JP3672805B2 - パイロット着火ガスエンジンの起動装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダヘッドに液体燃料噴射弁付き予燃焼室を設けて、前記液体燃料噴射弁から噴射されるパイロット油で、主燃焼室に導入、圧縮された気体燃料と空気との混合気を着火燃焼させる予燃焼室方式のパイロット着火ガスエンジンの起動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業用と民生用の定置型発電設備を駆動する予燃焼室方式のパイロット着火ガスエンジンとして、図８に示すものが知られている。
このガスエンジン１は、シリンダライナ（シリンダ）２と、該シリンダライナ２内を上下に往復動するピストン３と、液体燃料噴射弁４と予燃焼室５を備えた液体燃料噴射弁付き予燃焼室のユニット６を有するシリンダヘッド７とが設けられており、都市ガス１３Ａ等の燃料ガス（気体燃料）が空気と混合されて、前記シリンダライナ２とピストン３とシリンダヘッド７とで区画された主燃焼室８に、シリンダヘッド７の吸気ポートを経て供給されると共に、全熱量比で約１％に相当する燃料油が、前記液体燃料噴射弁４により予燃焼室５内に、ピストン３の圧縮行程の後半にパイロット油として噴射される。これにより、高温高圧の雰囲気下でパイロット油が圧縮着火され、これを着火源として燃料ガスが燃焼されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記液体燃料噴射噴射弁４に燃料油（パイロット油）を供給する燃料噴射ポンプは、少量噴射を安定確保できるように設計されたジャーク式燃料噴射ポンプが採用されているが、このジャーク式燃料噴射ポンプのエンジン回転数（エンジン回転速度）と燃料噴射を開始する燃料ラック（燃料調節棒）の位置との関係は、図７に示すように、燃料吐出量を設定する燃料ラック位置の指示値が小さいほど、無噴射域となるエンジン回転数の範囲（液体燃料噴射弁４からの燃料油の噴射を開始させない回転数の領域）が広くなっている。例えば、燃料ラックの位置を、全熱量比で約１％のパイロット油量を吐出するに相当する位置である８ｍｍに設定すると、エンジン回転数が約６００ｒｐｍに達するまでパイロット油が液体燃料噴射弁から噴射されない。
【０００４】
さらに、前記ガスエンジンは、ガス運転時のノッキングを回避するために、圧縮比をディーゼルエンジンに比べて低くしている。このため、特にエンジンの起動、回転立ち上げ時等の過渡時に液体燃料噴射弁からのパイロット油の噴射が開始されても、その圧縮着火が困難であり、特に、エンジン冷却水の温度が低い場合はその困難の度合が一層顕著である。
これでは、ガスエンジンの起動ができないので、液体燃料噴射弁４の他に点火プラグ、グローブラグ等の点火手段９を設け、これにより主燃焼室８内に導入された燃料ガスに着火させて起動させることも行われるが、この場合には、前記液体燃料噴射弁の他に点火手段が必要になり、エンジン構造が複雑になり部品点数が増加してコスト高になる問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、エンジンの始動時から液体燃料噴射弁からのパイロット油の噴射を確実に行えて、エンジンの起動を円滑に行わせることができるパイロット着火ガスエンジンの起動装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、エンジンの始動時で特にエンジン冷却水温度が低い場合でもパイロット油による圧縮着火を安定して行えるパイロット着火ガスエンジンの起動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置は、シリンダと、該シリンダ内で往復動するピストンと、液体燃料噴射弁付き予燃焼室を設けたシリンダヘッドとにより区画される主燃焼室内で、該主燃焼室内に導入され前記ピストンにより圧縮された気体燃料と空気との混合気を、前記液体燃料噴射弁から予燃焼室内に噴射されるパイロット油で着火燃焼させることにより駆動出力を得るパイロット着火ガスエンジンの起動装置において、
前記液体燃料噴射弁にパイロット油を供給する燃料噴射ポンプの吐出量を調節する燃料調節棒の位置を、エンジン回転速度の低速域では燃料噴射ポンプの吐出量が多くなる位置に、また、エンジン回転速度の高速域では燃料噴射ポンプの吐出量が少なくなる位置に制御する制御機構が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
上記パイロット着火ガスエンジンの起動装置においては、気体燃料供給源からの気体燃料がシリンダヘッドの吸気ポートからの空気と混合されて混合気となり、主燃焼室に供給されてピストンにより圧縮される。この圧縮された混合気は一部が予燃焼室内に入って、ピストンの圧縮行程の後半に、燃料噴射ポンプの作動で液体燃料噴射弁から噴射されるパイロット油により着火し、この着火した火炎によって主燃焼室内の混合気の残部が燃焼される。
その際、前記制御機構が動作してエンジン回転速度にもとづいて前記燃料噴射ポンプの吐出量を調節する燃料調節棒の位置が制御され、エンジン回転速度に関わらず、前記液体燃料噴射弁からパイロット油が噴射される燃料噴射ポンプの吐出量が確保される。
【０００９】
このパイロット着火ガスエンジンの起動装置によれば、制御機構により、エンジン回転速度の低速域では燃料噴射ポンプの吐出量が多くなるように制御されるので、エンジン起動時でも、液体燃料噴射弁にはその噴射開始に必要なパイロット油が十分に供給され、該液体燃料噴射弁から予燃焼室へのパイロット油の噴射が確実に行われ、これにより、主燃焼室内での気体燃料と空気との混合気の着火、燃焼を確実に行え、円滑なエンジンの起動性が得られる。 また、エンジン回転速度の高速域では燃料噴射ポンプの吐出量が少なくなるように制御されるので、液体燃料噴射弁の噴射開始にパイロット油を多く必要としない高速域では、過剰なパイロット油を液体燃料噴射弁に供給しなくて済み、パイロット油の節約が図られる。
【００１０】
請求項２に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置は、請求項１に記載の装置において、燃料調節棒の位置は、エンジン回転速度が所定値以下の低速域では燃料噴射ポンプの吐出量が最大になる一定位置に、エンジン回転速度が前記低速域のエンジン回転速度よりも高い所定値以上の高速域では燃料噴射ポンプの吐出量が最低になる一定位置に、また、エンジン回転速度が前記低速域と高速域との間の中間速度域では吐出量が最大になる一定位置から最低になる一定位置までエンジン回転速度に応じて変化して制御されることを特徴とする。
このパイロット着火ガスエンジンの起動装置では、エンジン回転速度に応じて液体燃料噴射弁の噴射開始に必要な最小限のパイロット油量が燃料噴射ポンプから前記液体燃料噴射弁に供給されるので、パイロット油を効率的に使用してエンジンの起動が円滑に行える。
【００１１】
