JP5802035B2 - ガスエンジン並びにその起動方法及び起動装置 - Google Patents

Description

本発明は、火花点火方式を採用したガスエンジン及びその起動方法及び起動装置に関する。

近年、ガスエンジンで発電機を駆動する発電プラントが提案されている。発電用ガスエンジンにおける混合気の燃焼方式として、点火プラグの電極間で発生する火花で混合気を点火する火花点火方式が知られている。また、発電用ガスエンジンには、機関出力及び発電機出力の向上のため、過給機が備え付けられることがある。過給された高圧のエアは、給気通路を介して燃焼室に送られる過程で、エアクーラによって冷却される。

特開２０１０−１５６２２９号公報

ガスエンジンの動作中には、過給及び冷却後のエアの圧力が飽和水蒸気圧を上回り、給気通路内で水が生じることがある。発電プラントが熱帯地域や温暖湿潤地域に設置されるなどしてガスエンジン周囲の雰囲気が高湿である場合、このような事態が顕在化する。また、発電プラントでは、電力需要に応じて又は定期的なメンテナンス作業のため、ガスエンジンの起動及び停止が繰り返される。

ガスエンジンの動作中に給気通路内で水が生じると、その水は、給気管の壁面に付着するなどして、ガスエンジンの停止中にも給気通路内に残存する可能性がある。この場合、火花点火方式を採用したガスエンジンを再起動するときに、点火プラグの電極が給気通路からの高湿エアに晒され、電極の表面が湿る可能性がある。水は導電性を有するので、電極の表面が湿ると、電極間の絶縁抵抗が低下する。絶縁抵抗が低下すると、点火プラグが火花を正常に発生させることが難しくなるので、失火が生じやすくなる。起動時に失火が生じると、火炎で電極の温度を高めにくくなるので、湿りの解消が困難になる。結果、点火プラグの性能が回復しにくくなる。

なお、特許文献１は、機関停止中に排気管内で水が生じるのを抑制するため、機関停止直後に排気管内のエアを乾燥空気でパージする装置を開示している。しかし、この装置によっても、機関起動時に点火プラグの性能が低下することを抑制することができない。

そこで本発明は、混合気の燃焼方式に火花点火方式を採用したガスエンジンの起動時に、点火プラグの性能が低下するのを抑制することを目的としている。

本発明に係るガスエンジンの起動方法は、点火プラグが発生させる火花で混合気を点火燃焼させるガスエンジンの起動方法であって、乾燥したエアを給気通路内に注入するドライエア注入工程と、前記ドライエア注入工程の後に、前記点火プラグで混合気を点火燃焼させて前記ガスエンジンの出力軸を回転始動させるクランキング工程と、を備える。

これにより、ガスエンジンの起動時、点火プラグの動作前に、乾燥したエアが給気通路内に注入され、それにより給気通路の内部の絶対湿度が低下する。このため、起動時最初に点火プラグが動作するとき、燃焼室内には低湿エアが供給される。このため、点火プラグの電極の表面が湿りにくくなり、電極間の絶縁抵抗を良好に高い値に保つことができる。したがって、点火プラグが火花を正常に発生し、失火が生じるのを防ぐことができる。

前記クランキング工程の前に、混合気を点火燃焼させることなくピストンを往復動させ、燃焼室内の残存ガスを排気通路を介して外部へ排出するプレパージ工程を更に備え、前記ドライエア注入工程は、前記プレパージ工程の前に実行される第１ドライエア注入工程と、前記プレパージ工程の後且つ前記クランキング工程の前に実行される第２ドライエア注入工程とを有していてもよい。

これにより、第１ドライエア注入工程で給気通路内に注入された乾燥したエアが、プレパージ工程で燃焼室を介して排気通路へ流れていく。これにより、混合気を点火燃焼させる前に、ガスエンジンの前回停止後に燃焼室内に残存したガスが燃焼室から排出され、燃焼室の内部が換気される。プレパージ工程を行えば、外部エアが給気通路内に流入し、給気通路内の絶対湿度が上昇する可能性がある。そこで、プレパージ工程の後且つクランキング工程の前に第２ドライエア注入工程を実行し、乾燥したエアを給気通路内に再注入するようにしている。このため、プレパージ工程を行っても、起動時最初に点火プラグが動作するとき、燃焼室内に高湿エアが供給されるのを防ぐことができる。

前記第２ドライエア注入工程が、前記第１ドライエア注入工程よりも短期間実行されてもよい。

これにより、ガスエンジンの停止中に給気通路内に溜まっていた高湿エアを良好に外部に追い出すことができ、燃焼室の内部を良好に換気することができ、起動時最初に点火プラグが動作するときに高湿エアが燃焼室内に供給されるのを防ぐことができ、なおかつ、ガスエンジンをできる限り短期間で起動することができる。

