WO2016194283A1 - ガスエンジン用燃料供給装置 - Google Patents

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WO2016194283A1
WO2016194283A1 PCT/JP2016/002015 JP2016002015W WO2016194283A1 WO 2016194283 A1 WO2016194283 A1 WO 2016194283A1 JP 2016002015 W JP2016002015 W JP 2016002015W WO 2016194283 A1 WO2016194283 A1 WO 2016194283A1
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gas
calorific value
fuel
branch path
range
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洋平 中島
英和 岩▲崎▼
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川崎重工業株式会社
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02M—SUPPLYING COMBUSTION ENGINES IN GENERAL WITH COMBUSTIBLE MIXTURES OR CONSTITUENTS THEREOF
    • F02M21/00—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form
    • F02M21/02—Apparatus for supplying engines with non-liquid fuels, e.g. gaseous fuels stored in liquid form for gaseous fuels
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to a fuel supply device applied to a gas engine.
  • Gas heat generation affects the combustion state of the gas engine.
  • a measurement gas engine is installed separately from the main gas engine, and the same fuel is supplied to these gas engines for measurement. It is known that the amount of heat generated by the fuel is determined based on the operation data taken by the gas engine, and the air-fuel ratio and ignition timing of the main gas engine are adjusted based on the determination result (for example, Patent Documents). 1).
  • An object of the present invention is to avoid occurrence of strong knocking or frequent occurrence of knocking even if the calorific value of gas fuel at the fuel source rises rapidly.
  • a fuel supply device for a gas engine includes an upper flow path through which gas fuel from a fuel source flows, a lower flow path extending to the gas engine, and an upstream end of the lower flow path branched from the downstream end of the upper flow path
  • a fuel passage including a first branch path and a second branch path that merge at a gas branch, a gas tank provided in the second branch path, a calorimeter that detects a calorific value of the gas fuel flowing in the upper flow path, and the first A switching mechanism for switching the flow of gas fuel in the first branch path and the second branch path, and a controller, wherein the controller detects the calorific value detected by the calorimeter from a first threshold value.
  • the lower low range, the middle range between the first threshold value and the second threshold value, and the high frequency range higher than the second threshold value, and the detected calorific value is the low range or the When in the middle range,
  • the switching mechanism is operated so that the fuel flows through at least the second branch passage and is stored in the gas tank, and the detected heat generation amount shifts from the middle region to the high region, the gas fuel is The switching mechanism is operated so that it flows through the second branch path.
  • the gas fuel is supplied from the upper flow path to the lower flow path and the gas engine via the second branch path.
  • the gas fuel with the high calorific value flows through the second branch path.
  • the calorific value of the gas fuel stored in the gas tank is lower than that of the gas fuel flowing in the upper flow path. The gas fuel in the gas tank is pushed out by the gas fuel from the upper flow path, and begins to be supplied to the gas engine while being mixed with the gas fuel from the upper flow path.
  • the calorific value of the gas fuel flowing in the lower flow path is lower than the calorific value of the gas fuel flowing in the upper flow path, and if the gas fuel is exhausted, the gas fuel flowing in the lower flow path
  • the calorific value is the same as the calorific value of the gas fuel flowing through the upper flow path. Even if the calorific value of the gas fuel in the fuel source rises rapidly, the rise in the calorific value of the gas fuel supplied to the gas engine can be mitigated by using the time until the gas fuel stored in the gas tank is exhausted. Then, the adjustment of the ignition timing of the engine can be made to follow the increase in the heat generation amount, and the occurrence of strong knocking and frequent knocking can be avoided in advance.
  • the controller When the detected calorific value has shifted from the low range to the mid range, the controller causes the gas fuel to flow through the first branch path, and the gas fuel before the shift is maintained in the gas tank.
  • the switching mechanism may be operated as described.
  • the gas fuel flows through the first branch path, so that the low calorific value gas fuel stored in the gas tank before the shift is Maintained in gas tank. For this reason, when the detected calorific value goes from the low range to the high range through the high range, a low calorific value gas fuel can be used.
  • the calorific value rise in the lower flow path can be made as slow as possible, and the occurrence of strong knocking and frequent knocking can be avoided in advance.
  • the controller controls the switching mechanism so that when the detected calorific value has shifted from the high range to the mid range, the gas fuel flows through at least the second branch path and is stored in the gas tank. You may operate.
  • the gas fuel in the gas tank is actually supplied from the fuel source with the high calorific value accumulated so far.
  • the medium heat generation amount gas fuel is replaced, and the medium heat generation amount gas fuel is accumulated in the gas tank.
  • the medium calorific value gas fuel can be used. As a result, the amount of heat generated in the lower flow path can be increased as slowly as possible, and the occurrence of strong knocking and frequent knocking can be avoided.
  • the switching mechanism includes a first on-off valve that opens and closes the first branch path through the first branch path, and a second on-off valve that opens and closes the second branch path through the second branch path.
  • the controller includes the first branch path and the second branch when the detected calorific value shifts from the mid range to the low range or from the high range to the mid range.
  • the first on-off valve and the second on-off valve may be operated so as to open both the branch paths.
  • the calorific value when the calorific value is in the low or middle range and the gas fuel is accumulated in the gas tank, the gas fuel having a relatively high calorific value that has been accumulated in the gas tank is pushed out, while the fuel is actually fueled.
  • Part of the relatively low calorific value gas fuel supplied from the source bypasses the gas tank and flows through the first branch path. Therefore, the gas fuel with a relatively high calorific value pushed out from the gas tank is mixed with the gas fuel with a relatively low calorific value that has circulated through the first branch at the upstream end of the lower flow path. For this reason, when the gas fuel in the gas tank is replaced with one having a relatively low calorific value, it is possible to suppress a temporary increase in the calorific value of the gas fuel supplied to the gas engine.
  • the present invention even if the calorific value of the gas fuel at the fuel source rises rapidly, the occurrence of strong knocking or frequent knocking can be avoided in advance.
  • FIG. 3 is a timing chart illustrating an example of a temporal change in a heat generation amount when the fuel supply process illustrated in FIG. 2 is executed. It is a block diagram of the fuel supply apparatus which concerns on 2nd Embodiment.