請求項３に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置は、請求項１または２に記載の装置において、制御機構は、エンジンの回転速度を検出する回転速度センサーと、燃料調節棒の位置を移動調節する位置制御アクチュエータと、予め設定されているエンジン回転速度と燃料調節棒の位置との関係にもとづいて、前記回転速度センサーによって検出されたエンジン回転速度に対する燃料調節棒の制御目標位置を算出し、この算出した制御目標位置へ前記燃料調節棒の位置が移動調節されるように前記位置制御アクチュエータを作動させる制御装置とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
このパイロット着火ガスエンジンの起動装置では、制御装置によって位置制御アクチュエータを介して燃料調節棒の位置が制御され、回転速度センサーで検出されたエンジン回転速度に対応して、燃料噴射ポンプの吐出量が液体燃料噴射弁の噴射開始に必要なパイロット油量に適切に設定されるので、液体燃料噴射弁から予燃焼室へのパイロット油の噴射が一層効率的に行え、エンジン起動が円滑、確実に行われる。
【００１３】
請求項４に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の装置において、シリンダヘッドには、液体燃料噴射弁からパイロット油が噴射される前に点火作動して、主燃焼室内に圧縮された気体燃料と空気との混合気に着火させる点火手段が設けられていることを特徴とする。
このパイロット着火ガスエンジンの起動装置では、点火手段により気体燃料と空気との混合気に着火が行われて、液体燃料噴射弁からのパイロット油の噴射による着火、燃焼が助長されるので、エンジンの回転立ち上がり時の失火率が低減し、燃焼安定性が向上される。これにより、排ガス中の全炭化水素が低減して排気煙道での爆発が回避され、エンジンの定格回転数までの立ち上げ時間が短縮される。
なお、排ガス中の全炭化水素の量は、その殆どが燃焼不良により充分に燃えきらないで燃焼室から排出される燃料ガスの量に依存する。
【００１４】
請求項５に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置は、請求項４に記載の装置において、点火手段は、エンジン回転速度が定格回転数に達したときに点火作動を停止されるようにようになっていることを特徴とする。
このパイロット着火ガスエンジンの起動装置では、点火手段は、エンジン回転速度が定格回転数に達したときに点火作動を停止されるので、不必要時の使用が抑えられ、その耐用年数が延長される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１において、１０はパイロット着火ガスエンジンであり、その出力軸に継ぎ手１１を介して発電機１２が連結されて定置型発電設備として利用される。
前記パイロット着火ガスエンジン（ガスエンジン）１０は、図８に示した従来のパイロット着火ガスエンジン１と同様に、ピストン３を内挿したシリンダライナ２にシリンダヘッド７を組み付け、該シリンダヘッド７に予燃焼室５と液体燃料噴射弁４とを備えた液体燃料噴射弁付き予燃焼室のユニット６および点火手段９を設けた構成を有している。以下、ガスエンジン１０のシリンダヘッド７等の燃焼室周辺部についての説明は、必要に応じて図８にもとづいて行う。
【００１６】
また、図１において、１３はガスエンジン１０の各シリンダヘッド７毎に設けたジャーク式燃料噴射ポンプ（燃料噴射ポンプ）で、ガスエンジン１０のクランク軸に、中間ギヤ等からなるギヤトレインによって連結されるカム軸により駆動され、少量油の噴射が安定して確保できるように設計されている。該燃料噴射ポンプ１３から吐出されるパイロット油が各シリンダヘッド７に設けた前記液体燃料噴射弁４にパイロット油管（図示せず）を経て供給されるようになっている。前記各燃料噴射ポンプ１３には、それらによるパイロット油の吐出量を設定する機構部を同時に作動させる燃料ラック（燃料調節棒）１４が連結して設けられており、該燃料ラック１４は、これに連結されたラック制御アクチュエータ（位置制御アクチュエータ）１５の作動により、その位置が移動調節されて位置決めされ、この位置決めされた位置に対応して前記パイロット油の吐出量が設定されるようになっている。
【００１７】
前記ラック制御アクチュエータ１５は、電磁コイルにより操作棒を牽引して移動させる形式のもので、電磁コイルに供給する電気量の大きさにより操作棒の移動位置が設定されるようになっている。ラック制御アクチュエータ１５によって移動して位置決めされる燃料ラック１４の位置とラック制御アクチュエータ１５に供給される電気量（電流）の大きさとの関係は、図２に示すようになっている。
【００１８】
また、１６は、ガスエンジン１０の回転速度を検出する回転速度センサで、磁気ピックアップ等からなり、ガスエンジン１０のクランク軸に装着したリングギヤ１７の歯面に対向して設置されており、前記リングギヤ１７の歯面を検知して発生するパルスを制御装置１８に送るようになっている。該制御装置１８は、回転速度センサ１６から送られたパルスの単位時間当たりのパルス数を計数してエンジン回転数（エンジン回転速度）を計測し、このエンジン回転数に対する制御目標である前記燃料ラック１４の位置（制御目標位置）を、図３に示すエンジン回転数と燃料ラックの位置との関係における制御目標線Ｃ２にもとづいて算出するようになっている。
【００１９】
さらに、前記制御装置１８は、前記算出された燃料ラック１４の制御目標位置に対応した電気量を、図２に示す関係にもとづいて求めて、前記ラック制御アクチュエータ１５に指令信号として出力するようになっている。
前記ラック制御アクチュエータ１５、回転速度センサ１６、制御装置１８等により、燃料噴射ポンプ１３の吐出量を調節する燃料ラック１４の位置を、エンジン回転速度にもとづいて移動、位置決め制御する制御機構１９を構成している。
【００２０】
なお、図３に示すエンジン回転数と燃料ラックの位置との関係は、予め噴射試験装置またはパイロット着火ガスエンジン試験装置を作動させて、燃料ラックの位置毎に、エンジン回転数に対する液体燃料噴射弁からのパイロット油の噴射量を測定すると、図４に示す特性が得られるので、この特性から、燃料ラックの各位置において、液体燃料噴射弁からパイロット油が噴射を開始する噴射領域における最小のエンジン回転数を求めて、この最小のエンジン回転数を燃料ラックの位置に対応させて表わしたものであり、これから噴射領域と無噴射領域の境界を示す特性曲線Ｃ１が得られる。
【００２１】
前記制御目標線Ｃ２は、エンジン回転数が２００ｒｐｍ以下の低速回転域（低速域）では、燃料ラック１４の制御目標位置が、エンジンの定格負荷運転に要する熱量に対する熱量比略８％に相当するパイロット油を最大噴射量として液体燃料噴射弁４が噴射する固定位置１５ｍｍに設定され、エンジン回転数が８００ｒｐｍ以上の高速回転域（高速域）では熱量比１％に相当するパイロット油を噴射する固定位置８ｍｍに設定され、それらの低速域と高速域との間の中間速度域では、エンジン回転数が大きくなるに従い、燃料ラック１４の制御目標位置が徐々に位置１５ｍｍから位置８ｍｍに向かって小さくなるように設定されている。
【００２２】
