エンジンシステム
【課題】コストの低減及び構成の簡素化を図り、燃料ガスの発熱量が大幅に変化しても混合気の空気比を所望の空気比に維持してエンジンを安定して運転させる。
【解決手段】エンジン出力が目標出力となるように混合気流量調整弁１０の開度を制御するエンジン出力制御部Ｈ１と、混合気圧力が目標圧力となるように第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の開度を制御する混合気圧力制御部Ｈ２と、第１燃料ガス供給路５にて供給される第１燃料ガスＧ１の供給状態の変化に応じて、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を、ミキサー２に第１燃料ガスＧ１のみを供給する第１燃料ガス供給状態とミキサー２に第１燃料ガスＧ１と第２燃料ガスＧ２との混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態とミキサー２に第２燃料ガスＧ２のみを供給する第２燃料ガス供給状態との間での切換を行う燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３とを備えている。
【解決手段】エンジン出力が目標出力となるように混合気流量調整弁１０の開度を制御するエンジン出力制御部Ｈ１と、混合気圧力が目標圧力となるように第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の開度を制御する混合気圧力制御部Ｈ２と、第１燃料ガス供給路５にて供給される第１燃料ガスＧ１の供給状態の変化に応じて、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を、ミキサー２に第１燃料ガスＧ１のみを供給する第１燃料ガス供給状態とミキサー２に第１燃料ガスＧ１と第２燃料ガスＧ２との混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態とミキサー２に第２燃料ガスＧ２のみを供給する第２燃料ガス供給状態との間での切換を行う燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３とを備えている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと燃焼用空気とを混合して混合気を生成するミキサーと、そのミキサーにて生成された混合気をエンジンに供給する混合気供給路とを備え、前記燃料ガスとして、第１発熱量を有する第１燃料ガスとその第１発熱量よりも高い第２発熱量を有する第２燃料ガスの一方又は両者の混合燃料ガスを用い、前記混合気供給路にて供給される混合気を燃焼させてエンジンを運転させるエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなエンジンシステムでは、例えば、燃料ガスとして、第１燃料ガスであるバイオガスを用い、このバイオガスと燃焼用空気とを混合させた混合気をエンジンに供給して燃焼させるものがある。しかしながら、バイオガスは、その発生条件により発熱量が変動することから、所望のエンジン出力を得ることができながら、エンジンを安定して運転させるのは困難であった。例えば、エンジンに希薄混合気（燃料ガス濃度の薄い混合気）を供給して燃焼させる希薄エンジンでは、エンジンに供給する混合気の空気比が所望の空気比よりも希薄になりすぎると失火が発生し、逆に、所望の空気比よりも過濃となると排ガス中のＮＯｘ濃度が高くなりすぎるという問題が発生する。よって、所望のエンジン出力を得ながら安定してエンジンを運転させるために、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することが求められるが、燃料ガスの発熱量が変動することで、その燃料ガスの理論空気量も変動することから、例えば、燃料ガスと燃焼用空気との流量比を一定とするだけでは、エンジンに供給する混合気の空気比が所望の空気比から外れてしまい、上述のような問題が発生する。
【０００３】
そこで、従来、発熱量が変動する燃料ガスを用いた場合でも、上述のような問題の発生を防止するために、燃料ガス供給路にてミキサーに供給する燃料ガスの供給量を調整自在な燃料ガス量調整弁を備え、エンジンに供給する混合気圧力がエンジン出力に対して予め定められた目標圧力となるように燃料ガス量調整弁の開度を制御しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載のエンジンシステムでは、燃料ガスとして、第１燃料ガスである炭鉱メタンガスを用いた場合を示しているが、燃料ガスとして、第１燃料ガスであるバイオガスを用いた場合においても、上述のような問題の発生を防止するために有用なものとなっている。
【０００４】
また、別の従来のエンジンシステムでは、燃料ガスとして、第１燃料ガスであるバイオガスと第２燃料ガスである都市ガスとの２種類の燃料ガスを混合させた混合燃料ガスを用い、その混合燃料ガスと燃焼用空気とを混合させた混合気をエンジンに供給して燃焼させるものもある（例えば、特許文献２参照。）。
この特許文献２に記載のシステムでは、バイオガスと都市ガスとを混合させた混合燃料ガスをミキサーに供給する混合燃料ガス供給路と、その混合燃料ガス供給路にてミキサーに供給する混合燃料ガスの流量を計測する流量計と、その混合燃料ガス供給路にてミキサーに供給する混合燃料ガスの流量を調整自在な燃料制御弁とを備えている。そして、エンジンにて駆動される発電機の発電量を所定の目標発電量とするように、エンジンに供給する混合気の流量を調整自在なスロットルバルブの開度を制御するとともに、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持するように燃料制御弁の開度を制御している。燃料制御弁の開度の制御については、エンジンにて駆動される発電機の発電量を用いて、エンジンにて消費される単位時間当たりの想定消費熱量を求め、その求めた想定消費熱量と流量計にて計測した流量とを用いて、混合燃料ガスの単位体積当たりの想定発熱量を求め、その求めた想定発熱量から求められる目標開度になるように燃料制御弁の開度を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４５２０９２号公報
【特許文献２】特開２０１０−７１２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載のシステムでは、燃料ガスの発熱量が変動しても、エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように燃料ガス量調整弁の開度を制御することで、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持するようにしている。しかしながら、炭鉱メタンガスの発生量が低下する等により、燃料ガスの発熱量が大幅に変化した場合には、燃料ガス量調整弁の開度を調整するだけではエンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができない。すなわち、燃料ガスの発熱量が低下した場合には、燃料ガス量調整弁の開度を開き側に調整することになるが、燃料ガスの発熱量が大幅に低下した場合には、燃料ガス量調整弁の開度を全開に調整しても、エンジンに供給する混合気圧力を目標圧力とすることができなくなる。その結果、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができず、失火の発生や排ガス中のＮＯｘ濃度が高くなりすぎるという問題が発生して、エンジンを安定して運転させることができなくなる。よって、エンジンを安定して運転させるためには、燃料ガスの発熱量の範囲が狭い範囲に制限されるという問題があり、燃料ガスの発熱量が大幅に低下した場合には、エンジンの運転を停止せざるを得ない状況になってしまう。
【０００７】
上記特許文献２に記載のシステムでは、バイオガスの発生量の低下等により混合燃料ガスの発熱量が大幅に変化した場合に、例えば、バイオガスのミキサーへの供給を停止させ、都市ガスのみをミキサーに供給して燃料ガスを都市ガスのみとすることで、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができる。しかしながら、上記特許文献２に記載のシステムでは、基本的には、燃料ガスを、バイオガスと都市ガスとを混合させた混合燃料ガスとするものであり、この混合燃料ガスと燃焼用空気との混合気をエンジンに供給して燃焼させるようにしている。このように、バイオガスと都市ガスとの混合燃料ガスを用いる場合に、混合燃料ガス供給路に流量計を備え、その流量計にて計測した混合燃料ガスの流量を用いて燃料制御弁の開度を制御することで、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持するようにしている。それ故に、高価な流量計を備えなければならず、コストアップを招くとともに、構成の複雑化を招くことになる。
【０００８】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、コストの低減及び構成の簡素化を図りながら、燃料ガスの発熱量が大幅に変化しても、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持でき、エンジンを安定して運転させることができるエンジンシステムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明に係るエンジンシステムの特徴構成は、燃料ガスと燃焼用空気とを混合して混合気を生成するミキサーと、そのミキサーにて生成された混合気をエンジンに供給する混合気供給路とを備え、前記燃料ガスとして、第１発熱量を有する第１燃料ガスとその第１発熱量よりも高い第２発熱量を有する第２燃料ガスの一方又は両者の混合燃料ガスを用い、前記混合気供給路にて供給される混合気を燃焼させてエンジンを運転させるエンジンシステムにおいて、
前記ミキサーとして、第１燃料ガス供給路にて供給する前記第１燃料ガスと第２燃料ガス供給路にて供給する前記第２燃料ガスとの一方又は両者を混合させた混合燃料ガスと前記燃焼用空気とを混合させて混合気を生成する単一のミキサーが備えられ、
