JP4301417B2

JP4301417B2 - 予混合圧縮自着火機関

Info

Publication number: JP4301417B2
Application number: JP03813799A
Authority: JP
Inventors: 井輝浩桜; 川健司中; 端康晴川
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd; Tokyo Gas Co Ltd; Toho Gas Co Ltd
Priority date: 1999-02-17
Filing date: 1999-02-17
Publication date: 2009-07-22
Anticipated expiration: 2019-02-17
Also published as: JP2000240513A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、燃料ガスと吸入空気を予め混合させた予混合気を高圧縮比のピストンで自着火させて運転する予混合圧縮自着火機関に関する。より詳細には、当該機関に供給される燃料ガス及び吸入空気或いはこれらの混合気（予混合気）を加熱するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
上述した様な予混合圧縮自着火機関においては、燃料ガスと吸入空気を混合させた予混合気を吸入し、自着火させて運転する予混合圧縮自着火機関では、始動および安定運転を行うには予混合気を高温で供給する必要がある。図１１に示す従来の例では、外気温で吸入された吸入空気Ａｉｒ、が吸気加熱装置２０１によって加熱されて加熱空気Ａとなる。加熱空気Ａは吸気管２０２に導かれ、混合器２０６に至り、ここで燃料ガスＦｇと混合されて予混合気Ｇｐとなる。そして予混合気Ｇｐは、混合気管２０３から吸気室２０９を介してエンジン２０８で燃焼され、排気ガスＥｇとなって排出される。
【０００３】
ここで、上述の予混合圧縮自着火機関においては、機関内に供給される気体（予混合気）の温度が高い程、自着火性が向上し、安定した運転が出来る。
【０００４】
しかし、図１１で示す従来技術のように吸気加熱装置２０１のような補機を設ける事は、当該加熱装置の駆動のための動力を必要とするので、省エネルギの観点から好ましくはない。
【０００５】
そのため、補機を別途設ける事なく、予混合気を加熱する技術が要望されているが、従来技術では、その要望に十分応える事は出来なかった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は上述した従来技術の問題点に鑑みて提案されたものであり、予混合気の加熱装置を縮小化しかつ、供給エネルギーを低減する予混合圧縮自着火機関を提供することを目的としている。
【００１０】
すなわち、始動時に着火剤として軽油を噴射供給してディーゼル燃焼させ、その排気ガスの１部を吸気側に還流させて予混合気を加熱し自着火させる際に、筒内圧その他を検出して機関の運転状態を判断し、軽油の噴射供給量を調節すると共に、自着火運転が安定して行われない状態であればディーゼル運転を継続し、安定した自着火運転が可能な状態になればデイーゼル燃料（軽油）の供給を遮断して、予混合気圧縮自着火運転のみを行うように制御する。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明によれば、外部からの吸入空気Ａを導く吸気管３２と燃料供給源から燃料ガスＦを導く燃料管３３とその吸気管３２からの空気Ａと燃料管３３からの燃料Ｆとを混合する混合器６を備え、その混合器６からの予混合気管３４が機関８の吸気ポート９に接続され、機関８からの排気管１０の分岐部４１に排気還流弁４４を有する還流管４２が接続され、その還流管４２は混合器６の下流側の予混合気管３４に接続されている予混合圧縮自着火機関において、予混合気管３４に予混合気Ｇと還流ガスｅｇの混合気の温度を検出する温度センサ１６を設け、その温度センサ１６からの信号を受けて前記排気還流弁４４を制御する統合制御装置５８を備え、さらに温水加熱手段３６を有する温水槽４０を備え、そして排気分岐管４２に設けた第１の熱交換部４２ｈと燃料ガス管３３に設けた第２の熱交換部３３ｈと吸気管３２に設けた第３の熱交換部３２ｈと温水槽４０からの温水配管５４に設けた第４の熱交換部５４ｈとを設けた熱交換器Ｑｅを有し、その熱交換器Ｑｅにおいて第１の熱交換部４２ｈと第４の熱交換部５４ｈとが放熱して第２の熱交換部３３ｈと第３の熱交換部３２ｈとが受熱するものであり、前記統合制御装置５８はさらに温水配管５４に設けた温水制御弁５５を制御するものであり、前記統合制御装置５８は機関８が始動すれば温水制御弁５５を全開にして燃料ガスＦおよび吸入空気Ａを加熱し、機関８が暖機されて自着火の条件が整っていくと温水制御弁５５の開度を減少させ、温度センサ１６によって予混合気Ｇの温度を検出してその予混合気Ｇの所定値以上になっているか否かを判定し、所定値以下であれば温水制御弁５５の開度を増加させ、所定値以上であるか又は温水制御弁５５の開度を増加させた後に温水制御弁５５の開度を変更してから所定時間経過した後に運転を終了する機能を有している。
