JP6690921B2 - ガスエンジンを起動するための方法 - Google Patents

Description

本発明は、１つより多い作動シリンダを有するガスエンジンを起動するための方法に関する。請求項１のプリアンブルに従って、作動シリンダには、シリンダを選択して燃料ガスが供給され、作動シリンダには、起動ガスの一部が供給される。

ガスエンジンは、その運転のために液体燃料ではなく気体燃料が用いられる内燃機関であり、気体燃料とは、例えば天然ガス、木ガス、埋立地ガス又は水素の形で存在し得るものであるが、気体燃料のリストはこれに留まるものではない。ガスエンジンは、しばしば固定されて、熱電併給のための設備における熱機関として、又は、船舶用駆動装置として運転される。

本出願人による特許文献１に基づいて、パフォーマンスガス噴射（ＰＧＩ）法に従って動作するガスエンジンが知られている。当該方法においては、混合気に点火するために、燃料ガス混合気が、高圧下で、各作動シリンダの予燃焼室に噴射され、当該予燃焼室内には、例えば白熱体の形の点火源が配置されており、当該白熱体において、着火性の混合気が着火する。火炎前面は、予燃焼室内の通路を通って主燃焼室へと広がり、主燃焼室内には例えば希薄な混合気が存在する。

ここで言及されている点火とは、すでに稼働しているガスエンジンにおける混合気の点火である。まだクランクシャフトが回転していない、停止しているガスエンジンは、起動プロセスを通じて作動しなければならない。

ガスエンジンを起動するためには、可燃性の混合気が、作動シリンダの燃焼室内に存在しなければならない。それによって、作動シリンダ内の点火と、ガスエンジンの起動とが可能になる。明らかになっていることに、このような着火性の混合気はしばしば、第１回の点火プロセスでは点火されず、作動シリンダの排気制御機構を通じて排気管に到達し、排気管内には着火性の混合気が蓄積する。作動シリンダの点火が行われる場合、高温の排ガスが排気管内に排出され、排気管内における圧力の著しい増大によって、着火性の混合気の自己着火の危険が存在する。

主に予混合ガスエンジンでは、ガスエンジンの吸気の全量に燃料ガスが混合され、このように生成された混合気全体は着火性であり、それゆえ、各作動シリンダにおける起動プロセスの際に着火しない場合に、大量に排気管に到達し得る。

すでに稼働しているガスエンジンにおいて各作動シリンダにシリンダを選択して燃料ガスを供給する場合にも、ガスエンジンの起動に必要な量の燃料ガスが主に放出される。つまり、全ての作動シリンダには、同時に、各作動シリンダの点火に必要な量の起動ガスが分配され、その結果、全ての作動シリンダが同様に良好な点火挙動を有しているとは限らないガスエンジンにおいては、着火性の混合気が排気管に蓄積され、爆発の高い危険性が生じる。ガスエンジンの点火プロセスを監視することによって、及び、起動プロセスの際の排気管内のガス組成を監視することによって、この危険を減少させることができるが、しかしながら、このシステムはまだ改善する余地があることが明らかになっている。

独国特許出願公開第102009016461号明細書

ここから出発して、本発明の課題は、ガスエンジンを起動するための方法であって、ガスエンジンの排気管における着火性の混合気の発生を回避し得る方法を作り出すことにある。

本課題を解決するために作り出された方法は、請求項１に記載の特徴を有している。有利な構成は、別の請求項に記載されている。

本発明は、１つより多い作動シリンダを有するガスエンジンを起動するための方法を作り出すものであり、作動シリンダには、シリンダを選択して燃料ガスが供給され、作動シリンダには、起動ガスの一部が供給される。当該方法は、起動ガスが少なくとも１つの作動シリンダにシリンダを選択して供給されることを特徴としている。

これは、言い換えると、本発明に係る起動方法は、特にガスエンジンの運転中にシリンダを選択して燃料ガスが供給され得るガスエンジンに適しているということを意味している。このとき、従来の起動方法とは対照的に、起動ガスの一部はもはや主に全ての作動シリンダに同時には放出されず、全ての作動シリンダに同時に起動ガスが供給はされないが、少なくとも１つの作動シリンダにおいて燃焼プロセスを開始するために必要な量の起動ガスは、当該作動シリンダにシリンダを選択して供給される。従って、シリンダを複数有するガスエンジンの作動シリンダには、起動ガスの一部が供給され得る一方で、別の作動シリンダには、初めに挙げた作動シリンダに起動ガスが供給されている間は、起動ガスは供給されない。その結果、選択された作動シリンダにおいて起動ガスの一部が着火せず、排気制御機構を通じて排気管に到達する場合でも、排気管内には着火性の混合気が存在しない。なぜなら、別の作動シリンダを通じて燃焼用空気が排気管に圧送され、従って、混合気はもはや着火不可能である程度に薄められるからである。排気管内で混合気が自己着火する危険は、効果的に除去されている。