前記第１燃料ガス供給路に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第１燃料ガスの流量を調整自在な第１燃料ガス流量調整弁と、前記第２燃料ガス供給路に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第２燃料ガスの流量を調整自在な第２燃料ガス流量調整弁と、前記混合気供給路に備えられて、前記エンジンに供給する混合気の流量を調整自在な混合気流量調整弁と、エンジン出力が目標出力となるように前記混合気流量調整弁の開度を制御するエンジン出力制御部と、前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の開度を制御する混合気圧力制御部と、前記ミキサーに対する燃料ガスの供給状態について、前記第１燃料ガス流量調整弁を開状態とし且つ前記第２燃料ガス流量調整弁を閉状態として前記ミキサーに前記第１燃料ガスのみを供給する第１燃料ガス供給状態と、前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者を開状態として前記ミキサーに前記第１燃料ガスと前記第２燃料ガスとの混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態と、前記第１燃料ガス流量調整弁を閉状態とし且つ前記第２燃料ガス流量調整弁を開状態として前記ミキサーに前記第２燃料ガスのみを供給する第２燃料ガス供給状態との間で切換自在であり、且つ、前記第１燃料ガス供給路にて供給される前記第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記第１燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第２燃料ガス供給状態との間での切換を行う燃料ガス供給状態切換制御部とを備えている点にある。
【００１０】
本特徴構成によれば、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態について、燃料ガス供給状態切換制御部が第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うことで、燃料ガスとして、第１燃料ガスのみを用いる場合と、第１燃料ガスと第２燃料ガスの混合燃料ガスを用いる場合と、第２燃料ガスのみを用いる場合との間で切り換えながら、エンジンを運転させることができる。
そして、燃料ガス供給状態切換制御部が第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との何れの供給状態に切り換えた場合でも、エンジン出力制御部が、エンジン出力が目標出力となるように混合気流量調整弁の開度を制御するので、エンジン出力を目標出力に維持して所望のエンジン出力を得ることができるとともに、混合気圧力制御部が、混合気圧力が目標圧力となるように第１燃料ガス流量調整弁及び第２燃料ガス流量調整弁の開度を制御するので、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができる。
【００１１】
ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間で切り換える場合には、燃料ガス供給状態切換制御部が、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に応じてその切換を行うようにしている。例えば、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を第１燃料ガス供給状態に切り換えている場合に、第１燃料ガスの供給量の低下等により燃料ガスの発熱量が大幅に低下すると、燃料ガス供給状態切換制御部が、その第１燃料ガスの供給量の低下という第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化を捉えて、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を第１燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態に切り換えることができる。そして、上述の如く、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を混合燃料ガス供給状態に切り換えた場合でも、エンジン出力制御部による制御、及び、混合気圧力制御部による制御が行われ、エンジン出力を目標出力に維持して所望のエンジン出力を得ることができながら、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができる。
【００１２】
したがって、燃料ガスの発熱量が大幅に変化した場合でも、燃料ガス供給状態切換制御部が、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うことで、エンジン出力を目標出力に維持して所望のエンジン出力を得ることができながら、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができ、エンジンを安定して運転させることができる。
しかも、本特徴構成によれば、特許文献２に記載のシステムの如く、第１燃料ガスと第２燃料ガスとの混合燃料ガスの流量を計測する高価な流量計を備えなくてもよく、それだけコストの低減及び構成の簡素化を図ることができる。しかも、ミキサーについても、複数備えるのではなく、単一のミキサーを備えているだけであるので、この点からも、コストの低減及び構成の簡素化を図ることができる。
【００１３】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記第１燃料ガス供給路にて供給される前記第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記第１燃料ガス供給状態から前記第２燃料ガス供給状態への切換を行う場合及び前記第２燃料ガス供給状態から前記第１燃料ガス供給状態への切換を行う場合の一方又は両方において、まず、前記第１燃料ガス供給状態又は前記第２燃料ガス供給状態から前記混合燃料ガス供給状態への切換を行い、その混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、前記混合燃料ガス供給状態から前記第２燃料ガス供給状態又は前記第１燃料ガス供給状態への切換を行うように構成されている点にある。
【００１４】
例えば、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、燃料ガス供給状態切換制御部が第１燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態へ直接切換を行うと、第１燃料ガス流量調整弁の開度を開状態から閉状態に変動させ、それと同時に、第２燃料ガス流量調整弁の開度も閉状態から開状態に変動させることになる。このように、第１燃料ガス流量調整弁及び第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を大きく急激に変動させると、ミキサーに対して供給される燃料ガスの供給状態が大きく変動してしまい、その変動過程において混合気の空気比も大きく変動してしまう。その結果、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比から外れてしまう可能性がある。
【００１５】
そこで、本特徴構成によれば、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、燃料ガス供給状態切換制御部が第１燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態への切換を行う場合に、まず、第１燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態への切換を行い、その混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、混合燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態への切換を行うようにしている。まず、第１燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態への切換を行うことで、第１燃料ガス流量調整弁の開度を開状態に維持したまま、第２燃料ガス流量調整弁の開度を閉状態から開状態に変動させることができる。そして、混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、混合燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態への切換を行うことで、第２燃料ガス流量調整弁の開度を閉状態に維持したまま、第１燃料ガス流量調整弁の開度を開状態から閉状態に変動させることができる。したがって、第１燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態へ切り換える場合でも、第１燃料ガス流量調整弁及び第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を大きく急激に変動させることを防止して、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に適切に維持することができる。
【００１６】
そして、第１燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態へ切り換える場合だけでなく、第２燃料ガス供給状態から第１燃料ガス供給状態へ切り換える場合であっても、まず、第２燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態への切換を行い、その混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、混合燃料ガス供給状態から第１燃料ガス供給状態への切換を行うことで、第１燃料ガス流量調整弁及び第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を大きく急激に変動させることを防止して、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に適切に維持することができる。
