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【発明の名称】 希薄燃焼ガスエンジンの始動装置
【発明者】 【氏名】中川 洋

【氏名】森 俊一

【目的】
【構成】
【特許請求の範囲】
【請求項1】 天然ガス、都市ガス等のメタンを主成分とする燃料ガスを使用し、点火用燃料ガスを点火燃焼せしめるためのトーチ副室を備えたガスエンジンにおいて、プロパン、ブタン等の点火性の良好な燃料ガスが収容されるガスボンベと、同ガスボンベと上記トーチ副室への点火用燃料ガス供給路とを接続する始動用燃料ガス供給路と、同始動用燃料ガス供給路を開閉する始動用燃料ガス供給弁と、エンジン回転数の検出信号が入力され、同エンジン回転数によりエンジンの始動時に上記始動用燃料ガス供給弁を開弁して上記ガスボンベ内の始動用燃料ガスを上記トーチ副室に供給せしめる制御装置とを備えたことを特徴とする希薄燃焼ガスエンジンの始動装置。
【請求項2】 上記始動用燃料ガス供給路は、上記点火用燃料ガス供給路に設けられた圧縮機の吸入口に接続され、上記始動用燃料ガスを同圧縮機にて加圧して上記トーチ副室に送給するように構成された請求項1記載の希薄燃焼ガスエンジンの始動装置。
【発明の詳細な説明】【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、希薄燃焼ガスエンジンの始動装置に関する。
【0002】
【従来の技術】過給機付きトーチ点火式希薄燃焼ガスエンジンにおいては、空気量を絞ること無く、燃料ガスをエンジンの要求負荷に応じて供給し、許容空気過剰率まで低下する燃料ガス供給量の時点をもって、そのエンジン回転数での最高負荷としている。したがって、燃料ガス供給系は過給機の圧縮機前で空気供給系と合致させ、ここで主燃焼室へ供給する大部分の混合気を形成させる。また、点火用ガス供給系は、点火用ガスをシリンダ内へ連なるトーチ用の副室へ供給しなければならないので、給気圧力以上の圧力が必要となり、主燃焼室へのガス燃料供給系とは異なり、別個に小形圧縮機を備えた供給系を持っている。
【0003】図2には、上記のような希薄燃焼ガスエンジンシステムの従来の1例が示されている。図2において、主燃料ガスは、空気供給管111の途中に配設されたガスミキサー108にて空気と混合され、過給機の圧縮機107を通り、ここで加圧された後エンジン101のシリンダ102a内に導入される。一方、トーチ副室用燃料ガスは、副室燃料供給管119の途中に配設した機器により圧力、流量を調整され、燃料ガスのみがトーチ副室104内に導入される。
【0004】エンジンの始動時にはトーチ副室104内の点火栓105回りに確実に点火可能な混合比の混合気を形成させる必要がある。殊に、メタンを主成分とするガス燃料においては、点火可能な混合比の範囲が狭く、ガス温度が低いと、さらに点火可能な混合比の範囲はせまくなる。従って、エンジンの始動時にはガス供給の微妙な制御が必要となるため、従来のものの始動方法としては以下のような方法が採用されている。
【0005】その一つの方法は、副室燃料ガス供給管119に配設された点火用燃料ガス供給弁120を閉止する。そして空気供給管111の途中に配設された空気調整弁109及び主燃料ガス供給管115の途中に配設された燃料ガス量調整弁118を始動時の必要混合比を達成する開度に設定して、セルモータ等によりエンジンをモータリングし、点火始動させて、その後、上記点火用燃料ガス供給弁120を開弁し、通常の負荷運転へ移行する。
【0006】他の方法は、トーチ副室用の点火用燃料ガス供給弁120は開弁、主燃料ガス量調整弁118及び空気調整弁109開度を、夫々始動時の必要混合比が得られるように調整し、エンジンを始動させる。