【００１２】
そして、本発明によれば、前記温水過熱手段３６が電熱器又はバーナーによる加熱を行うようになっている。
【００１３】
さらに、本発明によれば、外部からの吸入空気Ａを導く吸気管３２と燃料供給源から燃料ガスＦを導く燃料管３３とその吸気管３２からの空気Ａと燃料管３３からの燃料Ｆとを混合する混合器７６を備え、その混合器７６からの予混合気管３４が機関８の吸気ポート９に接続され、機関８からの排気管１０の分岐部４１に排気還流弁４４を有する還流管４２が接続され、その還流管４２は混合器７６の下流側の予混合気管７４に接続されている予混合圧縮自着火機関において、予混合気管７４に予混合気Ｇと還流ガスｅｇの混合気の温度を検出する温度センサ７８を設け、その温度センサ７８からの信号を受けて前記排気還流弁４４を制御する統合制御装置５８を備え、さらに温水加熱手段３６を有する温水槽４０を備え、そして排気分岐管４２に設けた第１の熱交換部４２ｈと予混合管７４に設けた第５の熱交換部７２と温水槽４０からの温水配管５４に設けた第４の熱交換部５４ｈとを設けた熱交換器Ｑｆを有し、その熱交換器Ｑｆにおいて第１の熱交換部４２ｈと第４の熱交換部５４ｈとが放熱して第５の熱交換部７２が受熱するものであり、前記統合制御装置５８はさらに温水配管５４に設けた温水制御弁５５を制御するものであり、前記統合制御装置５８は機関８が始動すれば温水制御弁５５を全開にして燃料ガスＦおよび吸入空気Ａを加熱し、機関８が暖機されて自着火の条件が整っていくと温水制御弁５５の開度を減少させ、温度センサ７８によって予混合気Ｇの温度を検出してその予混合気Ｇの所定値以上になっているか否かを判定し、所定値以下であれば温水制御弁５５の開度を増加させ、所定値以上であるか又は温水制御弁５５の開度を増加させた後に温水制御弁５５の開度を変更してから所定時間経過した後に運転を終了する機能を有している。
【００１４】
かつ、本発明によれば、外部からの吸入空気Ａを導く吸気管８２と燃料供給源から燃料ガスＦを導く燃料管８３とその吸気管８２からの空気Ａと燃料管８３からの燃料Ｆとを混合する混合器８６を備え、その混合器８６からの予混合気管８４が機関８の吸気ポート９に接続され、機関８からの排気管１０の分岐部４１に排気還流弁４４を有する還流管１００が接続され、その還流管１００は混合器８６の下流側の予混合気管８４に接続され、そして機関８に設けた噴射装置２６には軽油タンク２２からの配管２３が弁２４を介して接続されている予混合圧縮自着火機関において、機関８に機関の筒内圧、回転速度、油水温を検出して集信する機能を有する運転状態検出装置１８を設け、予混合気管８４に予混合気Ｇと還流ガスｅｇの混合気の温度を検出する温度センサ９６を設け、その温度センサ９６と運転状態検出装置１８からの信号を受けて前記配管２３の弁２４および前記排気還流弁４４を制御する統合制御装置１０８を備え、さらに温水加熱手段３６を有する温水槽４０を備え、そして排気分岐管１００に設けた第１の熱交換部４２ｈと燃料ガス管８３に設けた第２の熱交換部８３ｈと吸気管８２に設けた第３の熱交換部８２ｈと温水槽４０からの温水配管５４に設けた第４の熱交換部５４ｈとを設けた熱交換器Ｑｅを有し、その熱交換器Ｑｅにおいて第１の熱交換部４２ｈと第４の熱交換部５４ｈとが放熱して第２の熱交換部８３ｈと第３の熱交換部８２ｈとが受熱するものであり、前記統合制御装置１０８はさらに温水配管５４に設けた温水制御弁５５を制御するものであり、前記統合制御装置１０８は機関８が始動すれば温水制御弁５５を全開にして燃料ガスＦおよび吸入空気Ａを加熱し、機関８が暖機されて自着火の条件が整っていくと温水制御弁５５の開度を減少させ、温度センサ９６によって予混合気Ｇの温度を検出してその予混合気Ｇの所定値以上になっているか否かを判定し、所定値以下であれば温水制御弁５５の開度を増加させ、所定値以上であるか又は温水制御弁５５の開度を増加させた後に温水制御弁５５の開度を変更してから所定時間経過した後に運転を終了する機能を有している。