この制御目標線Ｃ２によれば、従来のガスエンジンにおいて燃料ラック１４の制御目標位置を、エンジン回転数に関係なく一定の固定位置に設定する制御目標線Ｃ３と比較して明らかなように、エンジン回転数が１５０ｒｐｍ以上の速度域では、液体燃料噴射弁４の噴射領域と無噴射領域の境界をなす特性曲線Ｃ１から噴射領域側に変位させて、燃料ラックの制御目標位置が設定されるので、従来のガスエンジンよりも、エンジン回転数の広い範囲にわたってパイロット油の噴射が確実に行われることとなる。
【００２３】
次に、上記構成のパイロット着火ガスエンジン１０の起動装置の作用について説明する。
ガスエンジン１０の起動に際しては、気体燃料供給源からの燃料ガス（気体燃料）がシリンダヘッド７の吸気ポート等に導入されると、始動装置によりガスエンジン１０の始動が開始され、吸気ポート等で気体燃料と空気とが混合されて混合気となって主燃焼室８に供給されてピストン３により圧縮される。この圧縮された混合気は一部が予燃焼室５内に入って、ピストン３の圧縮行程の後半に、燃料噴射ポンプ１３の作動で液体燃料噴射弁４から噴射されるパイロット油により着火し、この着火した火炎によって主燃焼室８内の混合気の残部が燃焼され、ガスエンジン１０が回転を開始する。
このようにしてガスエンジン１０が回転を開始すると、エンジンガバナの働きによって主燃焼室８内に供給される気体燃料が増加されていき、これにより、ガスエンジン１０はその回転数が徐々に上昇されていき、所定時間後に定格回転数に達する。
【００２４】
前記ガスエンジン１０の始動の開始時には、前記制御機構１９が動作して、その制御装置１８が、回転速度センサ１６により検出されるパルスを計数してエンジン回転数を算出し、算出したエンジン回転数に対応する燃料ラックの制御目標位置を、図３の制御目標線Ｃ２にもとづいて求め、低速回転域に対応する最大の制御目標位置を設定しているので、その制御目標位置に対応して大きな電気量を指令する信号をラック制御アクチュエータ１５に送る。これにより、該ラック制御アクチュエータ１５が前記燃料ラック１４の位置を最大に移動操作して燃料噴射ポンプ１３が最大の吐出量になるように調節、設定される。
【００２５】
このため、燃料噴射ポンプ１３でのパイロット油の吐出量（圧縮油量）が増やされ、燃料噴射ポンプ１３を液体燃料噴射弁４に連絡するパイロット油管内の油圧が十分に高められて、低いエンジン回転数域でも前記液体燃料噴射弁４からパイロット油が確実に噴射され、主燃焼室８内での混合気の着火、燃焼が確実に行われて、ガスエンジン１０の起動が円滑に行われる。
なお、ガスエンジン１０の起動時に前記燃料ラック１４の位置を最大の制御目標位置に設定しても、燃料噴射ポンプ１３の最大の吐出量は、前記のように定格負荷運転時に対する熱量比で約８％に過ぎないので、ガスエンジン１０を定格回転数まで立ち上げるトルクを発生することはできず、ガスエンジン１０の運転、すなわち、エンジンガバナによる回転数制御に対して支障を来すことはない。
【００２６】
前記において、ガスエンジン１０の回転数が上昇すると、回転速度センサ１６の検出結果にもとづき制御装置１８が、図３における制御目標線Ｃ２に従って燃料ラック１４の制御目標位置を、その最大位置から徐々に調節する。一定のエンジン回転数以上では、熱量比で約１％のパイロット油が液体燃料噴射ポンプ４から噴射され、前記ラック制御アクチュエータ１５が制御目標位置に調節、設定される。ガスエンジン１０の高速回転域では、前記少量油量によるパイロット油の噴射によって主燃焼室８内の混合気が着火、燃焼し、エンジン運転が行われる。
【００２７】
前記ガスエンジン１０の運転において、エンジン回転の立ち上げ時の各制御対象（燃料ラックの位置、エンジン回転数、燃料ガスの供給量、点火プラグのＯＮ、ＯＦＦ動作）とその状態量の変化を、始動開始からの時間経過で示すと図５のようになる。
この例では、始動開始からの所定時間にわたって、シリンダヘッド７に設けた点火プラグ（点火手段）９を作動させて、主燃焼室８内の混合気に着火させるようにしているが、このようにすると、混合気の着火燃焼で発生する熱により予燃焼室５が加熱されて、液体燃料噴射弁４から噴射されるパイロット油の圧縮着火が助長されるので、エンジンの回転立ち上がり時の失火率が低減し、燃焼安定性が向上される。これにより、排ガス中の全炭化水素が低減して排気煙道での爆発が回避され、エンジンの定格回転数までの立ち上げ時間が短縮される。
【００２８】
前記点火プラグ９は、その点火の作動時期が始動開始時期に設定され、液体燃料噴射弁４からパイロット油が噴射されると同時期または直前に作用する。また、点火の停止時期は、ガスエンジン１０の定格回転数が回転速度センサ１６で検出されるとき、または発電機１２から発生される電圧が定格電圧に達したことが検出されるときに設定される。このようにすれば、前記点火プラグ９が無用に使用されることがが抑えられ、その耐用年数が延長される。
【００２９】
前記パイロット着火ガスエンジン１０の起動装置によれば、エンジン回転数の低速域では前記燃料噴射ポンプ１３の吐出量が多くなる制御目標位置へ、前記燃料調節棒１４が移動調節されるようにしたので、低いエンジン回転数域でも燃料噴射ポンプ１３から送られたパイロット油が液体燃料噴射弁４から噴射できるようになり、エンジン起動時から前記液体燃料噴射弁４からパイロット油を予燃焼室５内に噴射することができ、これにより、主燃焼室８内での気体燃料と空気との混合気の着火、燃焼が確実に行え、円滑なエンジンの起動性が得られる。
【００３０】
図６は、シリンダ径２６０ｍｍの単気筒パイロット着火ガスエンジン試験装置を、燃料ラックの位置を８ｍｍと１５ｍｍに設定して、点火プラグを始動時から作動させた状態で運転し、その起動データとして、パイロット油管内圧力ａ、液体燃料噴射弁の弁リフトｂ、気体燃料供給管内圧力ｃ、エンジン回転数ｄ、主燃焼室内圧力ｅを採取し記録したもので、（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、燃料ラックの位置を８ｍｍ、１５ｍｍに設定したものに対応している。
燃料ラックの位置を８ｍｍに設定した場合には、パイロット油管内圧力ａが液体燃料噴射弁を開くために必要な圧力に達しないので、パイロット油は液体燃料噴射弁からは噴射されない（弁リフトｂの信号なし）。燃料ガス（気体燃料）が、始動時から第３サイクル目Ｓ３以降に供給され（気体燃料供給管内圧力ｃの挙動）、点火プラグの火花点火により燃焼する結果としてエンジン回転数ｄが上昇している。しかし、その上昇のし方は遅く、主燃焼室内圧力ｅも低い。
【００３１】
これに対し、燃料ラックの位置を１５ｍｍに設定した場合には、始動の第１サイクルＳ１から、パイロット油管内圧力ａが液体燃料噴射弁を開くための十分な圧力に達して、液体燃料噴射弁からパイロット油が噴射される（弁リフトｂの信号あり）ので、第３サイクル目Ｓ３から燃料ガスが供給されるに伴い、混合気の燃焼による燃焼室内圧力ｅも高くなり、エンジン回転数の立ち上がりが早くなることが分かる。
これらの結果から、パイロット着火ガスエンジンにおいて、エンジン起動時に、燃料噴射ポンプの燃料ラックの位置を、パイロット油の吐出量が大きくなるように設定すると、液体燃料噴射弁が開弁し易い状態になって、パイロット油が該液体燃料噴射弁から予燃焼室内に確実に噴射されて、着火、燃焼され、エンジンの起動が円滑、確実に行えることが明らかとなり、本発明に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置の有効性が検証された。