【0007】尚、図2において、102はピストン、112は過給機のタービン、113は排気管、106は給気管、103はシリンダヘッド、123は燃料ガス供給ポンプ、121は点火用燃料ガス圧縮機、122は点火用燃料ガス調圧器、114は燃料ガス供給管である。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】メタンは最小点火エネルギが最も高く、しかも、最小点火エネルギの得られる混合比は当量比で0.9と希薄混合気側にある。さらに最小点火エネルギの10倍以下の点火エネルギで点火可能な当量比の範囲は0.6〜1.3と、理論混合比をはさんでその範囲は狭い。
【0009】トーチ点火式希薄燃焼ガスエンジンは、通常の負荷運転において、当量比は0.5以下(空気過剰率は2.0以上)の希薄混合ガスであるため、トーチ副室104内を理論混合比に近い条件にし、そこで点火栓105による点火を行い、トーチ副室104から火炎ジェットを噴出させて、主燃焼室102aの希薄混合気に点火燃焼をさせている。
【0010】過給機付きガスエンジンの場合、負荷運転時の空気量に見合った燃料ガスを設定するための主燃料ガス調整弁118を配設しているが、始動時においては過給機の圧縮機107による加圧の効果がなく、無過給と同様にピストン102の吸入による吸入空気のみとなるため、燃料ガス流量もその空気量に見合った極く少ない量を調量供給する必要がある。
【0011】このため、トーチ副室104への燃料ガスの供給を遮断し、主燃料ガス調整弁118を制御して供給ガス流量の調整を行っているが、調整精度上の限界があり、確実にトーチ副室104内に点火可能な当量比の混合気を形成できないという問題点がある。また、夏と冬との間には、吸入空気温度が40℃近くの差があり、これにより、吸入空気量も10%以上変化することから、夏と冬との間の始動性の差が生じ、トーチ副室104内の点火栓近くに形成される混合気の当量比が点火に対して限界の場合、大きな問題点となる。
【0012】本発明の目的は、メタンを主成分とする燃料ガスを使用するトーチ点火式ガスエンジンにおいて、主燃料ガス量及び温度、並びに季節等による空気温度の変化に影響されることなく常時良好な始動性能を備えたトーチ点火式ガスエンジンを提供することにある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明はメタンを主成分とする燃料ガスを用いるトーチ点火式ガスエンジンにおいて、エンジンの始動時に、プロパン、ブタン等の点火性の良好な始動用燃料ガスを収納するガスボンベから、トーチ副室に接続される点火用燃料ガス供給管路に供給してトーチ副室内での着火燃焼に供するように構成したことを要旨とし、その第1の具体的手段は、天然ガス、都市ガス等のメタンを主成分とする燃料ガスを使用し、点火用燃料ガスを点火燃焼せしめるためのトーチ副室を備えたガスエンジンにおいて、プロパン、ブタン等の点火性の良好な燃料ガスが収容されるガスボンベと、同ガスボンベと上記トーチ副室への点火用燃料ガス供給路とを接続する始動用燃料ガス供給路と、同始動用燃料ガス供給路を開閉する始動用燃料ガス供給弁と、エンジン回転数の検出信号が入力され、同エンジン回転数によりエンジンの始動時に上記始動用燃料ガス供給弁を開弁して上記ガスボンベ内の始動用燃料ガスを上記トーチ副室に供給せしめる制御装置とを備えたことにある。
【0014】本発明の上記手段においては、上記のように、プロパン、ブタン等の点火性の良好な燃料ガスを始動時に点火用トーチ副室へ送給するように構成されているが、かかるプロパンやブタンは最小点火エネルギが低くなり、最小エネルギが得られる当量比は濃混合気側にずれ、プロパンで1.3、ブタンで1.5となる。主燃料ガスの主成分であるメタンの最小点火エネルギの10倍以下で点火可能な当量比の範囲は、プロパンで0.7〜2.1、ブタンで0.8〜2.3と、メタンが0.6〜1.3であるのに比較すると、はるかに広がっている。したがって、希薄燃焼ガスエンジンの始動時のトーチ副室内のように比較的、リッチな等量比になっていても、燃料ガスがプロパンやブタンを主成分とするガスであれば、きわめて容易に点火がなされる。