前記ドライエア注入工程は、予め定められた期間かけて実行されてもよい。

これにより、複雑な処理を必要とせずに、給気通路の内部を乾燥した空気で換気することができる。

前記ドライエア注入工程は、前記給気通路内の湿度が所定の湿度閾値以上である間実行されてもよい。

これにより、給気通路の内部を所望の湿度まで低下させてから点火プラグの動作を開始することができるので、点火プラグの性能の低下を良好に抑制することができる。

前記ドライエア注入工程において、乾燥したエアを前記給気通路の下流端部から前記給気通路内に注入してもよい。

これにより、給気通路内に溜まっていたエアを、給気が流れる方向に対し逆流させ、外部へと良好に追い出すことができる。

本発明に係るガスエンジンの起動装置は、外部のエアをガスエンジンの燃焼室に供給するための給気通路と、前記燃焼室内で火花を発生して混合気を点火燃焼させる点火プラグと、前記給気通路と接続されたドライエア通路と、乾燥したエアを前記ドライエア通路を介して前記給気通路に注入する注入手段と、前記ガスエンジンの起動を制御する制御装置と、を備え、前記制御装置が、乾燥したエアが前記給気通路内に注入されるように前記注入手段を制御した後に、混合気を点火燃焼して前記ガスエンジンの出力軸が回転始動するように前記点火プラグを制御する。

また、本発明に係るガスエンジンは、前述の起動装置を備えている。

前記構成によれば、前述の方法と同様、火花点火方式を採用したガスエンジンの起動時最初の点火プラグが良好に動作し、点火プラグの性能の低下を抑制することができる。

本発明によれば、混合気の燃焼方式に火花点火方式を採用したガスエンジンの起動時に、点火プラグの性能が低下するのを抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係るガスエンジンの全体構成を示す概念図である。 図１のII−II線に沿って切断して示すガスエンジンの部分断面図である。 図２のIII−III線に沿って切断して示すガスエンジンの部分断面図である。 図１に示すガスエンジンの制御系の構成を示すブロック図である。 図４に示す制御装置により実行されるガスエンジンの運転方法を示すフローチャートである。 図５に示す起動処理の手順を示すフローチャートである。 本発明の第２実施形態に係るガスエンジンの全体構成を示す概念図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、全ての図を通じて同一又は相当の要素には同一符号を付し、重複する詳細説明を省略する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るガスエンジン１の全体構成を示す概念図である。図１に示すガスエンジン１は、ガス燃料及び空気の混合気を燃焼して出力軸２に回転出力を発生する。出力軸２は、発電機３の入力軸４に接続されている。このように、本実施形態に係るガスエンジン１は発電機３の駆動源に用いられ、発電機３はガスエンジン１により駆動されて交流を発電する。出力軸２上にはフライホイール５が設けられている。

ガスエンジン１は、レシプロ式４ストロークエンジンであり、複数のシリンダ２３（図２参照）を有したエンジン本体１０を備えている。ガスエンジン１には、給気通路１１、排気通路１２及び過給機１３が設けられている。給気通路１１は、外部から取り入れた空気をエンジン本体１０へ供給するための通路である。排気通路１２は、排気をエンジン本体１０から外部へ排出するための通路である。エンジン本体１０には、給気管１４及び排気管１５が接続されている。給気管１４の内部は、給気通路１１の下流部を成している。排気管１５の内部は、排気通路１２の上流部を成している。

過給機１３は、排気通路１２上のタービン１３ａ及び給気通路１１上のコンプレッサ１３ｂを有している。タービン１３ａが排気により回転駆動されると、コンプレッサ１３ｂがタービン１３ａにより回転駆動される。これにより、外部から給気通路１１へ取り入れられた空気が圧縮される。排気通路１２には、タービン１３ａを迂回する排気バイパス通路１６が接続されている。排気バイパス通路１６上には、タービン１３ａに供給される排気の流量を変更するための排気バイパス弁１７が設けられている。

給気通路１１上のコンプレッサ１３ｂの下流側に、エアクーラ１８及びミストセパレータ１９が設けられている。エアクーラ１８は、過給された高温高圧のエアを冷却する。これにより、エアの圧力が飽和水蒸気圧に達することがある。ミストセパレータ１９は、過給及び冷却されたエアから凝縮した水を分離する。ミストセパレータ１９で分離された水は、ミストセパレータ１９に設けられたドレンポート１９ａを介して外部に排出される。