【００１６】
このように本発明では、通常運転時に、熱交換器を介して排気ガスが保有する熱量により燃料ガスと吸入空気、或いはその予混合気を加熱し、上記機関において自着火性を高める。その際、加熱された燃料ガスと吸入空気の混合気の温度を検出して、還流ガス量を調節する。
【００１７】
本発明の予混合圧縮自着火機関の実施に際しては、前記加熱装置は、バーナーで構成された温水加熱手段と、高温水を蓄える温水槽と、該温水槽に付設されたクーリングタワーと、該温水槽と前記機関の冷却系を連結する冷却水配管と、温水槽の水温を所定値に保持する温度調整装置、とで構成されているのが好ましい。
【００１８】
上記構成によれば、バーナー加熱によって急加熱で高温の温水が得られる。なお、バーナーは任意公知のものでよい。
【００１９】
なお本発明の実施に際して、前記熱交換器は、燃料ガスと吸入空気とを別個に加熱するが、両者を混合した予混合気を加熱する場合もある。予混合気を熱交換器で加熱する構成を採用すれば、加熱する熱交換部が１つになって、熱交換器の構造が小型になるというメリットがある。
【００２１】
また本発明では、始動時には、軽油でディーゼル燃焼させ、その排気ガスの１部を吸気側に還流させて燃料ガスと吸入空気を加熱し、同時に温水加熱装置からの温水により加熱して自着火性を高める。通常運転時には、圧縮自着火運転の排気ガスで燃料ガスと吸入空気を加熱して自着火を安定させる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下図面を参照して本発明の予混合圧縮自着火機関の燃料ガス加熱装置の実施の形態を説明する。
【００２３】
第１の実施形態を示す図１において、機関８（予混合圧縮自着火機関）は、吸気系Ｋａからの予混合気Ｇを貯気する吸気室９と、着火剤の軽油を機関に噴射供給する噴射系Ｉａと、燃焼ガスＥｇを排出する排気系Ｈａと、機関８の運転状態を検出する運転状態検出装置１８、とを設けている。
【００２４】
吸気系Ｋａは、外部からの吸入空気Ａを導く吸気管２と、図示しない燃料供給源から燃料ガスＦを導く燃料管３と、空気Ａと燃料ガスＦを撹拌混合する混合器６と、混合器６と吸気ポート９を接続する予混合気管４と、予混合気管に設けられた還流部１３と、還流部１３の下流（即ち吸気ポート９側）に設けられた温度センサ１６と、で構成されている。
【００２５】
なお、吸気ポート９は、予混合気Ｇに加えて還流ガスｅｇを吸気し供給できるよう構成されている。
【００２６】
噴射系Ｉａは、軽油タンク２２と、機関８に軽油を噴射する噴射装置２６と、軽油タンク２２と噴射装置２６とを第１の弁２４を介して連結する配管２３と、で構成されている。
【００２７】
排気系Ｈａは、機関８に装着された排気管１０によって、燃焼した排気ガスＥｇが図示しないマフラに向けて排出されるよう構成されている。また、排気管１０に排気還流装置ＥＧＲが設けられている。排気還流装置ＥＧＲは、排気管１０に設けられた分岐部１１と、前記還流部１３と、分岐部１１と還流部１３とを排気還流弁である第２の弁１４を介して連結する還流管１２、とにより構成され、排気ガスＥｇの１部ｅｇを吸気側に還流するよう設けられている。
【００２８】
なお、還流部１３は、還流ガスｅｇ中の異物等による混合器６の閉塞を避けるために、前記のような混合器６の下流にすることが好ましい。
【００２９】
運転状態検出装置１８は、機関８のシリンダヘッド８ａに装着されて、筒内圧の検出および機関回転速度、油水温等を集信する機能を有し、第２の信号線２０を介して総合制御装置１２に連結されている。
【００３０】
総合制御装置２８はコンピュータを含んで構成され、前記のように、第２の信号線２０を介して運転状態検出装置１８と連結され、第１の信号線１７を介して温度センサ１６と連結され、第１の制御線２７を介して第１の弁２４と連結され、第２の制御線１５を介して第２の弁１４と連結されている。そして、総合制御装置２８は、たとえば、筒内圧、燃焼タイミング、回転速度、その他を変数とする基準の運転標準マップ等を記憶内蔵しており、そのマップを参照して演算その他の必要な処理を行って、第１、第２の制御線２７及び１５を介して第１、第２の弁２４、１４を制御している。
【００３１】
上記構成による予混合圧縮自着火機関８の加熱装置の始動について、図１を参照して、図２のフローチャートによって説明する。
【００３２】