  • the fuel supply device 1 of the first embodiment includes a fuel passage 10, a gas tank 15, a calorimeter 16, a switching mechanism 17, and a controller 20, and is a gas fuel of a fuel source (not shown). Is supplied to the gas engine 2 through the fuel passage 10.
  • the fuel source may be a gas conduit laid by a gas supplier.
  • the property of the gas fuel may fluctuate without the provider and the user of the gas engine 2 being involved.
  • the higher heating value (total heating value) of gas fuel may vary in the range of 46 MJ / m 3 N.
  • the fuel passage 10 has an upper flow path 11 through which gas fuel from a fuel source flows, a lower flow path 12 extending to the gas engine 2, and a first branch that branches at the downstream end of the upper flow path 11 and joins at the upstream end of the lower flow path 12.
  • a path 13 and a second branch path 14 are included.
  • the gas tank 15 is provided in the second branch path 14 (more specifically, interposed on the second branch path 14), and can store the gas fuel that has flowed into the second branch path 14 from the upper flow path 11. .
  • the lower flow path 12 is provided with a pressure adjustment valve 21 that adjusts the fuel pressure supplied to the gas engine 2. By providing the pressure adjustment valve 21 downstream of the gas tank 15, the fuel pressure can be adjusted at a position as close as possible to the gas engine 2.
  • the calorimeter 16 detects the calorific value of the gas fuel flowing through the upper flow path 11.
  • the switching mechanism 17 is configured to be capable of switching the flow of gas fuel in the first branch path 13 and the second branch path 14 and is operated by the controller 20.
  • the switching mechanism 17 includes a first on-off valve 18 provided on the first branch path 13 and a second on-off valve 19 provided on the second branch path 14.
  • the switching mechanism 17 has a first flow state in which the flow of gas fuel is permitted by the first branch passage 13 and is blocked by the second branch passage 14, and the flow of gas fuel is blocked by the first branch passage 13. Is one of the three distribution states of the second distribution state permitted in step S3 and the third distribution state in which the distribution of gas fuel is permitted in both the first branch passage 13 and the second branch passage 14.
  • the second on-off valve 19 is provided downstream of the gas tank 15 on the second branch path 14.
  • the first on-off valve 18 and the second on-off valve 19 are constituted by electromagnetic valves operated by the controller 20. If necessary, a check valve 22 may be provided upstream of the gas tank 15 on the second branch passage 14.
  • the controller 20 While the gas engine 2 is operating, the controller 20 constantly monitors the calorific value of the gas fuel flowing through the upper flow path 11 detected by the calorimeter 16, and performs the fuel supply process shown in FIG. 2 at a predetermined control cycle. Execute repeatedly. In this fuel supply process, first, the controller 20 compares the detected calorific value with one or more threshold values to determine which of the plurality of regions the detected calorific value is defined by the threshold value (step) S1).
  • the threshold includes a first threshold H1 and a second threshold H2 that is different from the first threshold H1 and higher than the first threshold H1.
  • the two threshold values H1 and H2 are divided into three regions, ie, “low range LR” lower than the first threshold value H1, one “middle range MR” between the first threshold value H1 and the second threshold value H2, and the second value.
  • “High-frequency HR” higher than the threshold value H2 is defined.
  • the low region LR is a region having the lowest calorific value among the plurality of regions
  • the high region HR is a region having the highest calorific value among the plurality of regions.
  • the specific numerical value of the threshold is set to an appropriate value in light of the specification of the gas engine 2, the destination of the gas engine 2, the assumed fluctuation range of the calorific value of the gas fuel in the fuel source, and the like.
  • the controller 20 when the detected calorific value is in the low range LR (S2: YES), the controller 20 permits the flow of the gas fuel in both the first branch path 13 and the second branch path 14.
  • the switching mechanism 17 is operated (step S11).
  • the controller 20 When the detected calorific value is in the high band HR (S3: YES), the controller 20 operates the switching mechanism 17 so as to permit the flow of the gas fuel only in the second branch path 14 (step S12).
  • the controller 20 determines whether or not the detected calorific value has shifted from the low region (step S4).
  • the controller 20 sets the switching mechanism 17 so as to permit the flow of the gas fuel only in the first branch path 13. Operate (step S13).
  • the controller 20 allows the gas fuel to flow through both the first branch passage 13 and the second branch passage 14.
  • the switching mechanism 17 is operated (step S14).
  • FIG. 4 shows an example of the time change of the calorific value of the gas fuel, the process executed in the fuel supply process, the flowability of the first branch path 13, and the flowability of the second branch path 14 in this order from the top.
  • the solid line indicates the calorific value of the gas fuel flowing through the upper flow path 11 detected by the calorimeter 16, which is substantially equal to the calorific value of the gas fuel in the fuel source.
  • the chain line indicates the calorific value of the gas fuel flowing through the lower flow path 12 or the gas fuel supplied to the gas engine 2.
  • step S11 is executed.
  • the gas fuel is supplied from the upper flow path 11 through the first branch path 13 and the second branch path 14 to the gas engine 2.
  • the gas fuel that has flowed into the second branch path 14 is stored in the gas tank 15.
  • step S12 starts when the detected calorific value enters the high band HR. Gas fuel can only flow from the upper flow path 11 to the second branch path 14.
  • step S13 is executed, and the flow of gas fuel in the second branch path 14 is prevented. Therefore, a gas fuel with a low calorific value (more specifically, a gas fuel whose calorific value is equal to or less than the first threshold value H1) is maintained in the gas tank 15.
  • a gas fuel with a low calorific value (more specifically, a gas fuel whose calorific value is equal to or less than the first threshold value H1) is maintained in the gas tank 15.
  • the check valve 22 is provided upstream of the gas tank 15, it is possible to prevent the low calorific value gas fuel from flowing out of the gas tank 15 and backflowing through the second branch path. Can be kept securely.
  • the low calorific gas fuel stored in the gas tank 15 is converted into the high calorific gas fuel flowing into the second branch passage 14 (more specifically, the calorific value is The gas fuel is pushed out by the gas fuel of the second threshold value H2 or higher, and is supplied to the gas engine 2 through the lower flow path 12 in a state of being mixed with the gas fuel having a high calorific value.