【００３２】
なお、前記実施の形態のパイロット着火ガスエンジンの起動装置においては、前記ラック制御アクチュエータ１５を、電磁コイルにより操作棒を牽引して移動させる形式のものとしたが、これに代えて、電動サーボモータの回転をねじ軸にナットを螺合したねじ機構により直線運動に変換して、その直線運動により前記燃料ラック１５を移動させるようにしてもよく、前記電動サーボモータに供給する電気量を制御することによりその回転量を調節して燃料ラックの位置を調節することができる。その他、油圧サーボシリンダ等であってもよく、燃料ラック１４を制御装置１８の指令で所定の位置に移動、位置決めできるものであれば、特に制限はない。
【００３３】
また、前記実施の形態のパイロット着火ガスエンジンの起動装置においては、エンジン回転速度を、クランク軸に装着したリングギヤ１７の歯面を磁気ピックアップ等で検知して発生するパルスによって計測するようにしたが、これに代えて、エンジンのクランク軸に連動して回転するカム軸、その他の軸の回転数を、タコジェネレータ等で直接測定することによって計測するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の優れた効果を奏する。
請求項１に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置によれば、制御機構の動作によりエンジン回転速度にもとづいて燃料噴射ポンプの吐出量を調節する燃料調節棒の位置を制御することができるので、エンジン回転速度に関わらず、前記燃料噴射ポンプの吐出量を確保して液体燃料噴射弁からパイロット油を確実に噴射するようにすることができる。
【００３５】
また、請求項１に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置によれば、制御機構により、エンジン回転速度の低速域では燃料噴射ポンプの吐出量が多くなるように制御されるので、エンジン起動時でも、液体燃料噴射弁にはその噴射開始に必要なパイロット油が十分に供給され、該液体燃料噴射弁から予燃焼室へのパイロット油の噴射を確実に行わせることができ、これにより、主燃焼室内での気体燃料と空気との混合気の着火、燃焼を確実に行わせることができ、円滑なエンジンの起動性を得ることができる。また、エンジン回転速度の高速域では燃料噴射ポンプの吐出量が少なくなるように制御されるので、液体燃料噴射弁の噴射開始のためにパイロット油を多く必要としない時に、過剰なパイロット油を液体燃料噴射弁に供給しなくて済み、パイロット油の節約を図ることができる。
【００３６】
請求項２に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置によれば、エンジン回転速度に応じて液体燃料噴射弁の噴射開始に必要な最小限のパイロット油量が燃料噴射ポンプから前記液体燃料噴射弁に供給されるので、パイロット油を効率的に使用してエンジンの起動を円滑に行うことができる。
【００３７】
請求項３に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置によれば、制御装置によって位置制御アクチュエータを介して燃料調節棒の位置が制御され、回転速度センサーで検出されたエンジン回転速度に対応して、燃料噴射ポンプの吐出量が液体燃料噴射弁の噴射開始に必要なパイロット油量に適切に設定されるので、液体燃料噴射弁から予燃焼室へのパイロット油の噴射を一層効率的に行うことができ、エンジン起動を円滑、確実に行うことができる。
【００３８】
請求項４に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置によれば、点火手段により気体燃料と空気との混合気の着火が行われて、液体燃料噴射弁からのパイロット油の噴射による着火、燃焼が助長されるので、エンジンの回転立ち上がり時の失火率が低減し、燃焼安定性を向上させることができる。これにより、排ガス中の全炭化水素が低減して排気煙道での爆発を回避することができ、エンジンの定格回転数までの立ち上げ時間を短縮することができる。
【００３９】
請求項５に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置によれば、点火手段は、エンジン回転速度が定格回転数に達したときに点火を停止されるので、不必要時の使用を抑えて、その耐用年数を延長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置の一実施の形態を示す制御ブロック図である。
【図２】 電流信号と燃料ラックの制御目標位置との関係を示す線図である。
【図３】 エンジン回転数と燃料ラックの制御目標位置との関係を示す線図である。
【図４】 エンジン回転数とパイロット油噴射量の関係を示す線図である。
【図５】 エンジン回転立ち上げ時の制御対象とその状態量変化を示す線図である。
【図６】 パイロット着火ガスエンジン試験装置によるエンジンの起動データを示す図である。
【図７】 エンジン回転数と燃料噴射開始可能な燃料ラック位置の関係を示す線図である。
【図８】 従来のパイロット着火ガスエンジンの要部の縦断面図である。
【符号の説明】
２ シリンダライナ（シリンダ） ３ ピストン
４ 液体燃料噴射弁 ５ 予燃焼室
６ パイロット噴射弁付き予燃焼室 ７ シリンダヘッド
８ 主燃焼室 ９ 点火手段
１０ パイロット着火ガスエンジン（ガスエンジン）
１２発電機
１３ ジャーク式燃料噴射ポンプ（燃料噴射ポンプ）
１４ 燃料ラック（燃料調節棒）
１５ ラック制御アクチュエータ
１６ 回転速度センサ
１７ リングギヤ
１８ 制御装置
１９ 制御機構
【発明の属する技術分野】
本発明は、シリンダヘッドに液体燃料噴射弁付き予燃焼室を設けて、前記液体燃料噴射弁から噴射されるパイロット油で、主燃焼室に導入、圧縮された気体燃料と空気との混合気を着火燃焼させる予燃焼室方式のパイロット着火ガスエンジンの起動装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、産業用と民生用の定置型発電設備を駆動する予燃焼室方式のパイロット着火ガスエンジンとして、図８に示すものが知られている。