図２は、図１のII−II線に沿って切断して出力軸２（図１参照）の軸線方向に見て示したガスエンジン１の部分断面図である。図２に示すように、ガスエンジン１は、多気筒Ｖ型エンジンである。エンジン本体１０は、出力軸２の軸線方向に見たときに側方に傾斜するようにして上方へ延びる第１バンク２１と、第１バンク２１とは反対側に傾斜するようにして上方へ延びる第２バンク２２とを有する。複数のシリンダ２３は、第１バンク２１と第２バンク２２とに半々に分かれて配置される。第１バンク２１に配置されたシリンダ２３は、出力軸２の軸線方向に整列している。第２バンク２２におけるシリンダ２３の整列方向も、出力軸２の軸線方向と一致している。各シリンダ２３内には、ピストン２４が往復動可能に挿入される。ピストン２４は、コンロッド２５を介して出力軸２のクランクピン（図示せず）に連結される。エンジン本体１０は、主燃焼室２６、給気ポート２７及び排気ポート２８を有している。主燃焼室２６は、ピストン２４の上面側に形成されている。給気ポート２７及び排気ポート２８は、主燃焼室２６に開口している。

第１バンク２１及び第２バンク２２は、全体として、出力軸２の軸線方向（シリンダ２３の整列方向）に見てＶ字を呈している。このため、エンジン本体１０は、第１バンク２１及び第２バンク２２の間に、出力軸２の軸線方向（シリンダ２３の整列方向）に延在するＶ字の空間２９を形成する。給気管１４及び排気管１５は、当該空間２９内に配置され、出力軸２の軸線方向（シリンダ２３の整列方向）に延在している。本実施形態に係る給気管１４は排気管１５の下に配置されているが、給気管１４は排気管１５の上に配置されていてもよい。給気管１４からは、複数の枝管３０が第１バンク２１及び第２バンク２２へと延びている。各枝管３０の内部は、給気管１４の内部を、対応する給気ポート２７及び主燃焼室２６に連通させる。排気管１５からも、複数の枝管３１が第１バンク２１及び第２バンク２２へと延びており、各枝管３１の内部は、対応する主燃焼室２６及び排気ポート２８を排気管１５の内部に連通させる。

図３は、図２のIII−III線に沿って切断して示すガスエンジン１の模式的断面図である。図３は、１つのシリンダ２３のみを示しているが、不図示の他のシリンダも同様に構成されている。図３に示すように、各シリンダ２３には、給気弁３２、排気弁３３、副燃焼室３４、第１インジェクタ３５、第２インジェクタ３６及び点火プラグ３７が設けられている。給気弁３２は、給気ポート２７を開閉する。排気弁３３は、排気ポート２８を開閉する。給気弁３２及び排気弁３３は、出力軸２により駆動される。副燃焼室３４は、主燃焼室２６と隔壁３８を介して区画されている一方、隔壁３８に形成された連通穴３９を介して主燃焼室２６と連通している。第１インジェクタ３５は、給気ポート２７内にガス燃料を噴射する。第２インジェクタ３６は、副燃焼室３４内にガス燃料を噴射する。点火プラグ３７は、火花を発生させる電極４０を有しており、電極４０は、副燃焼室３４内に配置されている。

給気行程では、給気弁３２が開放されて第１インジェクタ３５がガス燃料を噴射する。これにより、過給及び冷却後のエアと第１インジェクタ３５からのガス燃料との混合気が、給気ポート２７から主燃焼室２６へ供給される。圧縮行程では、混合気が主燃焼室２６及び副燃焼室３４の内部で圧縮される。第２インジェクタ３６は、給気行程又は圧縮行程において、ガス燃料を噴射する。圧縮行程の終了時期近傍で、点火プラグ３７が副燃焼室３４内で火花を発生させる。これにより、副燃焼室３４内の混合気が燃焼する。副燃焼室３４内で生じた火炎は、連通穴３９を通り主燃焼室２６内へ伝播する。これにより、主燃焼室２６内の混合気が燃焼する。排気行程では、排気弁３３が開放される。これにより、燃焼後のガスが主燃焼室２６及び副燃焼室３４から排気ポート２８へと排出される。このように、本実施形態に係るガスエンジン１は、点火プラグ３７で発生した火花で混合気を点火燃焼させる火花点火方式を採用している。

図１に戻り、ガスエンジン１には、オイルパン４１、第１ポンプライン４２、第２ポンプライン４３、オイル供給共通ライン４４及びオイル戻り共通ライン４５が設けられている。オイルパン４１は、エンジンオイルを溜めている。図１では便宜的にオイルパン４１がエンジン本体１０と独立しているように記載されているが、オイルパン４１は、エンジン本体１０の底部に一体化されていてもよい。第１ポンプライン４２及び第２ポンプライン４３は、オイル供給共通ライン４４に並列接続されている。第１ポンプライン４２上には、潤滑ポンプ４６及びオイルクーラ４７が設けられている。第２ポンプライン４３上には暖機用ポンプ４８及びオイルヒータ４９が設けられている。