  • the calorific value of the gas fuel flowing through the lower flow path 12 becomes the same as the calorific value of the gas fuel flowing through the upper flow path 11. Even if the calorific value of the gas fuel in the fuel source rises rapidly, the calorific value of the gas fuel supplied to the gas engine 2 rises slowly until the gas fuel stored in the gas tank 15 is exhausted.
  • the calorific value of the gas fuel affects the combustion state of the gas engine 2. For example, when the calorific value of the gas fuel increases, the knocking occurrence region related to the ignition timing expands to the retard side.
  • the ignition timing is monitored such as the occurrence of frequent knocking or strong knocking while monitoring the detection of a knock sensor (not shown), for example.
  • the angle is advanced as much as possible toward MBT (Minimum advance for Best Torque), and as a result, it is adjusted to a value near the boundary between the knocking occurrence region and the safe driving region.
  • the calorific value of the gas fuel in the fuel source rises rapidly. Therefore, the speed at which the knocking occurrence area expands toward the retard side also becomes slow, and the ignition timing can be prevented from entering deeply into the knocking occurrence area. Then, based on the relatively mild sporadic knock detected by the knock sensor, the ignition timing is adjusted to a value near the boundary so as to follow the shift of the boundary between the knock occurrence region and the safe driving region. It is possible to delay while keeping. For this reason, a fatal knock phenomenon can be avoided by simply changing the ignition timing of the engine. Thereby, an emergency stop of the engine or a sudden decrease in output can be avoided in advance, and the gas engine 2 can be continuously operated while keeping the output of the gas engine 2 high.
  • the calorific value of the gas fuel in the fuel source increases, the calorific value of the gas fuel is continuously adjusted to a low value, and the prepared gas fuel is continuously supplied to the gas engine 2. Absent.
  • the gas tank 15 is necessary for slowing the increase in the calorific value of the gas fuel supplied to the gas engine 2 without directly transmitting the rapid increase to the gas engine 2 immediately after the calorific value of the gas fuel in the fuel source suddenly increases. As long as it has a sufficient capacity.
  • the low calorific value gas fuel stored in the gas tank 15 is supplied from the fuel source before the detected calorific value reaches the second threshold value H2.
  • the fuel supply apparatus 1 can be easily operated without requiring work for supplying gas fuel to the gas tank 15.
  • the low calorific gas fuel is exhausted from the gas tank 15. That is, the gas fuel in the gas tank 15 is replaced with a gas fuel with a high calorific value.
  • the process S14 is started when the detected calorific value enters the mid range MR.
  • the gas fuel flows from the upper flow path 11 through both the first branch path 13 and the second branch path 14.
  • the gas fuel having a high calorific value stored in the gas tank 15 is a gas fuel having a medium calorific value flowing into the second branch 14 (more specifically, a gas whose calorific value is not less than the first threshold value H1 and not more than the second threshold value H2).
  • the fuel is pushed out.
  • the gas fuel in the gas tank 15 is replaced with the medium-calorific value gas fuel.
  • part of the gas fuel flowing through the upper flow path 11 bypasses the gas tank 15, flows through the first branch path 13, and flows into the lower flow path 12.
  • the high calorific value gas fuel pushed out of the gas tank 15 is mixed with the medium calorific value gas fuel at the upstream end of the lower flow path 12.
  • the process S11 starts when the detected calorific value enters the low range LR.
  • the gas fuel flows from the upper flow path 11 through both the first branch path 13 and the second branch path 14. Also at this time, the same action as that when the detected amount of generated heat falls from the high range HR to the mid range MR can be obtained. That is, the medium calorific value gas fuel stored in the gas tank 15 is replaced with the low calorific value gas fuel. During this replacement, it is possible to suppress a temporary increase in the calorific value of the gas fuel supplied to the gas engine 2.
  • the process S13 starts when the detected calorific value enters the mid range MR.
  • the gas fuel flows only from the upper flow path 11 through the first branch path 13. Therefore, it is possible to prevent the low calorific value gas fuel stored in the gas tank 15 from being replaced with the medium calorific value gas fuel actually supplied from the fuel source.
  • the gas fuel having a low calorific value stored before the transition to the mid-range MR is maintained. If the heat generation amount is lower than the second threshold value H2, even if the heat generation amount suddenly increases, the operation of the gas engine 2 can be continued by adjusting the ignition conditions of the engine to avoid a fatal knock phenomenon.
  • the check valve 22 is provided upstream of the gas tank 15, the gas fuel with a low calorific value can be reliably retained by the gas tank 15 as described above.
  • the period during which the calorific value is in the mid range MR from the low range LR to the high range HR is sufficiently long.
  • the gas fuel in the gas tank 15 is kept low. For this reason, the same operation as that when the detected heat generation amount rapidly rises from the low range LR to the high range HR can be obtained. That is, the increase in the calorific value of the gas fuel supplied to the gas engine 2 becomes slower than the increase in the calorific value of the gas fuel in the fuel source, so that the occurrence of strong knocking or frequent knocking can be avoided.
  • the gas fuel is The gas fuel in the gas tank 15 is circulated through both the first branch path 13 and the second branch path 14 and is replaced with a medium heat generation gas fuel. Thereafter, step S12 starts when the amount of heat generated again enters the high band HR.
  • the gas fuel flows only from the upper flow path 11 to the second branch path 14. Until the gas fuel in the gas tank 15 is exhausted, the increase in the calorific value of the gas fuel supplied to the gas engine 2 is mitigated, although not as much as when the low-calorific gas fuel is stored. Therefore, it is possible to earn time until the calorific value of the gas fuel supplied to the gas engine 2 becomes the same as the calorific value of the gas fuel flowing through the upper flow path 11, and a fatal knock phenomenon can be avoided.
  • FIG. 5 shows a fuel supply apparatus 201 according to the second embodiment.
  • the switching mechanism 217 has a first flow state in which the flow of the gas fuel is permitted only in the first branch path 13 and a second communication state in which the flow of the gas fuel is permitted only in the second branch path 14.