このガスエンジン１は、シリンダライナ（シリンダ）２と、該シリンダライナ２内を上下に往復動するピストン３と、液体燃料噴射弁４と予燃焼室５を備えた液体燃料噴射弁付き予燃焼室のユニット６を有するシリンダヘッド７とが設けられており、都市ガス１３Ａ等の燃料ガス（気体燃料）が空気と混合されて、前記シリンダライナ２とピストン３とシリンダヘッド７とで区画された主燃焼室８に、シリンダヘッド７の吸気ポートを経て供給されると共に、全熱量比で約１％に相当する燃料油が、前記液体燃料噴射弁４により予燃焼室５内に、ピストン３の圧縮行程の後半にパイロット油として噴射される。これにより、高温高圧の雰囲気下でパイロット油が圧縮着火され、これを着火源として燃料ガスが燃焼されるようになっている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、前記液体燃料噴射噴射弁４に燃料油（パイロット油）を供給する燃料噴射ポンプは、少量噴射を安定確保できるように設計されたジャーク式燃料噴射ポンプが採用されているが、このジャーク式燃料噴射ポンプのエンジン回転数（エンジン回転速度）と燃料噴射を開始する燃料ラック（燃料調節棒）の位置との関係は、図７に示すように、燃料吐出量を設定する燃料ラック位置の指示値が小さいほど、無噴射域となるエンジン回転数の範囲（液体燃料噴射弁４からの燃料油の噴射を開始させない回転数の領域）が広くなっている。例えば、燃料ラックの位置を、全熱量比で約１％のパイロット油量を吐出するに相当する位置である８ｍｍに設定すると、エンジン回転数が約６００ｒｐｍに達するまでパイロット油が液体燃料噴射弁から噴射されない。
【０００４】
さらに、前記ガスエンジンは、ガス運転時のノッキングを回避するために、圧縮比をディーゼルエンジンに比べて低くしている。このため、特にエンジンの起動、回転立ち上げ時等の過渡時に液体燃料噴射弁からのパイロット油の噴射が開始されても、その圧縮着火が困難であり、特に、エンジン冷却水の温度が低い場合はその困難の度合が一層顕著である。
これでは、ガスエンジンの起動ができないので、液体燃料噴射弁４の他に点火プラグ、グローブラグ等の点火手段９を設け、これにより主燃焼室８内に導入された燃料ガスに着火させて起動させることも行われるが、この場合には、前記液体燃料噴射弁の他に点火手段が必要になり、エンジン構造が複雑になり部品点数が増加してコスト高になる問題がある。
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、エンジンの始動時から液体燃料噴射弁からのパイロット油の噴射を確実に行えて、エンジンの起動を円滑に行わせることができるパイロット着火ガスエンジンの起動装置を提供することを目的とする。
また、本発明の他の目的は、エンジンの始動時で特にエンジン冷却水温度が低い場合でもパイロット油による圧縮着火を安定して行えるパイロット着火ガスエンジンの起動装置を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記課題を解決するために、以下の点を特徴としている。
すなわち、請求項１に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置は、シリンダと、該シリンダ内で往復動するピストンと、液体燃料噴射弁付き予燃焼室を設けたシリンダヘッドとにより区画される主燃焼室内で、該主燃焼室内に導入され前記ピストンにより圧縮された気体燃料と空気との混合気を、前記液体燃料噴射弁から予燃焼室内に噴射されるパイロット油で着火燃焼させることにより駆動出力を得るパイロット着火ガスエンジンの起動装置において、
前記液体燃料噴射弁にパイロット油を供給する燃料噴射ポンプの吐出量を調節する燃料調節棒の位置を、エンジン回転速度の低速域では燃料噴射ポンプの吐出量が多くなる位置に、また、エンジン回転速度の高速域では燃料噴射ポンプの吐出量が少なくなる位置に制御する制御機構が設けられていることを特徴とする。
【０００７】
上記パイロット着火ガスエンジンの起動装置においては、気体燃料供給源からの気体燃料がシリンダヘッドの吸気ポートからの空気と混合されて混合気となり、主燃焼室に供給されてピストンにより圧縮される。この圧縮された混合気は一部が予燃焼室内に入って、ピストンの圧縮行程の後半に、燃料噴射ポンプの作動で液体燃料噴射弁から噴射されるパイロット油により着火し、この着火した火炎によって主燃焼室内の混合気の残部が燃焼される。
その際、前記制御機構が動作してエンジン回転速度にもとづいて前記燃料噴射ポンプの吐出量を調節する燃料調節棒の位置が制御され、エンジン回転速度に関わらず、前記液体燃料噴射弁からパイロット油が噴射される燃料噴射ポンプの吐出量が確保される。
【０００９】
このパイロット着火ガスエンジンの起動装置によれば、制御機構により、エンジン回転速度の低速域では燃料噴射ポンプの吐出量が多くなるように制御されるので、エンジン起動時でも、液体燃料噴射弁にはその噴射開始に必要なパイロット油が十分に供給され、該液体燃料噴射弁から予燃焼室へのパイロット油の噴射が確実に行われ、これにより、主燃焼室内での気体燃料と空気との混合気の着火、燃焼を確実に行え、円滑なエンジンの起動性が得られる。 また、エンジン回転速度の高速域では燃料噴射ポンプの吐出量が少なくなるように制御されるので、液体燃料噴射弁の噴射開始にパイロット油を多く必要としない高速域では、過剰なパイロット油を液体燃料噴射弁に供給しなくて済み、パイロット油の節約が図られる。
【００１０】
請求項２に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置は、請求項１に記載の装置において、燃料調節棒の位置は、エンジン回転速度が所定値以下の低速域では燃料噴射ポンプの吐出量が最大になる一定位置に、エンジン回転速度が前記低速域のエンジン回転速度よりも高い所定値以上の高速域では燃料噴射ポンプの吐出量が最低になる一定位置に、また、エンジン回転速度が前記低速域と高速域との間の中間速度域では吐出量が最大になる一定位置から最低になる一定位置までエンジン回転速度に応じて変化して制御されることを特徴とする。
このパイロット着火ガスエンジンの起動装置では、エンジン回転速度に応じて液体燃料噴射弁の噴射開始に必要な最小限のパイロット油量が燃料噴射ポンプから前記液体燃料噴射弁に供給されるので、パイロット油を効率的に使用してエンジンの起動が円滑に行える。
【００１１】
請求項３に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置は、請求項１または２に記載の装置において、制御機構は、エンジンの回転速度を検出する回転速度センサーと、燃料調節棒の位置を移動調節する位置制御アクチュエータと、予め設定されているエンジン回転速度と燃料調節棒の位置との関係にもとづいて、前記回転速度センサーによって検出されたエンジン回転速度に対する燃料調節棒の制御目標位置を算出し、この算出した制御目標位置へ前記燃料調節棒の位置が移動調節されるように前記位置制御アクチュエータを作動させる制御装置とを備えていることを特徴とする。
【００１２】
このパイロット着火ガスエンジンの起動装置では、制御装置によって位置制御アクチュエータを介して燃料調節棒の位置が制御され、回転速度センサーで検出されたエンジン回転速度に対応して、燃料噴射ポンプの吐出量が液体燃料噴射弁の噴射開始に必要なパイロット油量に適切に設定されるので、液体燃料噴射弁から予燃焼室へのパイロット油の噴射が一層効率的に行え、エンジン起動が円滑、確実に行われる。
【００１３】
請求項４に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置は、請求項１〜３のいずれかに記載の装置において、シリンダヘッドには、液体燃料噴射弁からパイロット油が噴射される前に点火作動して、主燃焼室内に圧縮された気体燃料と空気との混合気に着火させる点火手段が設けられていることを特徴とする。