潤滑ポンプ４６及び暖機用ポンプ４８は油圧ポンプである。これらポンプ４６，４８のうち一方が動作しているときには、他方が停止する。ガスエンジン１が起動及び停止を繰り返すようにして運用される場合には、潤滑ポンプ４６は、主にガスエンジン１の動作中に動作する。暖機用ポンプ４８は、主にガスエンジン１の停止中に動作する。このため、潤滑ポンプ４６は、電動式でもよいし出力軸２により駆動されてもよい。暖気用ポンプ４８は、出力軸２とは異なる駆動源によって駆動される。

潤滑ポンプ４６が動作すると、オイルパン４１に溜められているエンジンオイルが、第１ポンプライン４２に圧送される。圧送されたオイルはオイルクーラ４７で冷却され、オイル共通供給ライン４４に送られる。冷却されたオイルは、オイル供給共通ライン４４を介し、過給機１３、出力軸２、給気弁３２（図２参照）及び排気弁３３（図２参照）などの潤滑を要する部位に送られる。ガスエンジン１の動作中には、混合気の燃焼や排気を用いた過給のためにエンジン各所が高温になる。そこで、オイルクーラ４７を利用して、油温が潤滑性能を良好に発揮し得る適温に制御される。これら部位に送られたオイルは、オイル戻り共通ライン４５を介してオイルパン４１へ戻る。

暖機用ポンプ４８が動作すると、オイルパン４１に溜められているエンジンオイルが、第２ポンプライン４３に圧送される。圧送されたオイルはオイルヒータ４９で加熱され、オイル供給共通ライン４４に送られる。加熱されたオイルは、オイル供給共通ライン４４を介し、過給機１３、給気通路１１を構成する部品、排気通路１２を構成する部品、及び、エンジン本体１０へと送られる。これにより、ガスエンジン１の停止中にガスエンジン１が外気温にまで冷却されるのを防止することができる。エンジン各所に送られたオイルは、オイル戻り共通ライン４５を介し、オイルパン４１へ戻る。このように、本実施形態では、潤滑用のエンジンオイル及び該エンジンオイルを供給及び戻すための共通ライン４４，４５を流用して、ガスエンジン１の停止中に暖気状態を保ち続けることができる。

ガスエンジン１には、注入装置５０、スタータモータ５６、モータ給気通路５７及びスタータ入口弁５８が設けられている。注入装置５０は、圧縮機５１、ドライエア通路５２、空気槽５３、除湿器５４及び注入切替弁５５を有している。圧縮機５１は、外部から取り入れた空気を圧縮する流体機械である。図１では圧縮機５１がターボ形として表されているが、圧縮機５１は容積形でもよい。ドライエア通路５２は、乾燥したエアを給気通路１１内に注入するための通路である。ドライエア通路５２は、圧縮機５１の出口を給気通路１１の下流端部１１ａに接続している。本実施形態に係る給気通路１１の下流端部１１ａは、具体的には、給気管１４の下流端部であり、好ましくは、給気管１４の内部のうち、最も下流に配置された枝管３０（図２参照）との接続部分よりも下流側の部分である。

空気槽５３は、ドライエア通路５２上に設けられている。圧縮機５１からの圧縮エアは、空気槽５３内に貯蔵される。除湿器５４は、ドライエア通路５２上の空気槽５３よりも下流側に設けられている。除湿器５４は、空気槽５３からの圧縮エアを除湿して乾燥させる。注入切替弁５５は、電磁開閉弁であり、ドライエア通路５２上の空気槽５３よりも下流側に設けられている。スタータモータ５６は、空圧モータである。モータ給気通路５７は、スタータモータ５６のエア入口をドライエア通路５２に接続している。モータ給気通路５７の接続点は、ドライエア通路５２上であって空気槽５３よりも下流側且つ注入切替弁５５よりも上流側である。スタータ入口弁５８は、電磁開閉弁であり、モータ給気通路５７上に設けられている。

注入切替弁５５が開且つスタータ入口弁５８が閉のとき、空気槽５３で貯蔵されている圧縮エアが、ドライエア通路５２を介し、除湿器５４で乾燥されてから給気通路１１内に注入される。ドライエアは、給気通路１１の下流端部１１ａから給気通路１１内に流入する。本実施形態では、給気管１４の下流端部から給気通路１１内に流入する。ドライエアは、圧縮により大気圧よりも大きい圧力を有しているので、ドライエアを注入することで給気通路１１内に溜まっているエアを外部へと追い出すことができる。ドライエアは給気通路１１内に注入されればよいので、除湿器５４は、空気槽５３内に設けられていてもよい。注入切替弁５５が閉且つスタータ入口弁５８が開のとき、空気槽５３で貯蔵されている圧縮エアがスタータモータ５６に供給され、スタータモータ５６が駆動される。スタータモータ５６が動作することにより、フライホイール５と共に出力軸２が回転駆動される。このように、本実施形態では、注入装置５０が、スタータモータ５６に圧縮エアを供給するための供給源５１，５３と通路の一部とを流用して構成されており、ガスエンジン１の非動作時に給気通路１１内にドライエアを注入することができる。