【0015】さらに、上記手段によれば、上記のように点火可能な当量比の範囲が広いプロパン、ブタン等の点火用燃料ガスを、エンジンの回転数の検出信号に基づき点火用トーチ副室へ供給するので、一定回転数以下の始動時に適切なタイミングでかつ適量点火用燃料ガスをトーチ副室へ送給することができ、始動性が向上する。
【0016】また、上記第1の手段に加えて、上記始動用燃料ガス供給路が、上記点火用燃料ガス供給路に設けられた圧縮機の吸入口に接続され、上記始動用燃料ガスを同圧縮機にて加圧して上記トーチ副室に送給するように構成されたことが、本発明の第2の手段である。
【0017】このように構成すれば、点火用トーチ副室へ送給される始動用燃料ガスが圧縮機にて加圧、昇温されてトーチ副室へ供給されるので、副室内での着火が迅速になされ、始動性がさらに向上する。
【0018】
【発明の実施の形態】以下図面を参照して本発明の実施の1形態について詳細に説明する。図1には本発明の実施形態に係るトーチ点火式希薄燃焼ガスエンジンの燃料、空気系の系統図が示されている。
【0019】図1において、1はエンジン、2はエンジンのピストン、2aはシリンダ、3はシリンダヘッド、4はトーチ副室、5はトーチ副室4内に設けられた点火栓、6は給気管、12は過給機の排気タービン、7は同排気タービン12に同軸駆動される圧縮機、13は排気管である。
【0020】また14はメタンを主成分とする燃料ガスが供給される燃料ガス主管である。15は同燃料ガス主管14から分岐された燃料ガス供給管であり、後述する空気給入管11の主燃料ガスミキサ8に接続されている。16は燃料ガス供給管路16を開閉する主燃料ガス遮断弁、17は主燃料ガス調圧器、18は上記主燃料ガス供給管路15の開度即ちガス量を調整する主燃料ガス量調整弁である。
【0021】19は上記燃料ガス主管14から分岐された点火用燃料ガス供給管であり、上記トーチ副室4に接続されている。20は同点火用燃料ガス供給管路19を開閉制御する燃料ガス供給弁、21は点火用燃料ガスを加圧する点火用ガス圧縮機、22は点火用燃料ガス調圧器、221はトーチ副室4側へ向かう燃料ガスの流れのみを許容する逆止弁である。
【0022】11は空気供給管であり、上記過給機の圧縮機7に接続されている。10はエアフィルタ、9は空気供給管11の開度を調整するスロットル弁、8は空気中に主燃料を混入させるための主燃料ガスミキサである。23は負荷運転時の制御のための負荷運転制御装置であり、上記燃料ガス供給弁の開閉制御、主燃料ガス遮断弁16の開閉制御、スロットル弁の開度調整、及び主燃料ガス量調整弁18の開度調整を司どる。
【0023】24はプロパンやブタンを主成分とする始動用燃料が封入された始動用燃料ガスボンベ、31は同燃料ガスボンベ出口と上記点火用燃料ガス管路19の圧縮機21の上流側とを接続する始動用燃料ガス管、26は同ガス管路を開閉制御する始動用燃料ガス供給弁、25は上記ガスボンベ24内の圧力を調整するための調圧弁である。
【0024】28はエンジン1の回転数を検出するエンジン回転数センサ、27は同回転数センサ28からのエンジン回転数の検出信号を受けて、回線32を介して上記始動用燃料ガス弁26を開閉制御する始動燃料制御装置である。同始動燃料制御装置27の他の制御出力端は回線33を介して上記負荷運転制御装置23に接続されている。
【0025】上記のように構成されたトーチ点火式希薄燃焼ガスエンジンの始動時及び運転時において、始動時には、エンジン回転数センサ28の検出信号により、負荷運転制御装置23及び始動燃料制御装置27にて、設定回転数以下を始動状態と判断し、始動用ガス供給弁26を開き、始動用ガスボンベ24内のブタンやプロパンを主成分とする燃料ガスを、調圧弁25を介して、点火用燃料ガス供給管路の点火用ガス圧縮機21の上流側に供給する。