先ず、始動を確認し（ステップＳ１）、ＮＯであればスタンバイし、ＹＥＳであれば予混合気Ｇの吸気と共に、第１の弁２４を開とし軽油を噴射装置２６によって機関８に噴射供給し、ディーゼル運転で始動する。排気ガスＥｇは、１部が還流管１２によって還流され還流ガスｅｇとなって還流部１３で予混合気Ｇに混入し、予混合気Ｇを加熱する。この、軽油によるディーゼル運転によって機関８は暖機され排気ガス、還流ガスが昇温し、予混合気Ｇへの加熱が増加して、自着火条件に近ずく。そして、温度センサ１６による予混合気温度検出信号と、運転状態検出装置１８による筒内圧、その他の検出信号を、総合制御装置２８がマップ等を参照判定し、そして、予混合気Ｇが所定の高温となって、自着火条件に達したか否かを判定する（ステップＳ２）。自着火条件に未達であれば（ステップＳ２がＮＯ）、第１の弁２４を開のままとして軽油によるディーゼル運転を続け（ステップＳ３）、ステップＳ２に戻る。
【００３３】
一方、ステップＳ２の判定で自着火条件が達成されていれば（ステップＳ２がＹＥＳ）、第１の弁２４を閉にし燃料ガスＦと空気Ａとの予混合気Ｇのみの運転に切り換える（ステップＳ４）。次に、ステップＳ５で運転を継続するか否かを判断し、運転の継続するならば、ＮＯを選択してステップ２に戻り、運転を終了するのであればＹＥＳを選択して運転を終了する。
【００３４】
次に、図１における排気還流ｅｇの制御を、図３のフローチャートによって説明する。まず、始動を確認し（ステップＳ１１）、ＮＯであればスタンバイし、ＹＥＳであれば予混合気Ｇを吸気して始動し、還流させて始動運転する。始動をしたならば（ステップＳ１１がＹＥＳ）、予混合気Ｇと還流ガスｅｇの混合気の温度を温度センサ１６によって検出する（ステップＳ１２）。この予混合気の検出温度が運転条件に合致しているか否かを総合制御装置２８がマップ等を参照して判定して、予混合気温度を適正なものにするための還流量ｅｇを計算する（ステップＳ１３）。例えば、予混合気温度が低ければ、還流量ｅｇが増加されて加熱が大になるよう計算で求められる。ステップＳ１３の計算結果から求められた還流制御量に従って、第２の弁１４の開度が制御され（ステップＳ１４）、適正加熱された混合気によって自着火運転が行われる。
【００３５】
次に、ステップＳ１５で運転を継続するか否かを判断し、運転の継続をするならばＮＯを選択してステップＳ１２に戻り、運転を終了するならばＹＥＳを選択して運転を終了する。
【００３６】
図４は、本発明の別の実施形態を示し、吸入空気Ａと燃料ガスＧとを、付設した温水加熱装置Ｑｈと、排気ガスＥｇとによって加熱する構成を示している。前記第１の実施形態と異なる部分を主として説明する。図４において、前記第１の実施形態と構成及び機能が同一の装置、部材等については、同一の符号を使用している。
【００３７】
吸気系Ｋｂは、空気Ａを導く吸気管３２と、吸気管に設けられた熱交換部３２ｈと、燃料ガスＦを導く燃料ガス管３３と、燃料ガス管３３に設けられた熱交換部３３ｈと、加熱された空気Ａと燃料ガスＦを撹拌混合する混合器６と、混合器６と吸気室９を接続する予混合気管３４と、混合器６の下流に設けられた温度センサ１６、とにより構成されている。
【００３８】
温水加熱装置Ｑｈは、高温水を蓄える温水槽４０と、後記する熱交換器Ｑｅに温水を供給する温水配管５４と、温水槽４０内の水を加熱する温水加熱手段３６と、温水槽４０に付設されたクーリングタワー４６と、温水槽４０と機関８の冷却系を連結する冷却水配管５１、５３と、温水槽４０の水温を所定値に保つよう調整する温水温度調整装置４８、とにより構成されている。
【００３９】
温水配管５４は、一端が温水槽４０の上部に接続され、温水制御弁５５を介して熱交換器Ｑｅに連通しており、熱交換器Ｑｅに設けられた熱交換部５４ｈを経由して温水槽４０に接続され、温水が循環するよう構成されている。
【００４０】
温水加熱手段３６は、例えば電熱による温水加熱器３６ａと、温水槽４０内部に配置された温水加熱部材３８と、温水加熱器３６ａと温水加熱部材３８とを結ぶ配線３９、とにより構成されている。
【００４１】
クーリングタワー４６は、温水槽４０に配管４６ａ、４６ｂで接続されて、温水槽４０の余剰熱量を放出するよう構成されている。
【００４２】
温水温度調整装置４８は、第２の信号線４９を介して水温計測装置２９に連結され、に第３の制御線４７を介してクーリングタワー４６に連結され、第４の制御線５０を介して温水加熱器３６ａに連結され、信号線４９からの信号に基づいてクーリングタワー４６による放熱と、温水加熱手段３６による加熱とを制御するよう構成されている。
【００４３】
排気系Ｈｂは、排気管１０と、排気管１０に設けられた分岐部４１と、分岐部４１に装着され排気分岐弁４４を介して熱交換器Ｑｅに接続される排気分岐管４２、とにより構成されている。
【００４４】
