチャートである。 燃料ガス供給装置として、インジェクターを備えたガスエンジンを示す構成図である。

［バイオマスガス化発電システムの構成］
図１は、本発明の掃気運転方法を実施するガスエンジンを備えたバイオマスガス化発電システム１を示しており、このバイオマスガス化発電システム１は、おが屑等の木質のバイオマス原料を投入するための投入ホッパ２と、投入されたバイオマス原料を加熱して熱分解ガスを発生させるガス化炉３と、発生した熱分解ガスを一時滞留させてタール等を分解除去する滞留槽４と、タール等除去後の熱分解ガスの冷却を行う冷却装置５と、冷却後の熱分解ガスの除塵を行うバグフィルタ６と、除塵後の熱分解ガスを、燃焼ガスとして発電装置１１のガスエンジン１２に供給する送風機７とを備えている。発電装置１１は、前記ガスエンジン１２と、該ガスエンジン１２の出力軸に連結された発電機１３を備えている。前記送風機７には、発電装置１１を停止しているときに前記熱分解ガスを排出するフレアスタック８も接続されている。前記ガス化炉３には、前記原料の他に、空気、シール用の築炉及び点火用のＬＰＧ等が供給される。

このバイオマスガス化発電システム１からは、発電機１３で発電される電気や、エンジン１２の排気ガスの廃熱を利用した温水等が得られるようになっている。なお、発電装置１１としては、デュアルフューエルエンジン発電方式が採用されている。

［ガスエンジンの構成］
図２は、図１の発電装置１１に配置された４サイクルのガスエンジン１２の構成を示しており、エンジン１２は、周知のように、シリンダ２１、ピストン２２、クランク軸２３、吸気弁２４、吸気通路２５、排気弁２６、排気通路２７、点火プラグ２８及び始動用のセルモータ２９等を備えている。燃料ガス供給装置３０はミキサー方式であり、吸気通路２５内に配置されたベンチュリー式ミキサー３１と、前記送風機７からの燃料ガスをレギュレータ３２に供給する電磁弁３３と、レギュレータ３２に貯えられた燃料ガスをベンチュリー式ミキサー３１に供給する燃料制御弁３４と、を備えており、ベンチュリー式ミキサー３１の吸気下流側には、空気と燃料ガスとの混合ガスの流量を制御するスロットル弁３５が配置されている。さらに、クランク軸２３には、クランク軸の回転数、すなわちエンジン回転数を検出する回転数センサ３６が配置されている。

点火プラグ２８、電磁弁３３、燃料制御弁３４、スロットル弁３５及び回転数センサ３６は、コントローラ（制御手段）４０に電気的に接続されており、コントローラ４０は、少なくとも、回転数センサ３６からの回転数検出信号が入力されると共に、点火プラグ２８へ点火指示信号を、電磁弁３３へ開閉信号を、そして、燃料制御弁３４、スロットル弁３５へそれらの開度を制御するための開度指示信号、を送るようになっている。

［ガスエンジンの掃気運転方法（第１実施形態）］
図３は、本発明の掃気運転方法を示すタイムチャートであり、横軸は時間（ｓｅｃ）を示し、縦軸は、上段から下段に向かって順に、エンジン回転数の変化、スロットル弁開度の変化、燃料制御弁開度の変化、点火信号のＯＮ／ＯＦＦ、電磁弁のＯＮ／ＯＦＦを示している。

エンジン１２の停止指示が出ると、コントローラ４０は、電磁弁３３及び燃料制御弁３４を閉止し、シリンダ２１内への燃料ガス供給を停止する。さらに、コントローラ４０は、点火プラグ２８への点火指示を止める。そして、エンジン１２のエンジン回転数は、停止指示後、低下していく（エンジン１２は空転し始める）。それに合わせ、コントローラ４０は、スロットル弁３５を所定開度以上開ける。その結果、エンジン１２が空転することによって、スロットル弁３５から空気のみがシリンダ２１内に供給される。

その後、エンジン回転数がゼロとなると、コントローラ４０は、スロットル弁３５を閉止する。

エンジン回転数がゼロとなり、スロットル弁３５が閉止された後、しばらくして（時間Ｔ１）、セルモータ２９によってエンジン１２のクランキングを行い（エンジン１２が回転し）、同時に、コントローラ４０は、スロットル弁３５を所定開度以上開ける。

そして、セルモータ２９によるエンジン１２のクランキング後（エンジン回転数がゼロとなると）、コントローラ４０は、スロットル弁３５を閉止する。

エンジン１２のクランキング後であり、スロットル弁３５を閉止した後、しばらくして（時間Ｔ２）、コントローラ４０は、スロットル弁３５を所定開度より小さい開度だけ開く。

前記掃気運転方法によれば、次のような効果を発揮できる。

エンジン１２の停止指示後、エンジン回転数が減少していく間において、電磁弁３３及び燃料制御弁３４を閉止した状態でスロットル弁３５を一定開度以上開けるので、燃料ガスの供給は停止し、スロットル弁３５から空気のみがシリンダ２１内に供給され、その空気がシリンダ２１内の水分を掃気するようになる。その結果、シリンダ２１内の点火プラグ２８やシリンダライナにおける錆や腐食の発生を防止することができる。