このパイロット着火ガスエンジンの起動装置では、点火手段により気体燃料と空気との混合気に着火が行われて、液体燃料噴射弁からのパイロット油の噴射による着火、燃焼が助長されるので、エンジンの回転立ち上がり時の失火率が低減し、燃焼安定性が向上される。これにより、排ガス中の全炭化水素が低減して排気煙道での爆発が回避され、エンジンの定格回転数までの立ち上げ時間が短縮される。
なお、排ガス中の全炭化水素の量は、その殆どが燃焼不良により充分に燃えきらないで燃焼室から排出される燃料ガスの量に依存する。
【００１４】
請求項５に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置は、請求項４に記載の装置において、点火手段は、エンジン回転速度が定格回転数に達したときに点火作動を停止されるようにようになっていることを特徴とする。
このパイロット着火ガスエンジンの起動装置では、点火手段は、エンジン回転速度が定格回転数に達したときに点火作動を停止されるので、不必要時の使用が抑えられ、その耐用年数が延長される。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を添付図面を参照して説明する。
図１において、１０はパイロット着火ガスエンジンであり、その出力軸に継ぎ手１１を介して発電機１２が連結されて定置型発電設備として利用される。
前記パイロット着火ガスエンジン（ガスエンジン）１０は、図８に示した従来のパイロット着火ガスエンジン１と同様に、ピストン３を内挿したシリンダライナ２にシリンダヘッド７を組み付け、該シリンダヘッド７に予燃焼室５と液体燃料噴射弁４とを備えた液体燃料噴射弁付き予燃焼室のユニット６および点火手段９を設けた構成を有している。以下、ガスエンジン１０のシリンダヘッド７等の燃焼室周辺部についての説明は、必要に応じて図８にもとづいて行う。
【００１６】
また、図１において、１３はガスエンジン１０の各シリンダヘッド７毎に設けたジャーク式燃料噴射ポンプ（燃料噴射ポンプ）で、ガスエンジン１０のクランク軸に、中間ギヤ等からなるギヤトレインによって連結されるカム軸により駆動され、少量油の噴射が安定して確保できるように設計されている。該燃料噴射ポンプ１３から吐出されるパイロット油が各シリンダヘッド７に設けた前記液体燃料噴射弁４にパイロット油管（図示せず）を経て供給されるようになっている。前記各燃料噴射ポンプ１３には、それらによるパイロット油の吐出量を設定する機構部を同時に作動させる燃料ラック（燃料調節棒）１４が連結して設けられており、該燃料ラック１４は、これに連結されたラック制御アクチュエータ（位置制御アクチュエータ）１５の作動により、その位置が移動調節されて位置決めされ、この位置決めされた位置に対応して前記パイロット油の吐出量が設定されるようになっている。
【００１７】
前記ラック制御アクチュエータ１５は、電磁コイルにより操作棒を牽引して移動させる形式のもので、電磁コイルに供給する電気量の大きさにより操作棒の移動位置が設定されるようになっている。ラック制御アクチュエータ１５によって移動して位置決めされる燃料ラック１４の位置とラック制御アクチュエータ１５に供給される電気量（電流）の大きさとの関係は、図２に示すようになっている。
【００１８】
また、１６は、ガスエンジン１０の回転速度を検出する回転速度センサで、磁気ピックアップ等からなり、ガスエンジン１０のクランク軸に装着したリングギヤ１７の歯面に対向して設置されており、前記リングギヤ１７の歯面を検知して発生するパルスを制御装置１８に送るようになっている。該制御装置１８は、回転速度センサ１６から送られたパルスの単位時間当たりのパルス数を計数してエンジン回転数（エンジン回転速度）を計測し、このエンジン回転数に対する制御目標である前記燃料ラック１４の位置（制御目標位置）を、図３に示すエンジン回転数と燃料ラックの位置との関係における制御目標線Ｃ２にもとづいて算出するようになっている。
【００１９】
さらに、前記制御装置１８は、前記算出された燃料ラック１４の制御目標位置に対応した電気量を、図２に示す関係にもとづいて求めて、前記ラック制御アクチュエータ１５に指令信号として出力するようになっている。
前記ラック制御アクチュエータ１５、回転速度センサ１６、制御装置１８等により、燃料噴射ポンプ１３の吐出量を調節する燃料ラック１４の位置を、エンジン回転速度にもとづいて移動、位置決め制御する制御機構１９を構成している。
【００２０】
なお、図３に示すエンジン回転数と燃料ラックの位置との関係は、予め噴射試験装置またはパイロット着火ガスエンジン試験装置を作動させて、燃料ラックの位置毎に、エンジン回転数に対する液体燃料噴射弁からのパイロット油の噴射量を測定すると、図４に示す特性が得られるので、この特性から、燃料ラックの各位置において、液体燃料噴射弁からパイロット油が噴射を開始する噴射領域における最小のエンジン回転数を求めて、この最小のエンジン回転数を燃料ラックの位置に対応させて表わしたものであり、これから噴射領域と無噴射領域の境界を示す特性曲線Ｃ１が得られる。
【００２１】
前記制御目標線Ｃ２は、エンジン回転数が２００ｒｐｍ以下の低速回転域（低速域）では、燃料ラック１４の制御目標位置が、エンジンの定格負荷運転に要する熱量に対する熱量比略８％に相当するパイロット油を最大噴射量として液体燃料噴射弁４が噴射する固定位置１５ｍｍに設定され、エンジン回転数が８００ｒｐｍ以上の高速回転域（高速域）では熱量比１％に相当するパイロット油を噴射する固定位置８ｍｍに設定され、それらの低速域と高速域との間の中間速度域では、エンジン回転数が大きくなるに従い、燃料ラック１４の制御目標位置が徐々に位置１５ｍｍから位置８ｍｍに向かって小さくなるように設定されている。
【００２２】
この制御目標線Ｃ２によれば、従来のガスエンジンにおいて燃料ラック１４の制御目標位置を、エンジン回転数に関係なく一定の固定位置に設定する制御目標線Ｃ３と比較して明らかなように、エンジン回転数が１５０ｒｐｍ以上の速度域では、液体燃料噴射弁４の噴射領域と無噴射領域の境界をなす特性曲線Ｃ１から噴射領域側に変位させて、燃料ラックの制御目標位置が設定されるので、従来のガスエンジンよりも、エンジン回転数の広い範囲にわたってパイロット油の噴射が確実に行われることとなる。
【００２３】
次に、上記構成のパイロット着火ガスエンジン１０の起動装置の作用について説明する。
ガスエンジン１０の起動に際しては、気体燃料供給源からの燃料ガス（気体燃料）がシリンダヘッド７の吸気ポート等に導入されると、始動装置によりガスエンジン１０の始動が開始され、吸気ポート等で気体燃料と空気とが混合されて混合気となって主燃焼室８に供給されてピストン３により圧縮される。この圧縮された混合気は一部が予燃焼室５内に入って、ピストン３の圧縮行程の後半に、燃料噴射ポンプ１３の作動で液体燃料噴射弁４から噴射されるパイロット油により着火し、この着火した火炎によって主燃焼室８内の混合気の残部が燃焼され、ガスエンジン１０が回転を開始する。
このようにしてガスエンジン１０が回転を開始すると、エンジンガバナの働きによって主燃焼室８内に供給される気体燃料が増加されていき、これにより、ガスエンジン１０はその回転数が徐々に上昇されていき、所定時間後に定格回転数に達する。