本発明に係る方法のさらなる構成によると、少なくとも２つの作動シリンダに、所定の量の起動ガスがシリンダを選択して供給されることが規定されている。それによって、選択された作動シリンダには、異なる量の起動ガスが、例えば特定のガスエンジンの運転に際する経験値に応じて供給され得る。ガスエンジンには、作動シリンダがそれぞれ、残りの作動シリンダよりも速く起動する、又は、起動のために、ガスエンジンの残りの作動シリンダとは異なる起動ガスの量を必要とするという傾向があり、本発明に係る方法では、このようなそれぞれのガスエンジンの個別の特異点を考慮することが可能である。

それによって、確実に第１の点火を行うために、作動シリンダそれぞれに、その起動挙動に適応した固有の量の起動ガスを供給することが可能であり、ガスエンジンの排気管内への着火性混合気の排出を確実に回避することが可能である。

本発明に係る方法の有利なさらなる構成によると、起動ガスは、少なくとも１つの作動シリンダ内で点火が行われたことを認識した後で初めて、少なくとも１つのさらなる作動シリンダに供給されることが規定されている。これは、言い換えれば、少なくとも１つの作動シリンダ、又は、作動のために１つより多い作動シリンダでの点火を要するガスエンジンにおいて、必要な数のシリンダで点火が行われたときに初めて、さらなる作動シリンダに、該当する作動シリンダ内で着火が生じない確率が明らかに減少するように調量された起動ガスが供給されることを意味している。

本発明に係る方法は、シリンダを選択している起動ガスの量が、ガスエンジンの排気管内に着火性の混合気が存在しないように決定されることを特徴とする。従って、起動プロセスの際には点火されていない作動シリンダの排気管内に到達した混合気の危険な着火は生じ得ない。複数のシリンダを有するガスエンジンにおいて、起動プロセスに際して、複数の作動シリンダですでに点火が行われており、特定の作動シリンダのみが点火しにくい状態であることが明らかである場合、当該作動シリンダにおいて着火が開始するまで、当該作動シリンダに供給される起動ガスの量を例えば段階的に増大させることが可能である。これに対して、点火されていない作動シリンダを通じて排気管に到達するガスの量は、シリンダを選択して制御され得るので、排気管内には着火性の混合気は蓄積されない。

本発明のさらなる構成によると、起動ガスが供給されるべき作動シリンダは、作動シリンダの起動しやすさ、及び／又は、少なくとも１つのさらなる作動シリンダに対する作動シリンダの回転角位置、及び／又は、ガスエンジンの排気管内の作動シリンダの排気口の位置に応じて、エンジン固有に決定されることも規定されている。

作動シリンダそれぞれへのシリンダを選択した起動ガスの供給の順序は、例えば作動シリンダが先行する起動の試みに際して点火しにくかったか否かに応じて、エンジン固有に決定され得るので、当該作動シリンダには、ガスエンジンのその他の作動シリンダがすでに点火を開始しており、それによって、点火しにくい作動シリンダにおける点火プロセスが成功する確率が明らかに上昇した場合に初めて起動ガスが供給される。

このような方法で、作動シリンダそれぞれへの起動ガスの連続的な放出が、挙げられたパラメータに応じて実現可能であり、その結果、起動プロセスの際のガスエンジンのトルク曲線が緩やかに上昇し、それによって、望ましくないトルク振幅が回避され得る。

本発明の有利なさらなる構成によると、起動ガスが供給されるべき作動シリンダの順序は、ガスエンジンのクランク機構が固有振動を生じないようにエンジン固有に決定されることも規定されている。本発明に係る起動方法によって、クランク機構のねじれ特性に影響を与えることも可能である。連続して起動ガスが供給される作動シリンダの順序は、一方では可能な限り一定のトルク曲線が生じ、他方ではクランクシャフトが上昇した際の有害なねじり振動が回避されるように選択される。

本発明の別のさらなる構成によると、起動ガスが供給されるべき作動シリンダの順序が、ガスエンジンの起動順序の中断後に、選択された順序とは異なる第２の順序に変更され、第２の順序で起動プロセスが繰り返されることも規定されている。このような手順は、例えば温度及び大気湿度又はその他の特定の影響パラメータ等のガスエンジンの環境条件ゆえに、ガスエンジンの起動が成功しなかったと明らかになった場合、又は、このような変化するパラメータに応じて、起動ガスが供給されるべき作動シリンダの異なる順序が有利である場合に利点を有する。

すでに言及したように、選択された作動シリンダには、前もって起動ガスが供給された作動シリンダにおいて、点火プロセスの成功が確認されたときに初めて、シリンダ固有の量の起動ガスが供給される。本発明のさらなる構成によると、作動シリンダの点火成功の認識は、例えば作動シリンダの排気管内の温度上昇の確認、及び／又は、作動シリンダ内の圧力上昇の確認によって行われる。

点火の成功を確認するために、例えば作動シリンダのノッキングセンサを用いることができるので、本発明に係る方法を実施するためにガスエンジンでセンサ技術を追加的に用いる必要がない。