  • the switching mechanism 217 includes a three-way valve 218 provided at the downstream end of the upper flow path 11 (that is, the upstream end of the first branch path 13 and the upstream end of the second branch path 14).
  • the switching mechanism 217 includes a check valve 219 that is provided downstream of the gas tank 15 on the second branch passage 14 and allows the flow from the gas tank 15 toward the lower flow path 12 to prevent the reverse flow.
  • a check valve 219 an electromagnetic on-off valve similar to the second on-off valve 19 (see FIG. 1) of the first embodiment may be provided.
  • the controller 220 is operated so that the switching mechanism 217 is in the first distribution state under the situation where the switching mechanism 17 (see FIG. 1) is operated in the first embodiment in the third distribution state.
  • the controller 220 causes the switching mechanism 217 to be in the first circulation state.
  • Manipulate when the calorific value rises rapidly from the low range to the high range, occurrence of strong knocking or frequent knocking can be avoided in advance.
  • the controller circulates at least the second branch path 14 and is stored in the gas tank 15.
  • the switching mechanism 217 may be operated as described above.
  • the switching mechanism 17 is configured by the two on-off valves 18 and 19.
  • first and second valves with variable opening degrees may be provided.
  • the three-way valve 218 of the second embodiment may be changed to a distribution valve.
  • the controller can operate the switching mechanism in any way. Good. The same applies when the amount of heat generation detected shifts from the high range to the mid range and from the mid range to the low range.

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Abstract

ガスエンジン用燃料供給装置は、燃料源からのガス燃料が流れる上流路、ガスエンジンへと延びる下流路、並びに上流路の下流端から分岐し下流路の上流端で合流する第１分岐路および第２分岐路を含む燃料通路と、第２分岐路に設けられたガスタンクと、上流路を流れるガス燃料の発熱量を検出する熱量計と、第１分岐路および第２分岐路におけるガス燃料の流通の可否を切り換える切換え機構と、制御器と、を備え、制御器は、熱量計によって検出される発熱量が、第１閾値よりも低い低域、第１閾値と第２閾値の間の中域、および第２閾値よりも高い高域のうちいずれにあるのか判定し、検出される発熱量が低域または中域にある場合、ガス燃料が少なくとも第２分岐路を流通してガスタンクに溜められるように切換え機構を操作し、検出される発熱量が中域から高域に移行したときに、ガス燃料が第２分岐路に流通するように切換え機構を操作する。

Description

ガスエンジン用燃料供給装置
　本発明は、ガスエンジンに適用される燃料供給装置に関する。
　ガス燃料の発熱量（Heat of Combustion）はガスエンジンの燃焼状態に影響を及ぼす。燃料源におけるガス燃料の発熱量の変動時に燃焼状態を安定化させるための技術の一つとして、メインガスエンジンとは別に計測用ガスエンジンを設置し、これらガスエンジンに同じ燃料を供給し、計測用ガスエンジンで採られた運転データに基づき燃料の発熱量を判断し、その判断結果に基づいてメインガスエンジンの空燃比および点火時期を調整する、というものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５－２２６６２１号公報
　しかし、発熱量が短期間で高熱側へ変動した場合、これに応じてエンジンの運転条件を調整しても、発熱量の変動に伴う燃焼状態の急変に追従できず、強ノッキングの発生またはノッキングの頻発を回避できないおそれがある。
　本発明は、燃料源におけるガス燃料の発熱量が急上昇しても、強ノッキングの発生またはノッキングの頻発を未然に回避することを目的とする。