【００２４】
前記ガスエンジン１０の始動の開始時には、前記制御機構１９が動作して、その制御装置１８が、回転速度センサ１６により検出されるパルスを計数してエンジン回転数を算出し、算出したエンジン回転数に対応する燃料ラックの制御目標位置を、図３の制御目標線Ｃ２にもとづいて求め、低速回転域に対応する最大の制御目標位置を設定しているので、その制御目標位置に対応して大きな電気量を指令する信号をラック制御アクチュエータ１５に送る。これにより、該ラック制御アクチュエータ１５が前記燃料ラック１４の位置を最大に移動操作して燃料噴射ポンプ１３が最大の吐出量になるように調節、設定される。
【００２５】
このため、燃料噴射ポンプ１３でのパイロット油の吐出量（圧縮油量）が増やされ、燃料噴射ポンプ１３を液体燃料噴射弁４に連絡するパイロット油管内の油圧が十分に高められて、低いエンジン回転数域でも前記液体燃料噴射弁４からパイロット油が確実に噴射され、主燃焼室８内での混合気の着火、燃焼が確実に行われて、ガスエンジン１０の起動が円滑に行われる。
なお、ガスエンジン１０の起動時に前記燃料ラック１４の位置を最大の制御目標位置に設定しても、燃料噴射ポンプ１３の最大の吐出量は、前記のように定格負荷運転時に対する熱量比で約８％に過ぎないので、ガスエンジン１０を定格回転数まで立ち上げるトルクを発生することはできず、ガスエンジン１０の運転、すなわち、エンジンガバナによる回転数制御に対して支障を来すことはない。
【００２６】
前記において、ガスエンジン１０の回転数が上昇すると、回転速度センサ１６の検出結果にもとづき制御装置１８が、図３における制御目標線Ｃ２に従って燃料ラック１４の制御目標位置を、その最大位置から徐々に調節する。一定のエンジン回転数以上では、熱量比で約１％のパイロット油が液体燃料噴射ポンプ４から噴射され、前記ラック制御アクチュエータ１５が制御目標位置に調節、設定される。ガスエンジン１０の高速回転域では、前記少量油量によるパイロット油の噴射によって主燃焼室８内の混合気が着火、燃焼し、エンジン運転が行われる。
【００２７】
前記ガスエンジン１０の運転において、エンジン回転の立ち上げ時の各制御対象（燃料ラックの位置、エンジン回転数、燃料ガスの供給量、点火プラグのＯＮ、ＯＦＦ動作）とその状態量の変化を、始動開始からの時間経過で示すと図５のようになる。
この例では、始動開始からの所定時間にわたって、シリンダヘッド７に設けた点火プラグ（点火手段）９を作動させて、主燃焼室８内の混合気に着火させるようにしているが、このようにすると、混合気の着火燃焼で発生する熱により予燃焼室５が加熱されて、液体燃料噴射弁４から噴射されるパイロット油の圧縮着火が助長されるので、エンジンの回転立ち上がり時の失火率が低減し、燃焼安定性が向上される。これにより、排ガス中の全炭化水素が低減して排気煙道での爆発が回避され、エンジンの定格回転数までの立ち上げ時間が短縮される。
【００２８】
前記点火プラグ９は、その点火の作動時期が始動開始時期に設定され、液体燃料噴射弁４からパイロット油が噴射されると同時期または直前に作用する。また、点火の停止時期は、ガスエンジン１０の定格回転数が回転速度センサ１６で検出されるとき、または発電機１２から発生される電圧が定格電圧に達したことが検出されるときに設定される。このようにすれば、前記点火プラグ９が無用に使用されることがが抑えられ、その耐用年数が延長される。
【００２９】
前記パイロット着火ガスエンジン１０の起動装置によれば、エンジン回転数の低速域では前記燃料噴射ポンプ１３の吐出量が多くなる制御目標位置へ、前記燃料調節棒１４が移動調節されるようにしたので、低いエンジン回転数域でも燃料噴射ポンプ１３から送られたパイロット油が液体燃料噴射弁４から噴射できるようになり、エンジン起動時から前記液体燃料噴射弁４からパイロット油を予燃焼室５内に噴射することができ、これにより、主燃焼室８内での気体燃料と空気との混合気の着火、燃焼が確実に行え、円滑なエンジンの起動性が得られる。
【００３０】
図６は、シリンダ径２６０ｍｍの単気筒パイロット着火ガスエンジン試験装置を、燃料ラックの位置を８ｍｍと１５ｍｍに設定して、点火プラグを始動時から作動させた状態で運転し、その起動データとして、パイロット油管内圧力ａ、液体燃料噴射弁の弁リフトｂ、気体燃料供給管内圧力ｃ、エンジン回転数ｄ、主燃焼室内圧力ｅを採取し記録したもので、（Ａ）、（Ｂ）は、それぞれ、燃料ラックの位置を８ｍｍ、１５ｍｍに設定したものに対応している。
燃料ラックの位置を８ｍｍに設定した場合には、パイロット油管内圧力ａが液体燃料噴射弁を開くために必要な圧力に達しないので、パイロット油は液体燃料噴射弁からは噴射されない（弁リフトｂの信号なし）。燃料ガス（気体燃料）が、始動時から第３サイクル目Ｓ３以降に供給され（気体燃料供給管内圧力ｃの挙動）、点火プラグの火花点火により燃焼する結果としてエンジン回転数ｄが上昇している。しかし、その上昇のし方は遅く、主燃焼室内圧力ｅも低い。
【００３１】
これに対し、燃料ラックの位置を１５ｍｍに設定した場合には、始動の第１サイクルＳ１から、パイロット油管内圧力ａが液体燃料噴射弁を開くための十分な圧力に達して、液体燃料噴射弁からパイロット油が噴射される（弁リフトｂの信号あり）ので、第３サイクル目Ｓ３から燃料ガスが供給されるに伴い、混合気の燃焼による燃焼室内圧力ｅも高くなり、エンジン回転数の立ち上がりが早くなることが分かる。
これらの結果から、パイロット着火ガスエンジンにおいて、エンジン起動時に、燃料噴射ポンプの燃料ラックの位置を、パイロット油の吐出量が大きくなるように設定すると、液体燃料噴射弁が開弁し易い状態になって、パイロット油が該液体燃料噴射弁から予燃焼室内に確実に噴射されて、着火、燃焼され、エンジンの起動が円滑、確実に行えることが明らかとなり、本発明に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置の有効性が検証された。
【００３２】
なお、前記実施の形態のパイロット着火ガスエンジンの起動装置においては、前記ラック制御アクチュエータ１５を、電磁コイルにより操作棒を牽引して移動させる形式のものとしたが、これに代えて、電動サーボモータの回転をねじ軸にナットを螺合したねじ機構により直線運動に変換して、その直線運動により前記燃料ラック１５を移動させるようにしてもよく、前記電動サーボモータに供給する電気量を制御することによりその回転量を調節して燃料ラックの位置を調節することができる。その他、油圧サーボシリンダ等であってもよく、燃料ラック１４を制御装置１８の指令で所定の位置に移動、位置決めできるものであれば、特に制限はない。
【００３３】
また、前記実施の形態のパイロット着火ガスエンジンの起動装置においては、エンジン回転速度を、クランク軸に装着したリングギヤ１７の歯面を磁気ピックアップ等で検知して発生するパルスによって計測するようにしたが、これに代えて、エンジンのクランク軸に連動して回転するカム軸、その他の軸の回転数を、タコジェネレータ等で直接測定することによって計測するようにしてもよい。