図４はガスエンジン１の制御系の構成を示すブロック図である。ガスエンジン１には、ガスエンジン１の起動、動作及び停止を制御する制御装置６０が設けられている。制御装置６０の入力側には、起動スイッチ７１及び停止スイッチ７２が接続されている。起動スイッチ７１及び停止スイッチ７２は、オペレータにより操作される操作子である。オペレータは、ガスエンジン１の停止中に起動スイッチ７１を操作することにより、制御装置６０に起動指令を与えることができる。オペレータは、ガスエンジン１の動作中に停止スイッチ７２を操作することにより、制御装置６０に停止指令を与えることができる。

制御装置６０の入力側は、ガスエンジン１及び発電機３の運転状態を検出するための各種センサとも接続されている。これにより、制御装置６０は、例えばガスエンジン１の出力軸の位相角や発電機３の出力などを入力することができ、また、入力された位相角に基づいてガスエンジン１のエンジン回転数を測定することができる。制御装置６０の出力側は、第１インジェクタ３５、第２インジェクタ３６、点火プラグ３７、排気バイパス弁１７、潤滑ポンプ４６、暖機用ポンプ４８、圧縮機５１、注入切替弁５５及びスタータ入口弁５８などと接続されている。

制御装置６０は、記憶部６１及び演算部６２を有する。演算部６２は、記憶部６１に予め記憶された制御プログラムを実行してガスエンジン１の運転を統括的に制御する。演算部６２は、ガスエンジン１及び発電機３の運転状態に応じてガスエンジン１の動作を制御し、停止指令に応じてガスエンジン１の停止を制御し、また、起動指令に応じてガスエンジン１の起動を制御する。

図５は図４に示す制御装置６０により実行されるガスエンジン１の運転方法を示すフローチャートである。便宜的に、図５に示すフローは、ガスエンジン１が停止している状態で始まるものとしている。図５に示すように、ガスエンジン１の停止中、暖気確保運転が行われる（ステップＳ１）。暖機確保運転においては、潤滑ポンプ４６が停止して暖機用ポンプ４８が動作する。よって、エンジン各所にオイルヒータ４９で加熱されたオイルが行き渡り、エンジン本体１０、過給機１３、給気管１４及び排気管１５等が外気で冷却されるのを防ぐことができる。起動指令が与えられていない間（Ｓ２：ＮＯ）、暖機確保運転が継続して実行される。

起動指令が与えられると（Ｓ２：ＹＥＳ）、暖機確保運転が終了し、ガスエンジン１を起動した（ステップＳ３）後、ガスエンジン１及び発電機３が所要出力を継続して発生するよう、ガスエンジン１が連続運転される（ステップＳ４）。停止指令が与えられていない間（Ｓ５：ＮＯ）、ガスエンジン１が継続して連続運転される。ガスエンジン１が連続運転されている間、排気バイパス弁１７の開度が調整され、第１インジェクタ３５が適宜時期に動作する。これにより、過給及び冷却後のエアが混合気となって主燃焼室２６に供給することができる。このとき、注入切替弁５５は閉となる。これにより、過給及び冷却後のエアがドライエア通路５２に逆流するのを阻止することができる。そして、第２インジェクタ３６及び点火プラグ３７が適宜時期に動作する。これにより、混合気が主燃焼室２６及び副燃焼室３４内で燃焼する。また、暖機用ポンプ４８が停止し、潤滑ポンプ４６が動作する。これによりエンジン各所の潤滑を要する部位を良好に潤滑することができる。過給及び冷却後のエアに含まれる水分は給気通路１１内で凝縮することがあり、ガスエンジン１が高湿環境下におかれていれば水分発生量が多量になる。本実施形態では、ミストセパレータ１９が給気通路１１内で発生した水を過給及び冷却後のエアから分離するので、水分が主燃焼室２６内に多量に混入することを防止することができる。

停止指令が与えられると（Ｓ５：ＹＥＳ）、第１インジェクタ３５、第２インジェクタ３６及び点火プラグ３７の動作を停止してガスエンジン１を停止し（ステップＳ６）、その後、暖機確保運転が実行される（ステップＳ１）。ガスエンジン１の連続運転中に給気通路１１内で多量の水分が発生した場合、ミストセパレータ１９内の水がドレンされずに残ったり、給気管１４の内壁面に水が付着したまま残ったりすることがある。この状況下で暖機確保運転が実行されると、給気通路１１内の絶対湿度が高いまま保持される。本実施形態では、ガスエンジン１が下記の手順に沿って起動し、それによりガスエンジン１の起動時に点火プラグ３７の電極４０の表面が湿るのを抑制している。