【００１７】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度とするように前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を制御した後、前記混合気圧力制御部により前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を制御するように構成されている点にある。
【００１８】
本特徴構成によれば、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、混合気圧力制御部による制御を一旦中断させて、まず、第１燃料ガス流量調整弁及び第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度に制御して混合燃料ガス供給状態に切り換えるので、混合燃料ガス供給状態への切換をスムーズに行うことができる。そして、第１燃料ガス流量調整弁及び第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度とした状態において、混合気圧力制御部が、混合気圧力が目標圧力となるように第１燃料ガス流量調整弁及び第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を制御しているので、混合燃料ガス用目標開度から、混合気圧力を目標圧力とするための開度への制御をスムーズに行うことができる。したがって、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持できる安定した状態に比較的早く移行することができる。
【００１９】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、前記第１燃料ガス流量調整弁の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度とするように前記第１燃料ガス流量調整弁の開度を制御するとともに、前記混合気圧力制御部により前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第２燃料ガス流量調整弁の開度を制御するように構成されている点にある。
【００２０】
本特徴構成によれば、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、第１燃料ガス流量調整弁の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度とする制御と、混合気圧力制御部によって混合気圧力が目標圧力となるように第２燃料ガス流量調整弁の開度の制御とを同時に行うので、混合燃料ガス供給状態への切換を行いながら、常に混合気圧力を目標圧力に維持することができる。その結果、常時、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができるので、失火の発生や排ガス中のＮＯｘ濃度が高くなりすぎるという問題の発生を防止して、エンジンを安定して運転させることができる。
【００２１】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、前記第１燃料ガス供給路は、第１燃料ガス貯留部に貯留されている前記第１燃料ガスを前記ミキサーに供給自在に構成され、前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記第１燃料ガス貯留部における前記第１燃料ガスの貯留残量の変化に応じて、前記第１燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うように構成されている点にある。
【００２２】
本特徴構成によれば、第１燃料ガス供給路が第１燃料ガス貯留部に貯留されている第１燃料ガスをミキサーに供給しているので、例えば、第１燃料ガス貯留部における第１燃料ガスの貯留残量が低下すると、ミキサーへの第１燃料ガスの供給量も低下することになる。よって、第１燃料ガス貯留部における第１燃料ガスの貯留残量の変化を捉えることで、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化を適切に捉えることができる。したがって、燃料ガス供給状態切換制御部は、第１燃料ガス貯留部における第１燃料ガスの貯留残量の変化に応じて、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うことで、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に合わせた供給状態の切換を適切に行うことができる。
【００２３】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、前記第１燃料ガス供給路にて供給される前記第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記ミキサーに対する燃料ガスの供給状態について、前記第１燃料ガス供給状態に切り換えるための第１指令、前記混合燃料ガス供給状態に切り換えるための混合指令、前記第２燃料ガス供給状態に切り換えるための第２指令の何れかの指令を行う指令手段が備えられ、前記燃料ガス供給状態切換制御部が、前記指令手段による指令に基づいて、前記第１燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うように構成されている点にある。
【００２４】
例えば、第１燃料ガスがバイオガスである場合には、そのバイオガスを発生させる際に、エンジンに悪影響を与えるような不純物が混入していることもあるので、除去装置を用いてその不純物を除去するようにしている。しかしながら、その除去装置の故障等により、エンジンに悪影響を与えるような不純物が第１燃料ガスに混入している状態となる場合もある。このような場合には、ミキサーに対して第１燃料ガスに供給できる状態であっても、ミキサーに対する第１燃料ガスへの供給を中止すべきである。
そこで、本特徴構成によれば、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、第１指令、混合指令、第２指令の何れかの指令を行う指令手段を備え、燃料ガス供給状態切換制御部が、その指令手段による指令に基づいて、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うようにしている。これにより、例えば、エンジンに悪影響を与えるような不純物が第１燃料ガスに混入している可能性がある状態となると、指令手段が第２指令を指令することで、燃料ガス供給状態切換制御部が第２燃料ガス供給状態に切り換えて、ミキサーに対する第１燃料ガスへの供給を中止することができる。また、指令手段は、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に合わせてそれに適した供給状態となるように、第１指令、混合指令、第２指令の何れかの指令を行うことができるので、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に合わせた供給状態の切換を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】エンジンシステムの概略構成図
【図２】混合気圧力制御及び燃料ガス供給状態切換制御の動作を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明に係るエンジンシステムの実施形態を図面に基づいて説明する。
このエンジンシステム１００は、燃料ガスＧと燃焼用空気Ａとを混合して混合気Ｍを生成するミキサー２と、そのミキサー２にて混合された混合気Ｍをエンジン１に供給する混合気供給路３とを備えている。このエンジンシステム１００では、エンジン１に供給する燃料ガスＧと燃焼用空気Ａとの混合気Ｍを燃料ガス濃度の薄い希薄混合気としている。そして、エンジンシステム１００は、エンジン１に供給する燃料ガスＧとして、第１発熱量を有する第１燃料ガスＧ１と第１発熱量よりも高い第２発熱量を有する第２燃料ガスＧ２との混合燃料ガス、第１燃料ガスＧ１のみ、及び、第２燃料ガスＧ２のみの３種類の燃料ガスを用いることができるように構成されている。第１燃料ガスＧ１は、例えば、下水汚泥や有機性工場廃水等のバイオマスを嫌気性発酵させることにより得られるバイオガスとしており、第２燃料ガスＧ２は、例えば、都市ガスとしている。
【００２７】
エンジンシステム１００は、燃焼用空気Ａをミキサー２に供給する燃焼用空気供給路４と、第１燃料ガスＧ１をミキサー２に供給する第１燃料ガス供給路５と、第２燃料ガスＧ２をミキサー２に供給する第２燃料ガス供給路６とを備えており、第１燃料ガス供給路５と第２燃料ガス供給路６とを合流させた合流部位にミキサー２が接続されている。ミキサー２として、第１燃料ガス供給路５にて供給する第１燃料ガスＧ１と第２燃料ガス供給路６にて供給する第２燃料ガスＧ２との一方又は両者を混合させた混合燃料ガスを燃焼用空気Ａに混合させる単一のミキサー２が備えられている。ミキサー２の構成については、詳細な説明や図示を省略するが、燃焼用空気Ａの流れに伴ってベンチュリーによる吸引作用にて吸引力を発生させ、その吸引力により燃焼用空気Ａへ燃料ガスＧを引き込んで、燃焼用空気Ａと燃料ガスＧとの混合気Ｍを生成するベンチュリー式にて構成されている。
【００２８】
第１燃料ガス供給路５は、その上流側端部がバイオガス発生装置（図示省略）にて発生された第１燃料ガスＧ１（バイオガス）を貯留する第１燃料ガス貯留部７に接続されており、第１燃料ガス貯留部７に貯留されている第１燃料ガスＧ１をミキサー２に供給自在に構成されている。第１燃料ガス供給路５の途中部位には、ミキサー２に供給する第１燃料ガスＧ１の流量を調整自在な第１燃料ガス流量調整弁８が備えられている。
【００２９】
第２燃料ガス供給路６の途中部位には、ミキサー２に供給する第２燃料ガスＧ２の流量を調整自在な第２燃料ガス流量調整弁９が備えられている。
混合気供給路３には、その混合気Ｍの通流方向の上流側から順に、エンジン１に供給する混合気の流量を調整自在な混合気流量調整弁１０、混合気供給路３にてエンジン１に供給する混合気圧力を検出する混合気圧力センサ１１が備えられている。
【００３０】
このエンジンシステム１００では、エンジン１を運転させることで、そのエンジン１のエンジン出力を得るようにしており、例えば、エンジン出力を駆動源として発電機を駆動させるようにしている。そして、エンジンシステム１００には、エンジン出力を検出するエンジン出力検出手段１２が備えられている。このエンジン出力検出手段１２は、例えば、エンジン１の回転速度を検出する回転速度センサや、エンジン負荷を検出する負荷検出センサ等を備えており、それらセンサの検出情報からエンジン出力を検出するように構成されている。ここで、例えば、エンジン出力を駆動源として発電機を駆動させる場合には、その発電機の発電電力から、エンジン出力を検出することもできる。