　本発明の一形態に係るガスエンジン用燃料供給装置は、燃料源からのガス燃料が流れる上流路、ガスエンジンへと延びる下流路、並びに前記上流路の下流端から分岐し前記下流路の上流端で合流する第１分岐路および第２分岐路を含む燃料通路と、前記第２分岐路に設けられたガスタンクと、前記上流路を流れる前記ガス燃料の発熱量を検出する熱量計と、前記第１分岐路および前記第２分岐路におけるガス燃料の流通の可否を切り換える切換え機構と、制御器と、を備え、前記制御器は、前記熱量計によって検出される前記発熱量が、第１閾値よりも低い低域、前記第１閾値と第２閾値の間の中域、および前記第２閾値よりも高い高域のうちいずれにあるのか判定し、前記検出される発熱量が前記低域または前記中域にある場合、前記ガス燃料が少なくとも前記第２分岐路を流通して前記ガスタンクに溜められるように前記切換え機構を操作し、前記検出される発熱量が前記中域から前記高域に移行したときに、ガス燃料が前記第２分岐路に流通するように前記切換え機構を操作する。
　前記構成によれば、検出される発熱量が低域または中域にあれば、ガス燃料が上流路から第２分岐路を介して下流路およびガスエンジンに供給され、その過程で、ガス燃料がガスタンクに溜められる。検出される発熱量が低域または中域から高域へと急上昇すると、高発熱量のガス燃料が第２分岐路を流通する。検出される発熱量が高域に達した直後において、ガスタンクに溜められているガス燃料の発熱量は、上流路を流れるガス燃料よりも低い。このガスタンク内のガス燃料は、上流路からのガス燃料で押し出され、上流路からのガス燃料と混合された状態でガスエンジンに供給され始める。ガスタンクに溜められていたガス燃料が出尽くすまで、下流路を流れるガス燃料の発熱量は上流路を流れるガス燃料の発熱量よりも低く、ガス燃料が出尽くせば、下流路を流れるガス燃料の発熱量が上流路を流れるガス燃料の発熱量と同じとなる。燃料源におけるガス燃料の発熱量が急上昇しても、ガスタンクに溜められていたガス燃料が出尽くすまでの時間を使って、ガスエンジンに供給されるガス燃料の発熱量の上昇を緩和できる。すると、エンジンの点火時期の調整を発熱量の上昇に追従させることができ、強ノッキングの発生やノッキングの頻発を未然に回避できる。
　前記制御器は、前記検出される発熱量が前記低域から前記中域に移行してきた場合、前記ガス燃料が前記第１分岐路を流通し、前記ガスタンク内に当該移行前のガス燃料が維持されるように前記切換え機構を操作してもよい。
　前記構成によれば、発熱量が低域から中域に移行してきた場合に、ガス燃料が第１分岐路を流通するので、その移行前にガスタンクに溜められていた低発熱量のガス燃料がガスタンク内で維持される。このため、検出される発熱量が、低域から中域を経て高域に入ったときには、低発熱量のガス燃料を利用できる。検出される発熱量が高域に入ったときに、下流路での発熱量上昇をなるべく緩慢にでき、強ノッキングの発生やノッキングの頻発を未然に回避できる。
　前記制御器は、前記検出される発熱量が前記高域から前記中域に移行してきた場合、前記ガス燃料が少なくとも前記第２分岐路を流通して前記ガスタンクに溜められるように前記切換え機構を操作してもよい。
　前記構成によれば、発熱量が高域から中域に移行してきた場合には、ガスタンク内のガス燃料は、それまでに溜められてきた高発熱量のガス燃料から、現に燃料源から供給されている中発熱量のガス燃料で置換され、中発熱量のガス燃料がガスタンクに溜められていく。検出される発熱量が、高域から中域を経て高域に戻ったときには、中発熱量のガス燃料を利用できる。それにより、下流路での発熱量上昇をなるべく緩慢にでき、強ノッキングの発生やノッキングの頻発を未然に回避できる。
　前記切換え機構は、前記第１分岐路に介在して前記第１分岐路を開閉する第１開閉弁と、前記第２分岐路に介在して前記第２分岐路を開閉する第２開閉弁とを含み、前記制御器は、前記検出される発熱量が前記中域から前記低域に移行したとき、または前記高域から前記中域に移行したときに、前記第１分岐路と前記第２分岐路を両方開くように前記第１開閉弁および前記第２開閉弁を操作してもよい。
　前記構成によれば、発熱量が低域または中域にあってガス燃料をガスタンクに溜めるときに、それまでガスタンクに溜められてきた相対的に高い発熱量のガス燃料が押し出される一方、現に燃料源から供給される相対的に低い発熱量のガス燃料の一部が、ガスタンクを迂回して第１分岐路を流通する。そのため、ガスタンクから押し出された相対的に高い発熱量のガス燃料が、下流路の上流端で第１分岐路を流通した相対的に低い発熱量のガス燃料と混合される。このため、ガスタンク内のガス燃料を相対的に低い発熱量のもので置換する際に、ガスエンジンに供給されるガス燃料の発熱量が一時的に上昇するのを抑制できる。
　本発明によれば、燃料源におけるガス燃料の発熱量が急上昇しても、強ノッキングの発生またはノッキングの頻発を未然に回避できる。
第１実施形態に係る燃料供給装置の構成図である。 図１に示す制御器により実行される燃料供給処理を示すフローチャートである。 図２に示す工程Ｓ１で判定される発熱量の領域を示す図である。 図２に示す燃料供給処理を実行した場合における発熱量等の時間変化の一例を示すタイミングチャートである。 第２実施形態に係る燃料供給装置の構成図である。
　以下、図面を参照しながら実施形態について説明する。全図を通じて同一又は対応する要素には同一の符号を付して重複する詳細な説明を省略する。
　（第１実施形態）
　図１に示すように、第１実施形態の燃料供給装置１は、燃料通路１０、ガスタンク１５、熱量計１６、切換え機構１７、および制御器２０を備え、燃料源（図示せず）のガス燃料を燃料通路１０を介してガスエンジン２に供給する。例えば、燃料源は、ガス供給者によって敷設されたガス導管でもよい。その場合、ガスエンジン２の提供者および利用者が関与できずに、ガス燃料の性状が変動する可能性がある。単なる一例として、ガス燃料の高位発熱量（総発熱量）は、46MJ/m3 Nの範囲で変動する可能性がある。
　燃料通路１０は、燃料源からのガス燃料が流れる上流路１１、ガスエンジン２へと延びる下流路１２、並びに上流路１１の下流端で分岐して下流路１２の上流端で合流する第１分岐路１３および第２分岐路１４を含む。ガスタンク１５は、第２分岐路１４に設けられており（より詳しくは、第２分岐路１４上に介設され）、上流路１１から第２分岐路１４に流入したガス燃料を溜めることができる。下流路１２にはガスエンジン２へ供給される燃圧を調整する圧力調整弁２１が設けられている。圧力調整弁２１をガスタンク１５よりも下流に設けることで、ガスエンジン２に極力近い位置で燃圧調整を行える。