図６は、図５に示す起動処理（Ｓ３）を示すフローチャートである。起動処理では、まず、制御装置６０が補機を起動させる（ステップＳ３１）。ここでの補機とは、圧縮機５１である。潤滑ポンプ４６が含まれていてもよい。補機の起動後、注入切替弁５５が開且つスタータ入口弁５８が閉となり、ドライエアが給気通路１１内に注入される（ステップＳ３２）。これにより、給気通路１１の内部がドライエアで換気される。つまり、給気通路１１内に溜まっていた高湿エアが給気の流れとは逆向きに流れて外部へと追い出され、給気通路１１内のエアにドライエアが混入し、給気通路１１内の絶対湿度が低下する。

記憶部６１が、給気通路１１の内部がドライエアで満たされるために十分に長い予め定められた期間を予め記憶していたり、制御装置６０の入力側が、オペレータが同様の期間を設定入力するための操作子と接続されていたりしてもよい。この場合、ドライエアの注入を、当該所定の期間が経過するまでの間継続して行うようにしてもよい。また、給気通路１１上の所定箇所に絶対湿度を検出するための湿度センサ７５（図４参照）を設けておき、記憶部６１が、所定の湿度閾値を予め記憶していてもよい。この場合、ドライエアの注入を、湿度センサ７５により検出される絶対湿度の測定値が予め記憶された所定の湿度閾値以下になるまでの間継続して行うようにしてもよい。

何れの場合も、給気通路１１内に溜まっていた高湿エアを外部へ追い出し、給気通路１１内の絶対湿度を良好に低下させることができる。ドライエアの注入を所定の期間が経過するまでの間継続する場合は、複雑な処理及び構成を必要とせず、給気通路１１内の絶対湿度を低下させることができる。絶対湿度の測定値を閾値と比較する方法を採る場合は、所望の絶対湿度に低下するまでドライエアの注入を行うことができ、点火プラグの性能の低下を良好に抑制することができる。高湿エアは、ミストセパレータ１９の内部又はミストセパレータ１９よりも下流側に溜まりがちであり、ドライエアは、給気通路１１の下流端部１１ａから給気通路１１内に注入される。このため、湿度センサ７５がミストセパレータ１９の内部又はミストセパレータ１９の下流側に設けられていると、ドライエアの注入による湿度の低減を敏感に測定することができ、制御精度の向上を図ることができる。

給気通路１１内に注入されたドライエアは、給気管１４の下流端部から給気管１４の上流側に向けて流れていく。給気管１４の内部空間は、枝管３０及び給気ポート２７を介して主燃焼室２６に連通しているが、枝管３０は給気管１４よりも小さい流路断面を有する。よって、給気弁３２が開放されていても、ドライエアが主燃焼室２６、副燃焼室３４及びシリンダ２３内へと流れにくい。給気弁３２が開放されていても、排気弁３３が閉じている場合には、ドライエアが主燃焼室２６を吹き抜けることはない。このため、ドライエアで給気通路１１内の高湿エアを外部へと好適に追い出すことができる。なお、ガスエンジン１がバルブオーバーラップを採用している場合において、給気弁３２と共に排気弁３３が開放されていても、前述同様の流路断面の影響で、ドライエアは主燃焼室２６を通り抜けて排気通路１２へと流れにくい。このように、給気弁３２及び排気弁３３の状態に関わらず、ドライエアで給気通路１１の内部が換気される。なお、バルブオーバーラップを採用している場合、ガスエンジン１の停止処理（Ｓ６）において、給気弁３２及び排気弁３３が両方開となる位相角を避けて出力軸２を停止させる制御を行ってもよい。

次に、燃焼室２６，３４内の残存ガスを排気通路１２を介し外部へと排出するプレパージを実行する（ステップＳ３３）。このとき、第１インジェクタ３５、第２インジェクタ３６及び点火プラグ３７は停止したままである。また、注入切替弁５５が閉且つスタータ入口弁５８が開となる。これにより、スタータモータ５６が動作し、フライホイール５が出力軸２と共に回転駆動される。すると、混合気が点火燃焼することなくピストン２４が往復動する。これにより、給気弁３２及び排気弁３３が、出力軸２により駆動され、ピストン２４の行程に応じて開閉動作する。