すなわち、本発明に係る方法は、ガスエンジンの点火が、統一された起動ガスの放出によって全てのシリンダで同時に行われるのではなく、点火ガスが個別に選択されたシリンダ、つまり１つ又は複数の作動シリンダに連続的に供給されること、及び、起動順序における後続のシリンダへの起動ガスの放出が、すでに供された一連のシリンダの点火の成功が認識された後で初めて行われることを特徴とする。

それによって、排気管内にはつねに、点火に供された作動シリンダからのガスと、まだ起動ガスが供給されていない作動シリンダからのガス、すなわち純粋な燃焼用空気又はすでに点火された作動シリンダからの排ガスとの混合が生じる。同時に点火に供される作動シリンダの数は、点火が成功しなかった場合の作動シリンダからの起動ガスと純粋な燃焼用空気及び／又はすでに点火された作動シリンダからの排ガスとの混合ゆえに、排気管内に着火性の混合気が存在しないように選択され得る。

作動シリンダそれぞれにおいてすでに点火が開始したか否かを調べるために、例えばノッキングセンサの形の、すでに存在するセンサを用いることも可能であり、それによって、本発明に係る方法を多くの費用を要さずに実施することができる。圧力センサの代わりに、又は、圧力センサに加えて、作動シリンダ内の温度を測定するためのセンサを用いることも可能であり、それによって、作動シリンダそれぞれにおいて起動プロセスが成功したか否かが確認される。

作動シリンダの点火順序の決定には、例えばクランク機構のねじれ特性も影響を与えることが可能である。連続して起動ガスが供給される作動シリンダの順序は、一方では可能な限り一定なトルク曲線が成立し、他方ではクランク機構のねじり振動が許容範囲内に留められるように選択される。点火順序としては、ガスエンジンの起動のために選択的に用いることができる複数の代替的な順序を規定することも可能である。

Claims (10)

1. １つより多い作動シリンダと、排気管と、を有するガスエンジンを起動するための方法であって、
   前記１つより多い作動シリンダから、第１の点火のための少なくとも１つの作動シリンダが選択され、
   選択された作動シリンダに、燃料ガスと、燃焼プロセスを開始するために必要な量の起動ガスと、が供給され、
   選択されていない作動シリンダには、燃焼用空気のみが供給され、
   前記燃焼プロセスを開始した際に前記選択された作動シリンダに供給された起動ガスの一部が着火されない場合、前記選択された作動シリンダから排出される燃料ガスと起動ガスとからなる混合気が、前記排気管において、前記選択されていない作動シリンダを通った燃焼用空気と混合し、前記混合気が、着火不可能となる程度に希薄される、
   ガスエンジンを起動することを特徴とする方法。
2. 少なくとも２つの作動シリンダに、所定の量の起動ガスがシリンダを選択して供給されることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 起動ガスが、少なくとも１つの作動シリンダにおいて点火が成功したことを認識した後で初めて、少なくとも１つのさらなる作動シリンダに供給されることを特徴とする請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記起動ガスの量が、前記ガスエンジンの排気管内に着火性の混合気が存在しないように決定されることを特徴とする請求項１から３のいずれか一項に記載の方法。
5. 起動ガスが供給されるべき作動シリンダが、前記作動シリンダの点火成功、及び／又は、少なくとも１つのさらなる作動シリンダに対する作動シリンダにおけるピストン位置、及び／又は、前記ガスエンジンの前記排気管内の前記作動シリンダの排気口の位置に応じて、エンジン固有に決定され、
   前記作動シリンダの点火成功の認識が、前記作動シリンダの排気管内の温度上昇の確認、及び／又は、前記作動シリンダ内の圧力上昇の確認によって行われることを特徴とする請求項１から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 起動ガスが供給されるべき作動シリンダの順序が、所定の振幅の値よりも値が小さい振幅を有するトルク曲線をもたらすために、エンジン固有に決定されることを特徴とする請求項１から５のいずれか一項に記載の方法。
7. 起動ガスが供給されるべき作動シリンダの順序が、前記ガスエンジンのクランク機構が固有振動を生じないようにエンジン固有に決定されることを特徴とする請求項１から６のいずれか一項に記載の方法。
8. 起動ガスが供給されるべき作動シリンダの順序が、前記ガスエンジンの起動順序の中断後に、前記順序とは異なる第２の順序に変更され、前記第２の順序で起動プロセスが繰り返されることを特徴とする請求項１から７のいずれか一項に記載の方法。
9. 作動シリンダの点火成功の認識が、前記作動シリンダの排気管内の温度上昇の確認、及び／又は、前記作動シリンダ内の圧力上昇の確認によって行われることを特徴とする請求項１から８のいずれか一項に記載の方法。
10. 作動シリンダの少なくとも１つのノッキングセンサが、圧力の上昇を確認するために用いられることを特徴とする請求項９に記載の方法。