　熱量計１６は、上流路１１を流れるガス燃料の発熱量を検出する。切換え機構１７は、第１分岐路１３および第２分岐路１４におけるガス燃料の流通の可否を切換え可能に構成され、制御器２０によって操作される。
　本実施形態の切換え機構１７は、第１分岐路１３上に設けられた第１開閉弁１８と、第２分岐路１４上に設けられた第２開閉弁１９とによって構成される。切換え機構１７は、ガス燃料の流通が第１分岐路１３で許可され第２分岐路１４で阻止される第１流通状態、ガス燃料の流通が第１分岐路１３で阻止され第２分岐路１４で許可される第２流通状態、およびガス燃料の流通が第１分岐路１３と第２分岐路１４の両方で許可される第３流通状態の３つの流通状態のうちいずれか１つとなる。第１開閉弁１８が開且つ第２開閉弁１９が閉のとき、第１流通状態が得られる。第１開閉弁１８が閉且つ第２開閉弁１９が開のとき、第２流通状態が得られる。第１開閉弁１８および第２開閉弁１９が開のとき、第３流通状態が得られる。第２開閉弁１９は、第２分岐路１４上でガスタンク１５よりも下流に設けられている。第１開閉弁１８および第２開閉弁１９は、制御器２０によって操作される電磁弁で構成される。必要であれば、第２分岐路１４上のガスタンク１５よりも上流側に逆止弁２２を設けてもよい。
　ガスエンジン２が稼働している間、制御器２０は、熱量計１６によって検出される上流路１１を流れるガス燃料の発熱量を常時監視し、図２に示す燃料供給処理を所定の制御周期で繰返し実行する。この燃料供給処理では先ず、制御器２０が、検出された発熱量を１以上の閾値と比較し、検出された発熱量が閾値によって規定される複数の領域のうちいずれにあるのか判定する（工程Ｓ１）。
　図３を参照すると、閾値には、第１閾値Ｈ１、および第１閾値Ｈ１と異なる値であって第１閾値Ｈ１よりも高値である第２閾値Ｈ２が含まれている。２つの閾値Ｈ１，Ｈ２は、３つの領域、すなわち、第１閾値Ｈ１よりも低い「低域ＬＲ」、第１閾値Ｈ１と第２閾値Ｈ２の間の１つの「中域ＭＲ」、および第２閾値Ｈ２よりも高い「高域ＨＲ」を規定している。低域ＬＲは、複数の領域のなかでも発熱量最低の領域であり、高域ＨＲは、複数の領域のなかでも発熱量最高の領域である。閾値の具体的数値は、ガスエンジン２の仕様、ガスエンジン２の仕向け地、燃料源におけるガス燃料の発熱量の想定変動幅などに照らして、適当な値に設定される。
　図２に戻り、検出された発熱量が低域ＬＲにある場合（Ｓ２：ＹＥＳ）、制御器２０は、第１分岐路１３と第２分岐路１４の両方でガス燃料の流通を許可するように切換え機構１７を操作する（工程Ｓ１１）。検出された発熱量が高域ＨＲにある場合（Ｓ３：ＹＥＳ）、制御器２０は、第２分岐路１４のみにおいてガス燃料の流通を許可するように切換え機構１７を操作する（工程Ｓ１２）。検出された発熱量が中域ＭＲにある場合（Ｓ２：ＮＯ且つＳ３：ＮＯ）、制御器２０は、検出された発熱量が低域から移行してきたのか否かを判断する（工程Ｓ４）。検出された発熱量が、低域ＬＲから中域ＭＲに移行してきた場合（Ｓ４：ＹＥＳ）、制御器２０は、第１分岐路１３のみにおいてガス燃料の流通を許可するように切換え機構１７を操作する（工程Ｓ１３）。発熱量が、高域ＨＲから中域ＭＲに移行してきた場合（Ｓ４：ＮＯ）、制御器２０は、第１分岐路１３と第２分岐路１４の両方でガス燃料の流通を許可するように切換え機構１７を操作する（工程Ｓ１４）。
　図４は、ガス燃料の発熱量、燃料供給処理で実行される工程、第１分岐路１３の流通可否、および第２分岐路１４の流通可否の時間変化の一例を上からこの順で示している。発熱量に関し、実線は、熱量計１６によって検出される上流路１１を流れるガス燃料の発熱量を示し、これは、燃料源におけるガス燃料の発熱量と略同等である。鎖線は、下流路１２を流れるガス燃料またはガスエンジン２に供給されているガス燃料の発熱量を示す。
　検出される発熱量が低域ＬＲにある場合、工程Ｓ１１が実行される。ガス燃料は、上流路１１から第１分岐路１３と第２分岐路１４の両方を流通してガスエンジン２に供給される。第２分岐路１４に流入したガス燃料は、ガスタンク１５に溜められる。
　検出される発熱量が低域ＬＲから高域ＨＲへと急上昇した場合、検出される発熱量が高域ＨＲに入った時点で、工程Ｓ１２が開始する。ガス燃料は、上流路１１から第２分岐路１４のみ流通できる。
　なお、発熱量が第２閾値Ｈ２に達するまでの期間において、その期間はごく短期ではあるが、制御器２０は、検出される発熱量が中域ＭＲにあると判定する。発熱量が中域ＭＲにあると判定されている間、工程Ｓ１３が実行され、第２分岐路１４におけるガス燃料の流通が阻止される。そのため、低発熱量のガス燃料（より詳しくは、発熱量が第１閾値Ｈ１以下のガス燃料）がガスタンク１５内に維持される。特に、ガスタンク１５の上流に逆止弁２２を設けた場合、低発熱量のガス燃料がガスタンク１５から流出して第２分岐路を逆流するのを防止でき、低発熱量のガス燃料をガスタンク１５により確実に留め続けることができる。
　検出される発熱量が高域ＨＲに入ると、ガスタンク１５に溜められていた低発熱量のガス燃料が、第２分岐路１４に流入した高発熱量のガス燃料（より詳しくは、発熱量が第２閾値Ｈ２以上のガス燃料）で押し出されていき、この高発熱量のガス燃料と混合された状態で下流路１２を介してガスエンジン２に供給される。ガスタンク１５に溜められていたガス燃料が出尽くすと、下流路１２を流れるガス燃料の発熱量が上流路１１を流れるガス燃料の発熱量と同じになる。燃料源におけるガス燃料の発熱量が急上昇しても、ガスタンク１５に溜められていたガス燃料が出尽くすまでの間、ガスエンジン２に供給されるガス燃料の発熱量の上昇は緩慢になる。
　なお、検出される発熱量が高域にある場合、第１分岐路１３におけるガス燃料の流通は阻止される。このため、ガスタンク１５から押し出された低発熱量のガス燃料が、ガスタンク１５を迂回した高発熱量のガス燃料と下流路１２の上流端で混合されるのを防止できる。したがって、検出される発熱量が高域ＨＲに達して以降、ガスエンジン２に供給されるガス燃料の発熱量が上昇するのを抑制できる。このように、ガスエンジン２に供給されるガス燃料の発熱量の上昇が、燃料源におけるガス燃料の発熱量の上昇に対して緩慢になるので、強ノッキングの発生またはノッキングの頻発を未然に回避できる。