【００３４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば以下の優れた効果を奏する。
請求項１に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置によれば、制御機構の動作によりエンジン回転速度にもとづいて燃料噴射ポンプの吐出量を調節する燃料調節棒の位置を制御することができるので、エンジン回転速度に関わらず、前記燃料噴射ポンプの吐出量を確保して液体燃料噴射弁からパイロット油を確実に噴射するようにすることができる。
【００３５】
また、請求項１に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置によれば、制御機構により、エンジン回転速度の低速域では燃料噴射ポンプの吐出量が多くなるように制御されるので、エンジン起動時でも、液体燃料噴射弁にはその噴射開始に必要なパイロット油が十分に供給され、該液体燃料噴射弁から予燃焼室へのパイロット油の噴射を確実に行わせることができ、これにより、主燃焼室内での気体燃料と空気との混合気の着火、燃焼を確実に行わせることができ、円滑なエンジンの起動性を得ることができる。また、エンジン回転速度の高速域では燃料噴射ポンプの吐出量が少なくなるように制御されるので、液体燃料噴射弁の噴射開始のためにパイロット油を多く必要としない時に、過剰なパイロット油を液体燃料噴射弁に供給しなくて済み、パイロット油の節約を図ることができる。
【００３６】
請求項２に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置によれば、エンジン回転速度に応じて液体燃料噴射弁の噴射開始に必要な最小限のパイロット油量が燃料噴射ポンプから前記液体燃料噴射弁に供給されるので、パイロット油を効率的に使用してエンジンの起動を円滑に行うことができる。
【００３７】
請求項３に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置によれば、制御装置によって位置制御アクチュエータを介して燃料調節棒の位置が制御され、回転速度センサーで検出されたエンジン回転速度に対応して、燃料噴射ポンプの吐出量が液体燃料噴射弁の噴射開始に必要なパイロット油量に適切に設定されるので、液体燃料噴射弁から予燃焼室へのパイロット油の噴射を一層効率的に行うことができ、エンジン起動を円滑、確実に行うことができる。
【００３８】
請求項４に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置によれば、点火手段により気体燃料と空気との混合気の着火が行われて、液体燃料噴射弁からのパイロット油の噴射による着火、燃焼が助長されるので、エンジンの回転立ち上がり時の失火率が低減し、燃焼安定性を向上させることができる。これにより、排ガス中の全炭化水素が低減して排気煙道での爆発を回避することができ、エンジンの定格回転数までの立ち上げ時間を短縮することができる。
【００３９】
請求項５に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置によれば、点火手段は、エンジン回転速度が定格回転数に達したときに点火を停止されるので、不必要時の使用を抑えて、その耐用年数を延長させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明に係るパイロット着火ガスエンジンの起動装置の一実施の形態を示す制御ブロック図である。
【図２】 電流信号と燃料ラックの制御目標位置との関係を示す線図である。
【図３】 エンジン回転数と燃料ラックの制御目標位置との関係を示す線図である。
【図４】 エンジン回転数とパイロット油噴射量の関係を示す線図である。
【図５】 エンジン回転立ち上げ時の制御対象とその状態量変化を示す線図である。
【図６】 パイロット着火ガスエンジン試験装置によるエンジンの起動データを示す図である。
【図７】 エンジン回転数と燃料噴射開始可能な燃料ラック位置の関係を示す線図である。
【図８】 従来のパイロット着火ガスエンジンの要部の縦断面図である。
【符号の説明】
２ シリンダライナ（シリンダ） ３ ピストン
４ 液体燃料噴射弁 ５ 予燃焼室
６ パイロット噴射弁付き予燃焼室 ７ シリンダヘッド
８ 主燃焼室 ９ 点火手段
１０ パイロット着火ガスエンジン（ガスエンジン）
１２発電機
１３ ジャーク式燃料噴射ポンプ（燃料噴射ポンプ）
１４ 燃料ラック（燃料調節棒）
１５ ラック制御アクチュエータ
１６ 回転速度センサ
１７ リングギヤ
１８ 制御装置
１９ 制御機構
Claims (5)
- シリンダと、該シリンダ内で往復動するピストンと、液体燃料噴射弁付き予燃焼室を設けたシリンダヘッドとにより区画される主燃焼室内で、該主燃焼室内に導入され前記ピストンにより圧縮された気体燃料と空気との混合気を、前記液体燃料噴射弁から予燃焼室内に噴射されるパイロット油で着火燃焼させることにより駆動出力を得るパイロット着火ガスエンジンの起動装置において、
前記液体燃料噴射弁にパイロット油を供給する燃料噴射ポンプの吐出量を調節する燃料調節棒の位置を、エンジン回転速度の低速域では燃料噴射ポンプの吐出量が多くなる位置に、また、エンジン回転速度の高速域では燃料噴射ポンプの吐出量が少なくなる位置に制御する制御機構が設けられていることを特徴とするパイロット着火ガスエンジンの起動装置。 - 前記燃料調節棒の位置は、エンジン回転速度が所定値以下の低速域では燃料噴射ポンプの吐出量が最大になる一定位置に、エンジン回転速度が前記低速域のエンジン回転速度よりも高い所定値以上の高速域では燃料噴射ポンプの吐出量が最低になる一定位置に、また、エンジン回転速度が前記低速域と高速域との間の中間速度域では吐出量が最大になる一定位置から最低になる一定位置までエンジン回転速度に応じて変化して制御されることを特徴とする請求項１に記載のパイロット着火ガスエンジンの起動装置。
- 前記制御機構は、エンジンの回転速度を検出する回転速度センサーと、前記燃料調節棒の位置を移動調節する位置制御アクチュエータと、予め設定されているエンジン回転速度と燃料調節棒の位置との関係にもとづいて、前記回転速度センサーによって検出されたエンジン回転速度に対する燃料調節棒の制御目標位置を算出し、この算出した制御目標位置へ前記燃料調節棒の位置が移動調節されるように前記位置制御アクチュエータを作動させる制御装置とを備えていることを特徴とする請求項１または２に記載のパイロット着火ガスエンジンの起動装置。
- 前記シリンダヘッドには、前記液体燃料噴射弁からパイロット油が噴射される前に点火作動して、前記主燃焼室内に圧縮された気体燃料と空気との混合気に着火させる点火手段が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のパイロット着火ガスエンジンの起動装置。
- 点火手段は、エンジンの回転数が定格回転数に達したときに点火作動を停止されるようにようになっていることを特徴とする請求項４に記載のパイロット着火ガスエンジンの起動装置。
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