【0026】一方、メタンを主成分とする通常の主燃料ガスは、制御装置23によって、点火用ガス供給弁20を閉じることにより遮断される。上記負荷運転制御装置23により主空気のスロットル弁9は全開とされ、メタンを主成分とする通常の主燃料ガスを始動状況にあわせて調量して供給するよう主燃料ガス量調整弁18の開度が設定される。
【0027】図示しないエンジン付きセルモータ等によりエンジン1をモータリングして始動すると、ピストン2の吸引作用により空気は主空気供給管11より吸入され、エアフィルタ10を通り、全開されたスロットル弁9を経て、主燃料ガスミキサ8へ導入される。メタンを主成分とした主ガス燃料は主燃料ガス量調整弁18の開度に応じた量が主燃料ガスミキサ8へ供給され、ここで空気と混合されて始動時の主燃料ガス混合気が形成され、過給機の圧縮機7にて加圧され、シリンダヘッド3の給気ポートより給入行程時にシリンダ2a内に吸入される。
【0028】この時、ほぼ同時期にブタンやプロパンを主成分とする始動用燃料ガスがボンベ24から調圧弁25で調圧され、開弁されている始動用ガス供給弁26を経て、点火用ガス圧縮機21の上流の吸入口に供給され、ここでシリンダ2a内の圧力よりも充分高く加圧されて、トーチ副室4に供給される。圧縮行程に入るとピストン2が上昇し、シリンダ2a内のメタンを主成分とする主ガス燃料の混合気は圧縮され、その一部はトーチ副室4の下端噴口部(図示せず)からトーチ副室4内部に流入し、トーチ副室4内部に充満されているブタンやプロパンを主成分とする始動用ガス燃料と混合気を形成し、点火栓5周りに点火可能範囲の広い混合気が集められる。
【0029】圧縮行程終了近傍で、点火栓5の電気火花によりブタンやプロパンを主成分とする始動用燃料ガスの混合気に点火し、トーチ副室4内から火炎ジェットを噴出させて、シリンダ2a内のメタンを主成分とする燃料ガスの混合気に点火燃焼せしめる。そして、シリンダ2a内全体に火炎が伝播され、ピストンは燃焼ガス圧力により下降し、やがて燃焼は終了する。
【0030】始動後、エンジン回転数が上昇し、設定回転数以上になると、負荷運転制御装置23及び始動燃料制御装置27からの指令により、始動用ガス供給弁26が閉ざされ、通常の燃料ガス供給主管14から供給されるメタンを主成分とするガス燃料を点火用ガスにも使用するため、点火用ガス供給弁20が開かれる。これにより、メタンを主成分とするガス燃料のみを用いた、通常の負荷運転状態となる。
【0031】
【発明の効果】本発明は以上のように構成されており、請求項1の発明によれば、点火可能な当量比の範囲が拡いプロパン、ブタン等の始動用燃料ガスを、エンジン回転数の検出信号に基づき、一定回転数以下の始動時に、適切なタイミングで以って、かつ適量をトーチ副室へ送給することができる。
【0032】これにより、着火性が良好でないメタンを主成分とする燃料ガスを主燃料ガスとして使用するガスエンジンの始動性を、主燃料ガスの流量や空気温度の変動に影響されることなく従来のものに較べ大幅に向上せしめることができる。
【0033】また請求項2の発明によれば、上記に加えて、始動用燃料ガスを圧縮機で加圧、昇温してトーチ副室に送給することができることから、副室内での着火が迅速になされ、始動性がさらに向上するという効果を奏する。
【出願人】 【識別番号】000006208
【氏名又は名称】三菱重工業株式会社
【出願日】 平成7年(1995)7月21日
【代理人】 【弁理士】
【氏名又は名称】坂間 暁 (外1名)
【公開番号】 特開平9−32708
【公開日】 平成9年(1997)2月4日
【出願番号】 特願平7−185514