熱交換器Ｑｅは、密閉された断熱材容器内に、排気分岐管４２に介装される熱交換部４２ｈと、燃料ガス管３３に接続される熱交換部３３ｈと、吸気管３２に接続される熱交換部３２ｈと、温水配管５４に接続される熱交換部５４ｈと、が装着され、熱交換部４２ｈと５４ｈが管内熱量を放熱し、熱交換部３３ｈ、３２ｈが受熱するよう構成されている。
【００４５】
総合制御装置５８は、コンピュータを含んで構成され、第１の信号線３７を介して温度センサ１６に連結され、第１の制御線４５を介して排気分岐弁４４に連結され、第２の制御線４６を介して温水制御弁５５に連結されている。また、予混合気Ｇの温度その他から始動、通常運転それぞれに応じて排気分岐弁４４および温水制御弁４８を制御する機能を有している。
【００４６】
上記図４の実施形態による装置の燃料ガスＦおよび吸入空気Ａの加熱に関する温水制御の作用を、図５に示すフローチャートによって説明する。
【００４７】
まず、始動を確認し（ステップＳ２１）、ＮＯであればスタンバイし、ＹＥＳであれば温水制御弁５５を全開して、温水槽４０からの高温水の保有する熱量により、熱交換部５４ｈを介して、燃料ガスＦおよび吸入空気Ａを加熱する。また、機関８の冷却水を加熱して暖機させる必要があれば、冷却配管５１、５３によって温水を供給する。なお、温水槽４０からの熱交換部５４ｈへの供給熱量を安定させるために、温水温度調整装置４８が水温計測装置２９の検出値にもとづいて温水加熱手段３６およびクーリングタワー４６を制御して温水槽内の水温を所定の一定温度に保つよう管理している。
【００４８】
始動後（ステップＳ１がＹＥＳ）、機関８は暖機され、自着火の条件が整っていくと、温水制御弁５５の開度は徐々に所定量に減小され（図７の弁開度と運転時間との関係参照）、暖機の為に供給される熱量が減少する（ステップＳ２２）。
【００４９】
次に温度センサ１６によって予混合気Ｇの温度が検出され（ステップＳ２３）、その予混合気Ｇの温度が所定値以上になっているか否かを判定する（ステップＳ２４）。ステップＳ２４がＹＥＳであれば、ステップＳ２５に進む。ステップＳ２４がＮＯであれば、温水制御弁５５の開度を所定量だけ増加して、予混合気Ｇを加熱させステップＳ２５に進む（ステップＳ２６）。この予混合気Ｇの加熱を所定時間継続させて安定運転させるために、温水制御弁５５の開度を変更してからの所定時間経過を確認をする（ステップＳ２５）。所定時間経過していなければ（ステップＳ２５がＮＯ）、ステップＳ２５をループし、所定時間経過していれば（ステップＳ２５がＹＥＳ）、ステップＳ２７に行く。ステップＳ２７では運転を継続するか否かを判断し、運転の継続をするならばＮＯを選択してステップＳ２２に戻り、終了であればＹＥＳを選択して運転を終了する。
【００５０】
前記図４の実施形態における分岐排気ガス量制御の作用を、図６に示すフローチャートによって説明する。
【００５１】
前記図５の温水加熱と同様に始動する（ステップＳ３１）。機関８は、通常運転の圧縮自着火運転で生ずる排気ガスの分岐によって燃料ガスＦおよび空気Ａが加熱され、高温予混合気Ｇとなって運転され、排気分岐弁４４の開度は減少される（図７で示す運転経過時間と排気分岐弁４４開度との関係参照：ステップＳ３２）。
【００５２】
予混合気Ｇの温度が温度制御装置１６によって計測検出される（ステップＳ３３）。計測された予混合気Ｇの温度から、予混合気Ｇを所定の温度にするための排気分岐量が総合制御装置５８によって計算される（ステップＳ３４）。ステップＳ３４で求めた排気分岐量に対応する開度となるように、排気分岐弁４４が制御される（ステップＳ３５）。ステップＳ３６では運転を継続するか否かについて判定され、運転を継続する場合は、ＮＯを選択してステップＳ３３に戻り、運転を終了するならばＹＥＳを選択する。
【００５３】
図８は、前記図４における温水加熱装置Ｑｈの電熱による温水加熱手段３６の代わりに、任意公知のバーナーで温水を加熱する構成を示している。図４の構成と異なる部分を主として説明する。図８に明記されない装置、部材は図４の符号を重複使用する。
【００５４】
温水加熱手段６０は、温水槽４０の下部に装着されたバーナー６３と、バーナー６３に燃料を供給するバーナー燃料管６１と、で構成されている。バーナー燃料管６１は、図示しない燃料供給源に接続されている。また、バーナー燃料管６１に燃料供給を調整する温水燃料制御弁６２が介装されている。
【００５５】