【００３１】
エンジンシステム１００には、エンジン出力検出手段１２の検出情報、及び、混合気圧力センサ１１の検出情報が入力自在な制御装置Ｈが備えられており、その制御装置Ｈが、エンジンシステム１００の運転を制御するように構成されている。そして、制御装置Ｈに、エンジン出力制御を行うエンジン出力制御部Ｈ１と、混合気圧力制御を行う混合気圧力制御部Ｈ２と、燃料ガス供給状態切換制御を行う燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３とが備えられている。
【００３２】
エンジン出力制御部Ｈ１は、エンジン出力検出手段１2にて検出したエンジン出力が目標出力となるように混合気流量調整弁１０の開度を制御するエンジン出力制御を行うように構成されている。目標出力については、一定に設定する、又は、変更設定することができる。例えば、エンジン出力を駆動源として発電機を駆動させる場合には、電力消費機器の消費電力に応じて発電機の発電電力を変更させるので、発電機の発電電力に応じて目標出力を変更設定することができる。
【００３３】
混合気圧力制御部Ｈ２は、混合気圧力センサ１１にて検出した混合気圧力が目標圧力となるように第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の開度を制御する混合気圧力制御を行うように構成されている。目標圧力については、エンジン１に供給する希薄混合気Ｍの空気比が所望の空気比（例えば、１．５〜２．０）となるように設定されており、エンジン出力が大きいほど目標圧力も大きくする等、エンジン出力に応じて目標圧力が設定されている。例えば、各エンジン出力に対して、希薄混合気の空気比を所望の空気比に維持するための混合気圧力を実験等により求めておき、その実験等により求めたエンジン出力と目標圧力との関係が予め設定されており、その関係を用いてエンジン出力に応じて目標圧力が設定される。
【００３４】
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態について、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間で切換自在であり、且つ、第１燃料ガス供給路５にて供給される第１燃料ガスＧ１の供給状態の変化に応じて、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行う燃料ガス供給状態切換制御を行うように構成されている。
第１燃料ガス供給状態では、第１燃料ガス流量調整弁８を開状態とし且つ第２燃料ガス流量調整弁９を閉状態として、ミキサー２に第１燃料ガスＧ１のみを供給している。混合燃料ガス供給状態では、第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者を開状態として、ミキサー２に第１燃料ガスＧ１と第２燃料ガスＧ２との混合燃料ガスを供給している。第２燃料ガス供給状態では、第１燃料ガス流量調整弁８を閉状態とし且つ第２燃料ガス流量調整弁９を開状態として、ミキサー２に第２燃料ガスＧ２のみを供給している。
【００３５】
第１燃料ガス供給路５にて供給される第１燃料ガスＧ１の供給状態の変化について説明する。
第１燃料ガス供給路５は、第１燃料ガス貯留部７に貯留されている第１燃料ガスＧ１を供給するようにしており、第１燃料ガス貯留部７に貯留されている第１燃料ガスＧ１の残量が変化することで、第１燃料ガスＧ１の供給状態が変化する。そこで、第１燃料ガス供給路５にて供給される第１燃料ガスＧ１の供給状態の変化を、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量の変化としている。
第１燃料ガス貯留部７には、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量を検出する貯留残量検出手段１３が備えられ、その貯留残量検出手段１３の検出情報が燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３に入力自在に構成されている。これにより、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、貯留残量検出手段１３の検出情報に基づいて、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量の変化を把握できるように構成されている。第１燃料ガス貯留部７は、例えば、密閉タンクから構成されており、第１燃料ガスＧ１の貯留残量の減少に伴い、その第１燃料ガス貯留部７内の圧力が低下する。そこで、貯留残量検出手段１３は、第１燃料ガス貯留部７内の圧力を検出することで、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量を検出するようにしている。そして、貯留残量検出手段１３にて検出する貯留残量として、上限貯留量Ｓ１、下限貯留量Ｓ３、その上限貯留量Ｓ１とその下限貯留量Ｓ３との間の中間貯留量Ｓ２の３段階に設定されている。
【００３６】
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、貯留残量検出手段１３の検出情報に基づいて第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量の変化を捉えており、その第１燃料ガスＧ１の貯留残量の変化に応じて、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うようにしている。
第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が中間貯留量Ｓ２以上である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を第１燃料ガス供給状態に切り換えている。第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を混合燃料ガス供給状態に切り換えている。第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が下限貯留量Ｓ３未満である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を第２燃料ガス供給状態に切り換えている。
【００３７】
以下、エンジン出力制御部Ｈ１によるエンジン出力制御、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御、及び、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３による燃料ガス供給状態切換制御の動作について説明する。
【００３８】
まず、エンジン出力制御部Ｈ１によるエンジン出力制御について説明する。
このエンジン出力制御は、エンジン出力を目標出力に維持するために行われており、エンジン１の運転中には、常時、エンジン出力制御部Ｈ１がエンジン出力制御を行うようにしている。
このエンジン出力制御では、エンジン出力検出手段１２にて検出したエンジン出力が目標出力よりも小さい場合に、そのエンジン出力と目標出力との差に応じて、混合気流量調整弁１０の開度を開き側に制御している。逆に、エンジン出力検出手段１２にて検出したエンジン出力が目標出力よりも大きい場合には、そのエンジン出力と目標出力との差に応じて、混合気流量調整弁１０の開度を閉じ側に制御している。このようにして、エンジン出力を目標出力に維持して所望のエンジン出力を得るようにしている。
【００３９】
次に、図２のフローチャートに基づいて、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御、及び、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３による燃料ガス供給状態切換制御の動作について説明する。
第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が十分にあり、その貯留残量が中間貯留量Ｓ２以上である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を第１燃料ガス供給状態に切り換える（ステップ＃１のＹｅｓの場合、ステップ＃２）。このとき、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を一旦中断させて、第１燃料ガス流量調整弁８の開度を予め設定された第１燃料ガス用目標開度（例えば、開度７０％）とし、且つ、第２燃料ガス流量調整弁９を閉状態（開度０％）として、ミキサー２に第１燃料ガスＧ１のみを供給する第１燃料ガス供給状態に切り換えている。そして、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第１燃料ガス供給状態に切り換えることで、燃料ガスＧを第１燃料ガスＧ１のみとして、その第１燃料ガスＧ１と燃焼用空気Ａとの混合気Ｍをエンジン１に供給して燃焼させてエンジン１を運転させている。
【００４０】
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第１燃料ガス供給状態への切換を行うと、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御の中断を解除して、混合気圧力制御部Ｈ２が混合気圧力制御を行う(ステップ＃３）。このようにして、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、第１燃料ガス供給状態に切り換える場合に、第１燃料ガス流量調整弁８の開度を予め定めた第１燃料ガス用目標開度とするように第１燃料ガス流量調整弁８の開度を制御した後、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を行うようにしている。
【００４１】
このときの混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御について説明する。