　この点について詳細に説明すると、ガス燃料の発熱量はガスエンジン２の燃焼状態に影響を及ぼす。例えば、ガス燃料の発熱量が高くなると、点火時期に関するノッキング発生領域が遅角側に拡大してくる。一方、ガスエンジン２の一般的な運転方法では、ガスエンジン２の高効率化を実現するため、点火時期が、例えばノックセンサ（図示せず）の検出を監視しながらノッキング頻発や強ノッキング発生を避けるようにして、ＭＢＴ（Minimum advance for Best Torque）に向けて極力進角され、その結果としてノッキング発生領域と安全運転領域の境界付近の値に調整される。仮にガスエンジン２に供給されるガス燃料の発熱量が急上昇して高域ＨＲに入ると、ノッキング発生領域と安全運転領域の境界が遅角側へと急速にシフトし、ノッキング発生領域が遅角側へ急速に拡大し、俄かに点火時期がノッキング発生領域内に深く入り込む。この状態を脱しようとエンジンの点火時期を変えても、脱する前に強ノッキングの発生またはノッキングの頻発を招いてしまう。強ノッキングの発生やノッキングの頻発はガスエンジン２の損傷を誘発する。ガスエンジン２の一般的な運転方法では、一旦このような致命的なノック現象が生じると、その回避を優先すべく、エンジンを即座に非常停止したりエンジン出力を即座に急低下させたりするといった安全制御を働かせる。
　本実施形態では、燃料源におけるガス燃料の発熱量が急上昇しても、ガスエンジン２に実際に供給されるガス燃料の発熱量の上昇は緩慢となる。そのため、ノッキング発生領域が遅角側に拡大していくスピードも緩慢となり、点火時期がノッキング発生領域内に深く入り込むのを回避できる。すると、ノックセンサにより検出される比較的軽度の散発的なノッキングに基づいて、ノッキング発生領域と安全運転領域の境界のシフトに追従させるように、点火時期を当該境界付近の値に調整された状態を保って遅角していくことができる。このため、エンジンの点火時期を変えるだけで、致命的なノック現象を未然に回避できる。それにより、エンジンの非常停止または出力急低下も未然に回避でき、ガスエンジン２の出力を高く保ってガスエンジン２を運転し続けることができる。
　本実施形態は、燃料源におけるガス燃料の発熱量が高くなったときに、ガス燃料の発熱量を低値に調製し続け、調製されたガス燃料をガスエンジン２に供給し続ける、というものではない。ガスタンク１５は、燃料源におけるガス燃料の発熱量が急上昇した直後において、この急上昇をガスエンジン２に直接伝わらせず、ガスエンジン２に供給されるガス燃料の発熱量の上昇を緩慢するために必要な容量を有していればよい。ガスタンク１５に溜めておく低発熱量のガス燃料は、検出される発熱量が第２閾値Ｈ２に達する以前に燃料源から供給されていたものである。ガスタンク１５にガス燃料を補給する作業を要さず、燃料供給装置１を簡便に運用できる。
　なお、検出される発熱量が高域ＨＲに入ると、低発熱量のガス燃料はガスタンク１５から出尽くす。すなわち、ガスタンク１５内のガス燃料は、高発熱量のガス燃料で置換される。
　その後、検出される発熱量が高域ＨＲから中域ＭＲへと下降した場合、検出される発熱量が中域ＭＲに入った時点で、工程Ｓ１４が開始される。ガス燃料は、上流路１１から第１分岐路１３と第２分岐路１４の両方を流通する。
　ガスタンク１５に溜められていた高発熱量のガス燃料は、第２分岐路１４に流入した中発熱量のガス燃料（より詳しくは、発熱量が第１閾値Ｈ１以上且つ第２閾値Ｈ２以下のガス燃料）で押し出されていく。これにより、ガスタンク１５内のガス燃料は、中発熱量のガス燃料で置換されていく。一方、上流路１１を流れるガス燃料の一部が、ガスタンク１５を迂回し、第１分岐路１３を流通して下流路１２に流入する。ガスタンク１５から押し出された高発熱量のガス燃料は、中発熱量のガス燃料と下流路１２の上流端で混合される。このため、ガスタンク１５の内部が高発熱量のガス燃料から中発熱量のガス燃料で置換される際、ガスエンジン２に供給されるガス燃料の発熱量が一時的に上昇するのを抑制できる。
　その後、検出される発熱量が中域ＭＲから低域ＬＲへと下降すると、検出される発熱量が低域ＬＲに入った時点で、工程Ｓ１１が開始する。ガス燃料は、上流路１１から第１分岐路１３と第２分岐路１４の両方を流通する。このときも、検出される発熱量が高域ＨＲから中域ＭＲへと下降したときと同様の作用が得られる。すなわち、ガスタンク１５に溜められていた中発熱量のガス燃料が、低発熱量のガス燃料で置換される。この置換の際、ガスエンジン２に供給されるガス燃料の発熱量が一時的に上昇するのを抑制できる。
　その後、検出される発熱量が低域ＬＲから中域ＭＲへと上昇すると、検出される発熱量が中域ＭＲに入った時点で、工程Ｓ１３が開始する。ガス燃料は、上流路１１から第１分岐路１３のみを流通する。このため、ガスタンク１５に溜められている低発熱量のガス燃料が、現に燃料源から供給されている中発熱量のガス燃料で置換されるのを防止できる。ガスタンク１５内には、中域ＭＲへの移行前に溜められていた低発熱量のガス燃料が維持され続ける。なお、発熱量が第２閾値Ｈ２よりも低ければ、発熱量が急上昇してもエンジンの点火条件を調整することで、致命的なノック現象を回避してガスエンジン２の運転を継続できる。ガスタンク１５の上流に逆止弁２２を設けた場合、上記同様、低発熱量のガス燃料をガスタンク１５により確実に留め続けることができる。
　その後、検出される発熱量が中域ＭＲから高域ＨＲへと上昇した場合、低域ＬＲから高域ＨＲに至るまでに発熱量が中域ＭＲにある期間が十分に長かったにも関わらず、ガスタンク１５内のガス燃料は低く維持されている。このため、検出される発熱量が低域ＬＲから高域ＨＲへと急上昇したときと同様の作用が得られる。つまり、ガスエンジン２に供給されるガス燃料の発熱量の上昇が、燃料源におけるガス燃料の発熱量の上昇に対して緩慢になり、強ノッキングの発生またはノッキングの頻発を未然に回避できる。