温水温度調整装置６８は、第２の信号線６５を介して水温計測装置２９に連結され、制御線６４を介して温水燃料制御弁６２に連結され、制御線４７を介してクーリングタワー４６に連結されて、信号線６５を介して伝達される水温信号に基づいて温水燃料の供給制御と、クリングタワー４６の制御をするよう構成されている。熱交換器Ｑｅへの温水熱の供給に関する装置構成は、図４の実施形態と同様である。
【００５６】
本実施形態による作用では、温水槽４０の加熱がバーナー６３によって急速加熱が容易に行われる。
【００５７】
図９は、前記図４における吸気系Ｋｂの燃料ガス加熱を、燃料ガスＦと吸入空気Ａとの混合後に熱交換器Ｑｆで加熱する構成を示している。図４の構成と異なる部分を主として説明する。
【００５８】
吸気系Ｋｄは、燃料ガスＦを導く燃料管３３と、空気Ａを導く吸気管３２と、燃料ガスＦと空気Ａとを撹拌混合する混合器７６と、混合器７６と機関８を接続する予混合気管７４と、予混合気管７４に介装された熱交換部７２と、熱交換部７２の下流に設けられた温度センサ７８、とにより構成されている。
【００５９】
熱交換器Ｑｆに熱を供給する熱交換部４２ｈおよび５４ｈの構成機能は上述した実施形態と同じである。また熱交換部４２ｈに温水を供給する温水加熱手段は、図８に示すバーナー加熱でもよい。
【００６０】
本実施形態の作用では、混合器７６で予混合された予混合気Ｇが、熱交換器Ｑｆ内で熱交換部７２によって加熱される。排気ガスの分岐排気ガスｅｇによる熱交換部４２ｈの放熱、温水加熱装置Ｑｈによる熱交換部５４ｈの放熱は、いづれも前記実施形態と同じである。
【００６１】
図１０は本発明の別の実施形態を示し、燃料ガスＦ及び吸入空気Ａの加熱を、軽油燃焼の排気ガスを予混合気Ｇへ注入して加熱する方式と、燃料ガスＦと空気Ａを温水で加熱する方式と、これらの方式のどちらか一方を選択し或いは同時に実施できる実施形態を示している。前記図４の実施形態と異なる部分を主に説明する。図４の構成、機能と同じ装置、部材等は同符号を重複して使用する。
【００６２】
吸気系Ｋｄは、吸入空気Ａを導く吸気管８２と、吸気管８２に設けられた熱交換部８２ｈと、燃料ガスＦを導く燃料ガス管８３と、燃料ガス管８３に設けられた熱交換部８３ｈと、加熱された空気Ａと燃料ガスＦを撹拌混合する混合器８６と、混合器８６と吸気室９を接続する予混合気管８４と、予混合気管８４に設けられた還流部９３と、還流部９３の下流に設けられた温度センサ９６、とから構成されている。
【００６３】
排気系Ｈｄは、排気管１０と、排気管１０に設けられた分岐部４１と、分岐部４１に装着され排気分岐弁４４を介して熱交換器Ｑｅに接続される第１の排気分岐管１００と、熱交換器Ｑｅを経由した排気ガスを外部に導く第２の排気管１０１と、第２の排気管１０１に設けられた第２の分岐部１０２と、第２の分岐部１０２と還流部９３に接続される還流管１０３と、還流管１０３に設けられた第２の分岐弁１０４、とから構成されている。
【００６４】
総合制御装置１０８は、コンピュータを含んで構成され、第１の信号線３７を介して温度センサ９６に連結され、第２の信号線２０を介して運転状態検出装置１８に連結され、第１の制御線２７を介して第１の弁２４に連結され、第２の制御線１５を介して排気分岐弁４４に連結され、制御線１０５を介して第２の分岐弁１０４に連結され、第３の制御線４６を介して温水制御弁５５に連結されている。そして、予混合気Ｇの温度、燃焼状態その他から始動、通常運転それぞれに応じて、第１の弁２４、排気分岐弁４４および温水制御弁５５を制御する機能を有している。
【００６５】
軽油噴射系Ｉａおよび温水加熱装置Ｑｈは、前記図４の構成と同じである。
【００６６】
上記図１０の構成による装置の燃料ガスＦおよび吸入空気Ａの加熱に関する作用を説明する。
【００６７】
始動時は、軽油タンク２２の軽油を噴射装置２６によって噴射供給してディーゼル運転し、予混合気Ｇに排気ガスＥｇの１部ｅｇを注入する。予混合気Ｇは排気ガスｅｇの熱量によって加熱され自着火性を高める。また、同時に温水加熱装置Ｑｈからの温水によって熱交換器Ｑｅで予混合気Ｇが加熱され、自着火性が高められる。運転時間の経過にともなって機関８の暖気と相俟って予混合気Ｇの自着火性は向上し、総合制御装置１０８が図７に示す排気分岐弁４４と第２の排気分岐弁および温水制御弁５５の開度に制御して、自着火条件を整え、予混合気Ｇのみによる運転にする。この際、機関８の暖気のために温水槽４０から冷却水配管５１、５３によって高温水を送水する。上記の過程において、総合制御装置１０８により、運転状態検出装置１８から筒内圧のデータが、温度センサ９６から予混合気Ｇの温度データが計測され、第１の弁２４と排気分岐弁４４と第２の排気分岐弁１０４と温水制御弁５５への制御信号が送出される。
【００６８】