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３による第１燃料ガス供給状態への切換により第２燃料ガス流量調整弁９を閉状態（開度０％）としているので、第１燃料ガス流量調整弁８の開度のみを制御している。つまり、混合気圧力センサ１１にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも小さい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第１燃料ガス流量調整弁８の開度を閉じ側に制御している。逆に、混合気圧力センサ１１にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも大きい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第１燃料ガス流量調整弁８の開度を開き側に制御している。これにより、希薄混合気Ｍの空気比を所望の空気比に維持して、失火の発生や排ガス中のＮＯｘ濃度が高くなりすぎるという問題の発生を防止している。
【００４２】
第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が低下して、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を混合燃料ガス供給状態に切り換える（ステップ＃４のＹｅｓの場合、ステップ＃５）。このとき、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を一旦中断させて、第１燃料ガス流量調整弁８の開度を予め設定された混合燃料ガス用目標開度（例えば、開度３５％）とし、且つ、第２燃料ガス流量調整弁９の開度を予め設定された混合燃料ガス目標開度（例えば、開度３５％）とするように、第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を制御して、ミキサー２に第１燃料ガスＧ１と第２燃料ガスＧ２との混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態に切り換えている。そして、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が混合燃料ガス供給状態に切り換えることで、燃料ガスＧを第１燃料ガスＧ１と第２燃料ガスＧ２との混合燃料ガスとして、その混合燃料ガスと燃焼用空気Ａとの混合気Ｍをエンジン１に供給して燃焼させてエンジン１を運転させている。
【００４３】
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が混合燃料ガス供給状態への切換を行うと、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御の中断を解除して、混合気圧力制御部Ｈ２が混合気圧力制御を行う(ステップ＃６）。このようにして、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を予め定めた第１燃料ガス用目標開度とするように第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を制御した後、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を行うようにしている。
【００４４】
このときの混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御について説明する。
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３にて混合燃料ガス供給状態に切り換えている場合には、第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を制御している。つまり、混合気圧力センサ１１にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも小さい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を閉じ側に制御している。逆に、混合気圧力センサ１１にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも大きい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を開き側に制御している。これにより、希薄混合気Ｍの空気比を所望の空気比に維持して、失火の発生や排ガス中のＮＯｘ濃度が高くなりすぎるという問題の発生を防止している。
【００４５】
更に、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が低下して、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が下限貯留量Ｓ３未満である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を第２燃料ガス供給状態に切り換える（ステップ＃７のＹｅｓの場合、ステップ＃８）。このとき、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を一旦中断させて、第１燃料ガス流量調整弁８を閉状態（開度０％）とし、且つ、第２燃料ガス流量調整弁９の開度を予め設定された第２燃料ガス用目標開度（例えば、開度７０％）として、ミキサー２に第２燃料ガスＧ２のみを供給する第２燃料ガス供給状態に切り換えている。そして、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第２燃料ガス供給状態に切り換えることで、燃料ガスＧを第２燃料ガスＧ２のみとして、その第２燃料ガスＧ２と燃焼用空気Ａとの混合気Ｍをエンジン１に供給して燃焼させてエンジン１を運転させている。
【００４６】
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第２燃料ガス供給状態への切換を行うと、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御の中断を解除して、混合気圧力制御部Ｈ２が混合気圧力制御を行う(ステップ＃９）。このようにして、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、第２燃料ガス供給状態に切り換える場合に、第２燃料ガス流量調整弁９の開度を予め定めた第２燃料ガス用目標開度とするように第２燃料ガス流量調整弁９の開度を制御した後、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を行うようにしている。
【００４７】
このときの混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御について説明する。
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３による第２燃料ガス供給状態への切換により第１燃料ガス流量調整弁８を閉状態（開度０％）としているので、第２燃料ガス流量調整弁９の開度のみを制御している。つまり、混合気圧力センサ１１にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも小さい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第２燃料ガス流量調整弁９の開度を閉じ側に制御している。逆に、混合気圧力センサ１１にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも大きい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第２燃料ガス流量調整弁９の開度を開き側に制御している。これにより、希薄混合気Ｍの空気比を所望の空気比に維持して、失火の発生や排ガス中のＮＯｘ濃度が高くなりすぎるという問題の発生を防止している。
【００４８】
ミキサー２に第１燃料ガスＧ１を供給する等により、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が低下する場合には、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が、「中間貯留量Ｓ２以上」→「中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上」→「下限貯留量Ｓ３未満」と変化することになる。したがって、図２のフローチャートに示すように、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が中間貯留量Ｓ２以上から中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上に変化することで、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を第１燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態へ切り換える（ステップ＃４のＹｅｓの場合、ステップ＃５）。また、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、混合燃料ガス供給状態に維持した状態で、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上から下限貯留量Ｓ３未満に変化することで、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を混合燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態へ切り換える（ステップ＃７のＹｅｓの場合、ステップ＃８）。このようにして、第１燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態への切換を行う場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、まず、第１燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態への切換を行い、混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、混合燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態への切換を行うようにしている。ここで、混合燃料ガス供給状態を所定時間維持する場合の所定時間については、例えば、エンジン出力制御部Ｈ１がエンジン出力制御を行い、且つ、混合気圧力制御部Ｈ２が混合気圧力制御を行うのに要する時間以上の時間に設定されている。