ピストン２４の往復動が繰り返されると、燃焼室２６，３４内の残存ガスが排気通路１２へと追い出される。替わりに、主燃焼室２６及び副燃焼室３４内には、給気通路１１からドライエアが供給される。これにより、主燃焼室２６及び副燃焼室３４の内部をドライエアで換気することができ、起動時初めて混合気を点火燃焼するときに、その混合気に未燃ガスや煤が混じるのを防ぐことができる。ピストン２４の往復動は、主燃焼室２６及び副燃焼室３４からガスを排出するために十分に多い数のエンジンサイクルであり、給気通路１１内のエアが主燃焼室２６を通り抜け尽くさないために十分に少ない数のエンジンサイクルだけ、繰り返される。

プレパージを行うと、燃焼室２６，３４の内部がドライエアで換気される。一方、ガスエンジン１が高湿環境下におかれていれば、ガスエンジン１の周囲の高湿エアが給気通路１１内に流入し、給気通路１１の内部の絶対湿度が高くなる。そこで、プレパージを行った後、ドライエアが給気通路１１内に再注入される（ステップＳ３４）。このとき、注入切替弁５５が開且つスタータ入口弁５８が閉となる。これにより、プレパージのため給気通路１１の内部の絶対湿度が高くなっても、給気通路１１の内部がドライエアで再び換気され、給気通路１１の内部の絶対湿度が再び低下する。ドライエアの再注入を行う時間は、最初の注入よりも短くてもよい。これにより、速やかに次の工程に移ることができ、ガスエンジン１を速く起動することができる。また、ドライエアを再注入するときに、湿度センサ７５（図４参照）により検出される絶対湿度の測定値と所定の湿度閾値とを比較して、当該再注入を継続するか終了するかが判断されてもよい。

ドライエアの再注入が終了し、給気通路１１の内部がドライエアで換気された後に、クランキングが実行される（ステップＳ３５）。このとき、注入切替弁５５が閉且つスタータ入口弁５８が開となり、スタータモータ５６が動作する。フライホイール５及び出力軸２を回転駆動しながら、第１インジェクタ３５、第２インジェクタ３６及び点火プラグ３７を、出力軸２の位相角に応じて適宜時期で動作させ、点火プラグ３７で混合気を点火燃焼させて出力軸２及びピストン２４を駆動する。起動時最初に点火プラグ３７で点火燃焼される混合気は、給気通路１１内のドライエアから生成される。したがって、点火プラグ３７の電極４０の表面が、当該混合気に晒されても湿ることはなく、点火プラグ３７の電極間の絶縁抵抗が高い値に保たれる。このため、点火プラグ３７は、起動時最初に動作するときに、火花を良好に発生する。このため、起動時最初の混合気が点火燃焼するときに、失火を防ぐことができる。副燃焼室３４内で発生した火炎により、点火プラグ３７の電極４０の表面の温度が高くなる。したがって、エンジンサイクルが繰り返されて主燃焼室２６及び副燃焼室３４内にガスエンジン１の周囲の高湿エアが流入し始めても、そのときには、電極４０の表面温度が既に十分に高くなっている。よって、電極４０の表面が当該高湿エアで晒されても、電極間の絶縁抵抗は高い値で保たれ続ける。

クランキングを行った後、エンジン回転数を発電機３の交流周波数に合う所定のエンジン回転数になるまで昇速させる（ステップＳ３６、ステップＳ３７：ＮＯ）。エンジン回転数が当該所定回転数に達すると（Ｓ３７：ＹＥＳ）、起動処理を終了して連続運転に移行する（ステップＳ４）。

このように、本実施形態では、ガスエンジン１の起動時にドライエアが給気通路１１内に注入されるので、ガスエンジン１が高湿環境下におかれていても、点火プラグ３７の電極４０の表面が湿るのを抑制し、失火を生じさせないようにすることができる。これにより、電極間の絶縁抵抗の低下による点火プラグ３７の性能の低下を抑制することができるので、ガスエンジン１の動作中に、ガスエンジン１及び発電機３が所要出力を発生する。

ドライエアは、給気通路１１の下流端部１１ａから給気通路１１の内部に注入される。このため、給気通路１１内に溜まっていた高湿エアを逆流させ、外部へと良好に追い出すことができ、それにより給気通路１１内の絶対湿度を良好に低下させていくことができる。特に、本実施形態では、ドライエア通路５２が、給気管１４の内部の下流端部であって、給気管１４の内部のうち最も下流側に配置された枝管３０よりも下流側の部分に接続されており、当該部分からドライエアが給気通路１１内に注入される。このため、全てのシリンダ２３において、点火プラグ３７の性能の低下を良好に抑制することができる。

［第２実施形態］
図７は、本発明の第２実施形態に係るガスエンジン１０１の全体構成を示す概念図である。本実施形態は、スタータモータが設けられていない点で第１実施形態と相違する。以下、本発明に係る第２実施形態について、第１実施形態との相違を中心にして説明する。