通常運転時は、前記の軽油燃焼がなく、燃料ガスＦおよび吸入空気Ａの加熱は、温水加熱と排気ガスｅｇによる熱交換の加熱によって行われる。この場合は、第２の排気分岐弁１０４は閉止され、排気ガスｅｇは還流することなくマフラーに流出する。
【００６９】
【発明の効果】
本発明の作用効果を、以下に列挙する。
（１）始動時に、噴射装置で軽油を噴射供給してディーゼル燃焼させ、その排気ガスの１部を還流させて供給空気、燃料ガス、または混合気を加熱するので、従来のような特別な加熱装置によることなく自着火が可能になる。筒内圧および燃料ガス温度を検出して軽油噴射量の制御および還流ガス量の調節を行うので確実な始動ができる。従って大容量の吸気加熱器の設置、供給エネルギーの供給、を省略または低減でき、また、始動所用時間が短縮される。
（２）機関に熱交換器を付設し、排気ガスの熱と付設の温水加熱装置からの温水熱によってに燃料ガス、吸入空気または混合気を加熱すれば、より少ない供給エネルギーでも自着火性の高い吸気を供給できるようになる。
（３）機関に熱交換器を付設し、通常運転時に、排気ガスで燃料ガス、吸入空気または混合気を加熱すれば、自着火性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態を示す装置の構成図。
【図２】図１の軽油噴射の制御の作用を示すフローチャート。
【図３】図１の還流制御の作用を示すフローチャート。
【図４】本発明の別の実施形態を示す装置の構成図。
【図５】図４の熱交換用の温水流量制御の作用を示すフローチャート。
【図６】図４の還流制御の作用を示すフローチャート。
【図７】図４の温水制御弁と排気分岐制御弁の開度／時間を示す図。
【図８】本発明の別の実施形態を示す装置の構成図。
【図９】本発明の別の実施形態を示す装置の構成図。
【図１０】本発明の別の実施形態を示す装置の構成図。
【図１１】従来の予混合圧縮自着火機関の構成図。
【符号の説明】
Ａ・・・吸入空気
Ｆ・・・燃料ガス
ＥＧＲ・・排気還流装置
Ｅｇ・・排気ガス
ｅｇ・・還流ガス
Ｇ・・・予混合気
２・・・吸気管
３・・・燃料ガス管
４・・・予混合気管
６・・・混合器
８・・・機関
８ａ・・シリンダヘッド
９・・・吸気室ポート
１０・・排気管
１１・・分岐部
１２・・還流管
１３・・還流部
１４・・第２の弁
１５・・第２の信号線
１６・・温度センサ
１７・・第１の信号線
１８・・運転状態検出装置
２０・・第２の信号線
２２・・軽油タンク
２３・・配管
２４・・第１の弁
２６・・噴射装置
２７・・第１の制御線
２８・・総合制御装置

Claims

外部からの吸入空気（Ａ）を導く吸気管（３２）と燃料供給源から燃料ガス（Ｆ）を導く燃料管（３３）とその吸気管（３２）からの空気（Ａ）と燃料管（３３）からの燃料（Ｆ）とを混合する混合器（６）を備え、その混合器（６）からの予混合気管（３４）が機関（８）の吸気ポート（９）に接続され、機関（８）からの排気管（１０）の分岐部（４１）に排気還流弁（４４）を有する還流管（４２）が接続され、その還流管（４２）は混合器（６）の下流側の予混合気管（３４）に接続されている予混合圧縮自着火機関において、予混合気管（３４）に予混合気（Ｇ）と還流ガス（ｅｇ）の混合気の温度を検出する温度センサ（１６）を設け、その温度センサ（１６）からの信号を受けて前記排気還流弁（４４）を制御する統合制御装置（５８）を備え、さらに温水加熱手段（３６）を有する温水槽（４０）を備え、そして排気分岐管（４２）に設けた第１の熱交換部（４２ｈ）と燃料ガス管（３３）に設けた第２の熱交換部（３３ｈ）と吸気管（３２）に設けた第３の熱交換部（３２ｈ）と温水槽（４０）からの温水配管（５４）に設けた第４の熱交換部（５４ｈ）とを設けた熱交換器（Ｑｅ）を有し、その熱交換器（Ｑｅ）において第１の熱交換部（４２ｈ）と第４の熱交換部（５４ｈ）とが放熱して第２の熱交換部（３３ｈ）と第３の熱交換部（３２ｈ）とが受熱するものであり、前記統合制御装置（５８）はさらに温水配管（５４）に設けた温水制御弁（５５）を制御するものであり、前記統合制御装置（５８）は機関（８）が始動すれば温水制御弁（５５）を全開にして燃料ガス（Ｆ）および吸入空気（Ａ）を加熱し、機関（８）が暖機されて自着火の条件が整っていくと温水制御弁（５５）の開度を減少させ、温度センサ（１６）によって予混合気（Ｇ）の温度を検出してその予混合気（Ｇ）の所定値以上になっているか否かを判定し、所定値以下であれば温水制御弁（５５）の開度を増加させ、所定値以上であるか又は温水制御弁（５５）の開度を増加させた後に温水制御弁（５５）の開度を変更してから所定時間経過した後に運転を終了する機能を有することを特徴とする予混合圧縮自着火機関。