【００４９】
逆に、ミキサー２への第１燃料ガスＧ１の供給を停止した状態でバイオガス発生装置（図示省略）にて発生された第１燃料ガスＧ１を第１燃料ガス貯留部７に貯留している、或いは、バイオガス発生装置（図示省略）にて発生する第１燃料ガスＧ１の発生量が多量である等により、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が増加する場合には、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が、「下限貯留量Ｓ３未満」→「中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上」→「中間貯留量Ｓ２以上」と変化することになる。したがって、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が下限貯留量Ｓ３未満から中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上に変化することで、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を第２燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態へ切り換える（ステップ＃４のＹｅｓの場合、ステップ＃５）。また、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上から中間貯留量Ｓ２以上に変化することで、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を混合燃料ガス供給状態から第１燃料ガス供給状態へ切り換える（ステップ＃１のＹｅｓの場合、ステップ＃２）。このようにして、第２燃料ガス供給状態から第１燃料ガス供給状態への切換を行う場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、まず、第２燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態への切換を行い、混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、混合燃料ガス供給状態から第１燃料ガス供給状態への切換を行うようにしている。ここで、混合燃料ガス供給状態を所定時間維持する場合の所定時間については、例えば、エンジン出力制御部Ｈ１がエンジン出力制御を行い、且つ、混合気圧力制御部Ｈ２が混合気圧力制御を行うのに要する時間以上の時間に設定されている。
【００５０】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を一旦中断させて、第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を混合燃料ガス用目標開度とするように第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を制御した後、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を行うようにしている。
これに代えて、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、第１燃料ガス流量調整弁８の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度（例えば、開度３５％）とするように第１燃料ガス流量調整弁８の開度を制御するとともに、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御により、混合気供給路３にてエンジン１に供給する混合気圧力が目標圧力となるように第２燃料ガス流量調整弁９の開度を制御するようにしてもよい。このように、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を混合気燃料ガス供給状態に切り換える場合には、第１燃料ガス流量調整弁８については、混合燃料ガス用目標開度への開度制御を行い、それと同時に、第２燃料ガス流量調整弁９については、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を行うことができる。
【００５１】
（２）上記実施形態では、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量の変化に応じて、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うようにしている。
これに代えて、図示は省略するが、第１燃料ガス供給路５にて供給される第１燃料ガスＧ１の供給状態の変化に応じて、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態について、第１燃料ガス供給状態に切り換えるための第１指令、混合燃料ガス供給状態に切り換えるための混合指令、第２燃料ガス供給状態に切り換えるための第２指令の何れかの指令を行う指令手段を備える。そして、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、指令手段による指令に基づいて、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うこともできる。
【００５２】
例えば、第１燃料ガスＧ１であるバイオガスを発生させる際に、エンジン１に悪影響を与えるような不純物が混入していることもあるので、除去装置を用いてその不純物を除去するようにしている。しかしながら、その除去装置の故障等により、エンジン１に悪影響を与えるような不純物が第１燃料ガスＧ１に混入している状態となる場合もある。このような場合には、第１燃料ガス貯留部７に第１燃料ガスが貯留されていても、ミキサー２に対する第１燃料ガスＧ１への供給を中止すべきである。そこで、除去装置の故障等により、エンジン１に悪影響を与えるような不純物が第１燃料ガスＧ１に混入している可能性がある状態となると、指令手段が第２指令を指令することで、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第２燃料ガス供給状態に切り換えて、ミキサー２に対する第１燃料ガスＧ１への供給を中止することができる。
また、第１燃料ガスＧ１であるバイオガスの発熱量が変動する場合もあるので、指令手段は、バイオガスの発熱量に応じて、第１指令、混合指令、第２指令の何れかの指令を行うこともできる。例えば、バイオガスの発熱量が第１設定値以上であると、指令手段が第１指令を指令し、バイオガスの発熱量が第１設定値未満で且つ第１設定値よりも小さい第２設定値以上であると、指令手段が混合指令を指令し、バイオガスの発熱量が第２設定値未満であると、指令手段が第２指令を指令することができる。このようにして、第１燃料ガスＧ１であるバイオガスの発熱量の変動に応じて、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うこともできる。
【００５３】
（３）上記実施形態では、第１燃料ガスＧ１をバイオガスとしているが、例えば、第１燃料ガスＧ１を炭鉱ガスとすることもできる。
【００５４】
（４）上記実施形態では、貯留残量検出手段１３にて検出する貯留残量を、上限貯留量Ｓ１、中間貯留量Ｓ２、下限貯留量Ｓ３の３段階としているが、これに代えて、例えば、貯留残量検出手段１３にて検出する貯留残量を、上限貯留量Ｓ１、下限貯留量Ｓ３の２段階とすることもできる。この場合、例えば、貯留残量検出手段１３にて検出する貯留残量が下限貯留量Ｓ３以上である場合に、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第１燃料ガス供給状態に切り換え、貯留残量検出手段１３にて検出する貯留残量が下限貯留量Ｓ３未満である場合に燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第２燃料ガス供給状態に切り換えることができる。そして、この場合においても、上記実施形態と同様に、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、第１燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態への切換を行う場合において、まず、第１燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態への切換を行い、その混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、混合燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態への切換を行うことができる。また、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、第２燃料ガス供給状態から第１燃料ガス供給状態への切換を行う場合においても、まず、第２燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態への切換を行い、その混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、混合燃料ガス供給状態から第１燃料ガス供給状態への切換を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、燃料ガスと燃焼用空気とを混合して混合気を生成するミキサーと、そのミキサーにて生成された混合気をエンジンに供給する混合気供給路とを備え、前記燃料ガスとして、第１発熱量を有する第１燃料ガスとその第１発熱量よりも高い第２発熱量を有する第２燃料ガスの一方又は両者の混合燃料ガスを用い、前記混合気供給路にて供給される混合気を燃焼させてエンジンを運転させ、コストの低減及び構成の簡素化を図りながら、燃料ガスの発熱量が大幅に変化しても、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持でき、エンジンを安定して運転させることができる各種のエンジンシステムに適応可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１ エンジン