エンジン回転の停止後において、セルモータ２９によってエンジン１２のクランキングを行い、スロットル弁３５から供給された空気でシリンダ２１内の水分を掃気するので、シリンダ２１内の点火プラグ２８やシリンダライナにおける錆や腐食の発生をより防止することができる。

セルモータ２９によるエンジン１２のクランキング後、エンジン１２を運転しない間、スロットル弁３５を開けておくので、スロットル弁３５の固着を防止できる。

スロットル弁３５の所定開度は、全開（１００％）であることが好ましい。また、クランキング後のスロットル弁３５の開度は、スロットル弁３５と吸気通路２５との間に隙間ができる程度の開度で良く、例えば、数％程度で良い。

［第２実施形態］
図４は、本発明の別の実施形態の掃気運転方法を示すタイムチャートであり、横軸は時間（ｓｅｃ）、縦軸は、上段から下段に向かって順に、エンジン回転数の変化、スロットル弁開度の変化、燃料制御弁開度の変化、点火信号のＯＮ／ＯＦＦ、電磁弁のＯＮ／ＯＦＦを示している。本実施形態と前記第１実施形態とは、点火信号のＯＮ／ＯＦＦの状態が異なっており、その他は同じである。このため、前記第１実施形態と同じ部分については、詳しい説明を省略する。

本実施形態では、エンジン１２の停止指示後、エンジン回転数が減少していく間、及び、セルモータ２９によるエンジン１２のクランキング中において、コントローラ４０は、点火プラグ２８に対して点火指示を行う。

本実施形態によれば、エンジン回転数が減少していく間、及び、エンジン１２のクランキング中において、点火プラグ２８に点火指示を行うことで、点火プラグ２８周囲の残燃料を燃焼させるので、点火プラグ２８の汚損を防止できる。

前記第１、第２実施形態では、エンジン回転数が減少していく間、及び、エンジン１２のクランキング中、の両方において、スロットル弁３５を開き、掃気運転を行うようになっているが、シリンダ２１内の水分の残量が少なければ、どちらか一方において、掃気運転を行っても良い。また、シリンダ２１内の水分の残量が多い場合には、セルモータ２９によるエンジン１２のクランキング時間を延ばすことで、シリンダ２１内を通過する空気量を増やして、シリンダ２１内の水分を除去することができる。

［ガスエンジンの別の例］
図５は、燃料ガス供給装置３０として、インジェクター３７を備えたガスエンジン１２を示しており、スロットル弁３５はインジェクター３７の吸気上流側に配置されている。その他の機械的構造は図２のミキサー方式の構造と同様であり、同じ部品には図２と同番号を付している。

掃気運転方法に関しては、インジェクター３７の制御を、図２の燃料制御弁３４の制御と同様に行う、すなわち、エンジン１２の停止指示が出ると、コントローラ４０が、インジェクター３７を閉止し、その他の制御は同じである。

本発明に係る掃気運転方法は、２サイクルエンジンにも適用可能である。

本発明は、上記実施形態で説明した構成には限定されず、特許請求の範囲に記載した内容を逸脱することなく、当業者が考え得る各種変形例を含むことができる。

本発明に係る掃気運転方法が実施されるガスエンジンは、前記バイオマスガス化発電システムの発電装置だけでなく、各産業施設のガスエンジンに利用することができる。

１ バイオマスガス化発電システム
２ 投入ホッパ ３ ガス化炉 ４ 滞留槽 ５ 冷却装置 ６ バグフィルタ
７ 送風機
１２ ガスエンジン
２１ シリンダ ２２ ピストン ２３ クランク軸 ２４ 吸気弁
２５ 吸気通路 ２６ 排気弁 ２７ 排気通路 ２８ 点火プラグ
２９ セルモータ ３０ 燃料ガス供給装置 ３１ ベンチュリー式ミキサー
３２ レギュレータ ３３ 電磁弁 ３４ 燃料制御弁 ３５ スロットル弁
３６ 回転数センサ ３７ インジェクター ４０ コントローラ（制御手段）

Claims (2)

1. 燃料ガス供給量を調整する燃料制御弁と、
   燃料ガスと空気との混合ガスの供給量を調整するスロットル弁と、
   制御手段と、を有するガスエンジンの掃気運転方法において、
   前記ガスエンジンの停止指示によって、前記制御手段は、前記燃料制御弁を閉止するようになっており、
   前記ガスエンジンの停止指示後、エンジン回転数が減少していく間において、
   前記制御手段が、前記スロットル弁を所定開度以上開くようになっており、
   前記ガスエンジンが、セルモータを有し、
   前記ガスエンジンのエンジン回転の停止後において、
   前記制御手段が、前記燃料制御弁の閉止状態を維持しながら、前記スロットル弁を前記所定開度以上開き、前記セルモータによってエンジンのクランキングを行うようになっており、
   前記ガスエンジンが、シリンダ内の前記混合気を点火する点火プラグを有し、
   前記セルモータによるエンジンのクランキング中において、
   前記制御手段が、前記点火プラグに点火指示を行うことを特徴とする、ガスエンジンの掃気運転方法。
   
2. 前記セルモータによるエンジンのクランキング後、
   前記制御手段が、前記スロットル弁を開いた状態で保持する、請求項１記載のガスエンジンの掃気運転方法。

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