前記温水過熱手段（３６）が電熱器又はバーナーによる加熱を行う請求項１記載の予混合圧縮自着火機関。
外部からの吸入空気（Ａ）を導く吸気管（３２）と燃料供給源から燃料ガス（Ｆ）を導く燃料管（３３）とその吸気管（３２）からの空気（Ａ）と燃料管（３３）からの燃料（Ｆ）とを混合する混合器（７６）を備え、その混合器（７６）からの予混合気管（３４）が機関（８）の吸気ポート（９）に接続され、機関（８）からの排気管（１０）の分岐部（４１）に排気還流弁（４４）を有する還流管（４２）が接続され、その還流管（４２）は混合器（７６）の下流側の予混合気管（７４）に接続されている予混合圧縮自着火機関において、予混合気管（７４）に予混合気（Ｇ）と還流ガス（ｅｇ）の混合気の温度を検出する温度センサ（７８）を設け、その温度センサ（７８）からの信号を受けて前記排気還流弁（４４）を制御する統合制御装置（５８）を備え、さらに温水加熱手段（３６）を有する温水槽（４０）を備え、そして排気分岐管（４２）に設けた第１の熱交換部（４２ｈ）と予混合管（７４）に設けた第５の熱交換部（７２）と温水槽（４０）からの温水配管（５４）に設けた第４の熱交換部（５４ｈ）とを設けた熱交換器（Ｑｆ）を有し、その熱交換器（Ｑｆ）において第１の熱交換部（４２ｈ）と第４の熱交換部（５４ｈ）とが放熱して第５の熱交換部（７２）が受熱するものであり、前記統合制御装置（５８）はさらに温水配管（５４）に設けた温水制御弁（５５）を制御するものであり、前記統合制御装置（５８）は機関（８）が始動すれば温水制御弁（５５）を全開にして燃料ガス（Ｆ）および吸入空気（Ａ）を加熱し、機関（８）が暖機されて自着火の条件が整っていくと温水制御弁（５５）の開度を減少させ、温度センサ（７８）によって予混合気（Ｇ）の温度を検出してその予混合気（Ｇ）の所定値以上になっているか否かを判定し、所定値以下であれば温水制御弁（５５）の開度を増加させ、所定値以上であるか又は温水制御弁（５５）の開度を増加させた後に温水制御弁（５５）の開度を変更してから所定時間経過した後に運転を終了する機能を有することを特徴とする予混合圧縮自着火機関。
外部からの吸入空気（Ａ）を導く吸気管（８２）と燃料供給源から燃料ガス（Ｆ）を導く燃料管（８３）とその吸気管（８２）からの空気（Ａ）と燃料管（８３）からの燃料（Ｆ）とを混合する混合器（８６）を備え、その混合器（８６）からの予混合気管（８４）が機関（８）の吸気ポート（９）に接続され、機関（８）からの排気管（１０）の分岐部（４１）に排気還流弁（４４）を有する還流管（１００）が接続され、その還流管（１００）は混合器（８６）の下流側の予混合気管（８４）に接続され、そして機関（８）に設けた噴射装置（２６）には軽油タンク（２２）からの配管（２３）が弁（２４）を介して接続されている予混合圧縮自着火機関において、機関（８）に機関の筒内圧、回転速度、油水温を検出して集信する機能を有する運転状態検出装置（１８）を設け、予混合気管（８４）に予混合気（Ｇ）と還流ガス（ｅｇ）の混合気の温度を検出する温度センサ（９６）を設け、その温度センサ（９６）と運転状態検出装置（１８）からの信号を受けて前記配管（２３）の弁（２４）および前記排気還流弁（４４）を制御する統合制御装置（１０８）を備え、さらに温水加熱手段（３６）を有する温水槽（４０）を備え、そして排気分岐管（１００）に設けた第１の熱交換部（４２ｈ）と燃料ガス管（８３）に設けた第２の熱交換部（８３ｈ）と吸気管（８２）に設けた第３の熱交換部（８２ｈ）と温水槽（４０）からの温水配管（５４）に設けた第４の熱交換部（５４ｈ）とを設けた熱交換器（Ｑｅ）を有し、その熱交換器（Ｑｅ）において第１の熱交換部（４２ｈ）と第４の熱交換部（５４ｈ）とが放熱して第２の熱交換部（８３ｈ）と第３の熱交換部（８２ｈ）とが受熱するものであり、前記統合制御装置（１０８）はさらに温水配管（５４）に設けた温水制御弁（５５）を制御するものであり、前記統合制御装置（１０８）は機関（８）が始動すれば温水制御弁（５５）を全開にして燃料ガス（Ｆ）および吸入空気（Ａ）を加熱し、機関（８）が暖機されて自着火の条件が整っていくと温水制御弁（５５）の開度を減少させ、温度センサ（９６）によって予混合気（Ｇ）の温度を検出してその予混合気（Ｇ）の所定値以上になっているか否かを判定し、所定値以下であれば温水制御弁（５５）の開度を増加させ、所定値以上であるか又は温水制御弁（５５）の開度を増加させた後に温水制御弁（５５）の開度を変更してから所定時間経過した後に運転を終了する機能を有することを特徴とする予混合圧縮自着火機関。