２ ミキサー
３ 混合気供給路
５ 第１燃料ガス供給路
６ 第２燃料ガス供給路
７ 第１燃料ガス貯留部
８ 第１燃料ガス流量調整弁
９ 第２燃料ガス流量調整弁
１０ 混合気流量調整弁
Ａ 燃焼用空気
Ｇ 燃料ガス
Ｇ１ 第１燃料ガス（バイオガス）
Ｇ２ 第２燃料ガス（都市ガス）
Ｈ１ エンジン出力制御部
Ｈ２ 混合気圧力制御部
Ｈ３ 燃料ガス供給状態切換制御部
Ｍ 混合気
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料ガスと燃焼用空気とを混合して混合気を生成するミキサーと、そのミキサーにて生成された混合気をエンジンに供給する混合気供給路とを備え、前記燃料ガスとして、第１発熱量を有する第１燃料ガスとその第１発熱量よりも高い第２発熱量を有する第２燃料ガスの一方又は両者の混合燃料ガスを用い、前記混合気供給路にて供給される混合気を燃焼させてエンジンを運転させるエンジンシステムに関する。
【背景技術】
【０００２】
上記のようなエンジンシステムでは、例えば、燃料ガスとして、第１燃料ガスであるバイオガスを用い、このバイオガスと燃焼用空気とを混合させた混合気をエンジンに供給して燃焼させるものがある。しかしながら、バイオガスは、その発生条件により発熱量が変動することから、所望のエンジン出力を得ることができながら、エンジンを安定して運転させるのは困難であった。例えば、エンジンに希薄混合気（燃料ガス濃度の薄い混合気）を供給して燃焼させる希薄エンジンでは、エンジンに供給する混合気の空気比が所望の空気比よりも希薄になりすぎると失火が発生し、逆に、所望の空気比よりも過濃となると排ガス中のＮＯｘ濃度が高くなりすぎるという問題が発生する。よって、所望のエンジン出力を得ながら安定してエンジンを運転させるために、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することが求められるが、燃料ガスの発熱量が変動することで、その燃料ガスの理論空気量も変動することから、例えば、燃料ガスと燃焼用空気との流量比を一定とするだけでは、エンジンに供給する混合気の空気比が所望の空気比から外れてしまい、上述のような問題が発生する。
【０００３】
そこで、従来、発熱量が変動する燃料ガスを用いた場合でも、上述のような問題の発生を防止するために、燃料ガス供給路にてミキサーに供給する燃料ガスの供給量を調整自在な燃料ガス量調整弁を備え、エンジンに供給する混合気圧力がエンジン出力に対して予め定められた目標圧力となるように燃料ガス量調整弁の開度を制御しているものがある（例えば、特許文献１参照。）。この特許文献１に記載のエンジンシステムでは、燃料ガスとして、第１燃料ガスである炭鉱メタンガスを用いた場合を示しているが、燃料ガスとして、第１燃料ガスであるバイオガスを用いた場合においても、上述のような問題の発生を防止するために有用なものとなっている。
【０００４】
また、別の従来のエンジンシステムでは、燃料ガスとして、第１燃料ガスであるバイオガスと第２燃料ガスである都市ガスとの２種類の燃料ガスを混合させた混合燃料ガスを用い、その混合燃料ガスと燃焼用空気とを混合させた混合気をエンジンに供給して燃焼させるものもある（例えば、特許文献２参照。）。
この特許文献２に記載のシステムでは、バイオガスと都市ガスとを混合させた混合燃料ガスをミキサーに供給する混合燃料ガス供給路と、その混合燃料ガス供給路にてミキサーに供給する混合燃料ガスの流量を計測する流量計と、その混合燃料ガス供給路にてミキサーに供給する混合燃料ガスの流量を調整自在な燃料制御弁とを備えている。そして、エンジンにて駆動される発電機の発電量を所定の目標発電量とするように、エンジンに供給する混合気の流量を調整自在なスロットルバルブの開度を制御するとともに、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持するように燃料制御弁の開度を制御している。燃料制御弁の開度の制御については、エンジンにて駆動される発電機の発電量を用いて、エンジンにて消費される単位時間当たりの想定消費熱量を求め、その求めた想定消費熱量と流量計にて計測した流量とを用いて、混合燃料ガスの単位体積当たりの想定発熱量を求め、その求めた想定発熱量から求められる目標開度になるように燃料制御弁の開度を制御している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第４４５２０９２号公報
【特許文献２】特開２０１０−７１２２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記特許文献１に記載のシステムでは、燃料ガスの発熱量が変動しても、エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように燃料ガス量調整弁の開度を制御することで、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持するようにしている。しかしながら、炭鉱メタンガスの発生量が低下する等により、燃料ガスの発熱量が大幅に変化した場合には、燃料ガス量調整弁の開度を調整するだけではエンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができない。すなわち、燃料ガスの発熱量が低下した場合には、燃料ガス量調整弁の開度を開き側に調整することになるが、燃料ガスの発熱量が大幅に低下した場合には、燃料ガス量調整弁の開度を全開に調整しても、エンジンに供給する混合気圧力を目標圧力とすることができなくなる。その結果、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができず、失火の発生や排ガス中のＮＯｘ濃度が高くなりすぎるという問題が発生して、エンジンを安定して運転させることができなくなる。よって、エンジンを安定して運転させるためには、燃料ガスの発熱量の範囲が狭い範囲に制限されるという問題があり、燃料ガスの発熱量が大幅に低下した場合には、エンジンの運転を停止せざるを得ない状況になってしまう。
【０００７】
上記特許文献２に記載のシステムでは、バイオガスの発生量の低下等により混合燃料ガスの発熱量が大幅に変化した場合に、例えば、バイオガスのミキサーへの供給を停止させ、都市ガスのみをミキサーに供給して燃料ガスを都市ガスのみとすることで、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができる。しかしながら、上記特許文献２に記載のシステムでは、基本的には、燃料ガスを、バイオガスと都市ガスとを混合させた混合燃料ガスとするものであり、この混合燃料ガスと燃焼用空気との混合気をエンジンに供給して燃焼させるようにしている。このように、バイオガスと都市ガスとの混合燃料ガスを用いる場合に、混合燃料ガス供給路に流量計を備え、その流量計にて計測した混合燃料ガスの流量を用いて燃料制御弁の開度を制御することで、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持するようにしている。それ故に、高価な流量計を備えなければならず、コストアップを招くとともに、構成の複雑化を招くことになる。
【０００８】
本発明は、かかる点に着目してなされたものであり、その目的は、コストの低減及び構成の簡素化を図りながら、燃料ガスの発熱量が大幅に変化しても、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持でき、エンジンを安定して運転させることができるエンジンシステムを提供する点にある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この目的を達成するために、本発明に係るエンジンシステムの特徴構成は、燃料ガスと燃焼用空気とを混合して混合気を生成するミキサーと、そのミキサーにて生成された混合気をエンジンに供給する混合気供給路とを備え、前記燃料ガスとして、第１発熱量を有する第１燃料ガスとその第１発熱量よりも高い第２発熱量を有する第２燃料ガスの一方又は両者の混合燃料ガスを用い、前記混合気供給路にて供給される混合気を燃焼させてエンジンを運転させるエンジンシステムにおいて、
前記ミキサーとして、第１燃料ガス供給路にて供給する前記第１燃料ガスと第２燃料ガス供給路にて供給する前記第２燃料ガスとの一方又は両者を混合させた混合燃料ガスと前記燃焼用空気とを混合させて混合気を生成する単一のミキサーが備えられ、
前記第１燃料ガス供給路に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第１燃料ガスの流量を調整自在な第１燃料ガス流量調整弁と、前記第２燃料ガス供給路に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第２燃料ガスの流量を調整自在な第２燃料ガス流量調整弁と、前記混合気供給路に備えられて、前記エンジンに供給する混合気の流量を調整自在な混合気流量調整弁と、エンジン出力が目標出力となるように前記混合気流量調整弁の開度を制御するエンジン出力制御部と、前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の開度を制御する混合気圧力制御部と、前記ミキサーに対する燃料ガスの供給状態について、前記第１燃料ガス流量調整弁を開状態とし且つ前記第２燃料ガス流量調整弁を閉状態として前記ミキサーに前記第１燃料ガスのみを供給する第１燃料ガス供給状態と、前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者を開状態として前記ミキサーに前記第１燃料ガスと前記第２燃料ガスとの混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態と、前記第１燃料ガス流量調整弁を閉状態とし且つ前記第２燃料ガス流量調整弁を開状態として前記ミキサーに前記第２燃料ガスのみを供給する第２燃料ガス供給状態との間で切換自在であり、且つ、前記第１燃料ガス供給路にて供給される前記第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記第１燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第２燃料ガス供給状態との間での切換を行う燃料ガス供給状態切換制御部とを備えている点にある。