図７に示すように、本実施形態に係るガスエンジン１０１には、スタータモータが設けられていない。注入装置１５０は、圧縮機１５１、ドライエア通路１５２、除湿器１５４及び逆止弁１５５を有している。圧縮機１５１は、上記実施形態と同様の圧縮機である。ドライエア通路１５２は、圧縮機１５１を給気通路１１の下流端部１１ａに接続している。逆止弁１５５は、ドライエア通路１５２上に設けられ、給気通路１１からのエアがドライエア通路１５２に逆流してくるのを阻止する。本実施形態によれば、空圧モータであるスタータモータを用いて起動させるようにガスエンジン１０１が構成されていなくても、ガスエンジン１０１の起動時に、上記実施形態と同様、注入装置１５０が給気通路１１内にドライエアを注入し、給気通路１１内に溜まっているエアを外部へ追い出すことができ、また、ガスエンジン１０１の動作中に過給及び冷却後のエアがドライエア通路１５２に逆流するのを阻止することができる。したがって、ガスエンジン１０１が高湿環境下におかれていても、ガスエンジン１０１の起動時に点火プラグの性能が低下するのを抑制することができる。

［変形例］
これまで本発明の実施形態について説明したが、上記構成及び処理の手順は、本発明の範囲内で適宜変更可能である。注入装置は、圧縮エアの供給源を有していなくてもよく、替わりに、ガスエンジンが設置される工場内の任意の高圧エアをドライエア通路５２に引き込むように構成されていてもよい。また、注入装置は、エアの乾燥手段を有していなくてもよく、替わりに、例えば予め乾燥したエアを貯留する槽を有していてもよい。また、給気通路１１内の絶対湿度を低湿化させるうえで、プレパージ工程は必須の処理でない。プレパージ工程を省略するときには、ドライエアを再注入するための第２ドライエア注入工程も省略可能である。ガスエンジン１のシリンダ配列は、Ｖ型に限られず直列型又は並列型でもよい。

本発明は、火花点火方式を採用したガスエンジンの起動時に点火プラグの性能が低下するのを抑制することができるとの作用効果を奏し、火花点火方式を採用したガスエンジン、特に、高湿環境下におかれる発電用の過給機付ガスエンジンに利用すると有益である。

１ ガスエンジン
１１ 給気通路
１２ 排気通路
２３ シリンダ
２４ ピストン
２６ 主燃焼室
３４ 副燃焼室
３７ 点火プラグ
４０ 電極
４６ 潤滑ポンプ
４８ 暖機用ポンプ
５０ 注入装置
６０ 制御装置

Claims (8)

1. 点火プラグが発生させる火花で混合気を点火燃焼させるガスエンジンの起動方法であって、
   前記ガスエンジンの外部のエアを除湿することで得られた乾燥したエアを給気通路内に注入するドライエア注入工程と、
   前記ドライエア注入工程の後に、前記点火プラグで混合気を点火燃焼させて前記ガスエンジンの出力軸を回転始動させるクランキング工程とを備える、ガスエンジンの起動方法。
2. 前記クランキング工程の前に、混合気を点火燃焼させることなくピストンを往復動させ、燃焼室内の残存ガスを排気通路を介して外部に排出するプレパージ工程を更に備え、
   前記ドライエア注入工程は、前記プレパージ工程の前に実行される第１ドライエア注入工程と、前記プレパージ工程の後且つ前記クランキング工程の前に実行される第２ドライエア注入工程と、を有する、請求項１に記載のガスエンジンの起動方法。
3. 前記第２ドライエア注入工程が、前記第１ドライエア注入工程よりも短期間実行される、請求項２に記載のガスエンジンの起動方法。
4. 前記ドライエア注入工程は、予め定められた期間かけて実行される、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のガスエンジンの起動方法。
5. 前記ドライエア注入工程は、前記給気通路内の湿度が所定の湿度閾値以上である間実行される、請求項１ないし３のいずれか１項に記載のガスエンジンの起動方法。
6. 前記ドライエア注入工程において、前記乾燥したエアを前記給気通路の下流端部から前記給気通路内に注入する、請求項１ないし５のいずれか１項に記載のガスエンジンの起動方法。
7. ガスエンジンの外部のエアを前記ガスエンジンの燃焼室に供給するための給気通路と、
   前記燃焼室内で火花を発生して混合気を点火燃焼させる点火プラグと、
   前記ガスエンジンの外部のエアを除湿することで得られた乾燥したエアを前記給気通路に注入するための注入装置と、
   前記ガスエンジンの起動を制御する制御装置と、を備え、
   前記制御装置が、前記乾燥したエアが前記給気通路内に注入されるように前記注入装置を制御した後、混合気を点火燃焼して前記ガスエンジンの出力軸が回転始動するように前記点火プラグを制御する、ガスエンジンの起動装置。
8. 請求項７に記載の起動装置を備える、ガスエンジン。