　検出される発熱量が高域ＨＲから中域ＭＲに下降した後、中域ＭＲから高域ＨＲに上昇する場合に関し、発熱量が中域ＭＲにある間、ガス燃料は、前述のとおり、第１分岐路１３と第２分岐路１４の両方を流通し、ガスタンク１５内のガス燃料が、中発熱量のガス燃料に置換される。その後、発熱量が再び高域ＨＲに入った時点で、工程Ｓ１２が開始する。ガス燃料は、上流路１１から第２分岐路１４のみ流通する。ガスタンク１５内のガス燃料が出尽くすまで、ガスエンジン２に供給されるガス燃料の発熱量の上昇は、低発熱量のガス燃料が溜められているときほどではないものの緩和される。そのため、ガスエンジン２に供給されるガス燃料の発熱量が上流路１１を流れるガス燃料の発熱量と同じになるまでの時間を稼ぐことができ、致命的なノック現象を回避できる。
　（第２実施形態）
　図５は、第２実施形態に係る燃料供給装置２０１を示す。以下、第２実施形態に係る燃料供給装置２０１の第１実施形態に対する相違を主に説明する。本実施形態では、切換え機構２１７が、第１分岐路１３においてのみガス燃料の流通を許可する第１流通状態、および第２分岐路１４においてのみガス燃料の流通を許可する第２連通状態の２つの流通状態のうちいずれか１つとなる。具体例として、切換え機構２１７は、上流路１１の下流端（すなわち、第１分岐路１３の上流端且つ第２分岐路１４の上流端）に設けられた三方弁２１８を含む。三方弁２１８が上流路１１を第１分岐路１３と連通させるとき、第２分岐路１４におけるガス燃料の流通が阻止され、第１流通状態が得られる。三方弁２１８が上流路１１を第２分岐路１４と連通させるとき、第１分岐路１３におけるガス燃料の流通が阻止され、第２流通状態が得られる。切換え機構２１７は、第２分岐路１４上においてガスタンク１５よりも下流に設けられ、ガスタンク１５から下流路１２に向かう流れを許容してその逆流を阻止する逆止弁２１９を含む。逆止弁２１９に替えて、第１実施形態の第２開閉弁１９（図１参照）と同様の電磁開閉弁を設けてもよい。
　本実施形態では、第１実施形態のように、上流路１１が第１分岐路１３と第２分岐路１４の両方を介して下流路１２と連通する第３流通状態が得られない。そこで、制御器２２０は、第１実施形態において切換え機構１７（図１参照）が第３流通状態となるように操作していた状況下で、切換え機構２１７が第１流通状態となるように操作する。つまり、検出される発熱量が低域にある場合、検出される発熱量が高域から移行してきて中域にある場合に、制御器２２０は、切換え機構２１７が第１流通状態となるように操作する。この場合も、発熱量が低域から高域へと急上昇する場合に、強ノッキングの発生やノッキングの頻発を未然に回避できる。このように、制御器は、検出される発熱量が低域または中域にあってガス燃料をガスタンク１５に溜めるときに、ガス燃料が少なくとも第２分岐路１４を流通してガスタンク１５に溜められるように切換え機構２１７を操作すればよい。
　（変形例）
　これまで実施形態について説明したが、上記構成は本発明の趣旨の範囲内で適宜変更、追加または削除可能である。
　例えば、第１実施形態では、切換え機構１７が２つの開閉弁１８，１９によって構成されたが、２つの開閉弁に代えて開度可変の第１および第２バルブが設けられてもよい。また、第２実施形態の三方弁２１８が分配弁に変更されてもよい。また、検出される発熱量が中域から高域に移行し、当該移行前にガスタンクに溜められていたガス燃料がガスタンクから出尽くしてしまえば、制御器は切換え機構をどのように操作してもよい。検出される発熱量が高域から中域に移行したとき、および中域から低域に移行したときにおいても同様である。
１，２０１　燃料供給装置
２　ガスエンジン
１０　燃料通路
１１　上流路
１２　下流路
１３　第１分岐路
１４　第２分岐路
１５　ガスタンク
１６　熱量計
１７，２１７　切換え機構
１８　第１開閉弁
１９　第２開閉弁
２０，２２０　制御器
Ｈ１　第１閾値
Ｈ２　第２閾値
ＨＲ　高域
ＬＲ　低域
ＭＲ　中域

Claims (4)

  1. 　燃料源からのガス燃料が流れる上流路、ガスエンジンへと延びる下流路、並びに前記上流路の下流端から分岐し前記下流路の上流端で合流する第１分岐路および第２分岐路を含む燃料通路と、
    　前記第２分岐路に設けられたガスタンクと、
    　前記上流路を流れる前記ガス燃料の発熱量を検出する熱量計と、
    　前記第１分岐路および前記第２分岐路におけるガス燃料の流通の可否を切り換える切換え機構と、
    　制御器と、を備え、
    　前記制御器は、
    　前記熱量計によって検出される前記発熱量が、第１閾値よりも低い低域、前記第１閾値と第２閾値の間の中域、および前記第２閾値よりも高い高域のうちいずれにあるのか判定し、
    　前記検出される発熱量が前記低域または前記中域にある場合、前記ガス燃料が少なくとも前記第２分岐路を流通して前記ガスタンクに溜められるように前記切換え機構を操作し、
    　前記検出される発熱量が前記中域から前記高域に移行したときに、ガス燃料が前記第２分岐路に流通するように前記切換え機構を操作する、ガスエンジン用燃料供給装置。
  2. 　前記制御器は、前記検出される発熱量が前記低域から前記中域に移行してきた場合に、前記ガス燃料が前記第１分岐路を流通し、前記ガスタンク内に当該移行前のガス燃料が維持されるように前記切換え機構を操作する、請求項１に記載のガスエンジン用燃料供給装置。
  3. 　前記制御器は、前記検出される発熱量が前記高域から前記中域に移行してきた場合に、前記ガス燃料が少なくとも前記第２分岐路を流通して前記ガスタンクに溜められるように前記切換え機構を操作する、請求項１または２に記載のガスエンジン用燃料供給装置。
  4. 　前記切換え機構は、前記第１分岐路に介在して前記第１分岐路を開閉する第１開閉弁と、前記第２分岐路に介在して前記第２分岐路を開閉する第２開閉弁とを含み、
    　前記制御器は、前記検出される発熱量が前記中域から前記低域に移行したとき、または前記高域から前記中域に移行したときに、前記第１分岐路と前記第２分岐路を両方開くように前記第１開閉弁および前記第２開閉弁を操作する、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用燃料供給装置。
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