【００１０】
本特徴構成によれば、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態について、燃料ガス供給状態切換制御部が第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うことで、燃料ガスとして、第１燃料ガスのみを用いる場合と、第１燃料ガスと第２燃料ガスの混合燃料ガスを用いる場合と、第２燃料ガスのみを用いる場合との間で切り換えながら、エンジンを運転させることができる。
そして、燃料ガス供給状態切換制御部が第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との何れの供給状態に切り換えた場合でも、エンジン出力制御部が、エンジン出力が目標出力となるように混合気流量調整弁の開度を制御するので、エンジン出力を目標出力に維持して所望のエンジン出力を得ることができるとともに、混合気圧力制御部が、混合気圧力が目標圧力となるように第１燃料ガス流量調整弁及び第２燃料ガス流量調整弁の開度を制御するので、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができる。
【００１１】
ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間で切り換える場合には、燃料ガス供給状態切換制御部が、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に応じてその切換を行うようにしている。例えば、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を第１燃料ガス供給状態に切り換えている場合に、第１燃料ガスの供給量の低下等により燃料ガスの発熱量が大幅に低下すると、燃料ガス供給状態切換制御部が、その第１燃料ガスの供給量の低下という第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化を捉えて、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を第１燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態に切り換えることができる。そして、上述の如く、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を混合燃料ガス供給状態に切り換えた場合でも、エンジン出力制御部による制御、及び、混合気圧力制御部による制御が行われ、エンジン出力を目標出力に維持して所望のエンジン出力を得ることができながら、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができる。
【００１２】
したがって、燃料ガスの発熱量が大幅に変化した場合でも、燃料ガス供給状態切換制御部が、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うことで、エンジン出力を目標出力に維持して所望のエンジン出力を得ることができながら、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができ、エンジンを安定して運転させることができる。
しかも、本特徴構成によれば、特許文献２に記載のシステムの如く、第１燃料ガスと第２燃料ガスとの混合燃料ガスの流量を計測する高価な流量計を備えなくてもよく、それだけコストの低減及び構成の簡素化を図ることができる。しかも、ミキサーについても、複数備えるのではなく、単一のミキサーを備えているだけであるので、この点からも、コストの低減及び構成の簡素化を図ることができる。
【００１３】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記第１燃料ガス供給路にて供給される前記第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記第１燃料ガス供給状態から前記第２燃料ガス供給状態への切換を行う場合及び前記第２燃料ガス供給状態から前記第１燃料ガス供給状態への切換を行う場合の一方又は両方において、まず、前記第１燃料ガス供給状態又は前記第２燃料ガス供給状態から前記混合燃料ガス供給状態への切換を行い、その混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、前記混合燃料ガス供給状態から前記第２燃料ガス供給状態又は前記第１燃料ガス供給状態への切換を行うように構成されている点にある。
【００１４】
例えば、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、燃料ガス供給状態切換制御部が第１燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態へ直接切換を行うと、第１燃料ガス流量調整弁の開度を開状態から閉状態に変動させ、それと同時に、第２燃料ガス流量調整弁の開度も閉状態から開状態に変動させることになる。このように、第１燃料ガス流量調整弁及び第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を大きく急激に変動させると、ミキサーに対して供給される燃料ガスの供給状態が大きく変動してしまい、その変動過程において混合気の空気比も大きく変動してしまう。その結果、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比から外れてしまう可能性がある。
【００１５】
そこで、本特徴構成によれば、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、燃料ガス供給状態切換制御部が第１燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態への切換を行う場合に、まず、第１燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態への切換を行い、その混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、混合燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態への切換を行うようにしている。まず、第１燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態への切換を行うことで、第１燃料ガス流量調整弁の開度を開状態に維持したまま、第２燃料ガス流量調整弁の開度を閉状態から開状態に変動させることができる。そして、混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、混合燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態への切換を行うことで、第２燃料ガス流量調整弁の開度を閉状態に維持したまま、第１燃料ガス流量調整弁の開度を開状態から閉状態に変動させることができる。したがって、第１燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態へ切り換える場合でも、第１燃料ガス流量調整弁及び第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を大きく急激に変動させることを防止して、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に適切に維持することができる。
【００１６】
そして、第１燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態へ切り換える場合だけでなく、第２燃料ガス供給状態から第１燃料ガス供給状態へ切り換える場合であっても、まず、第２燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態への切換を行い、その混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、混合燃料ガス供給状態から第１燃料ガス供給状態への切換を行うことで、第１燃料ガス流量調整弁及び第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を大きく急激に変動させることを防止して、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に適切に維持することができる。
【００１７】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度とするように前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を制御した後、前記混合気圧力制御部により前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を制御するように構成されている点にある。
【００１８】
本特徴構成によれば、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、混合気圧力制御部による制御を一旦中断させて、まず、第１燃料ガス流量調整弁及び第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度に制御して混合燃料ガス供給状態に切り換えるので、混合燃料ガス供給状態への切換をスムーズに行うことができる。そして、第１燃料ガス流量調整弁及び第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度とした状態において、混合気圧力制御部が、混合気圧力が目標圧力となるように第１燃料ガス流量調整弁及び第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を制御しているので、混合燃料ガス用目標開度から、混合気圧力を目標圧力とするための開度への制御をスムーズに行うことができる。したがって、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持できる安定した状態に比較的早く移行することができる。
【００１９】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、前記第１燃料ガス流量調整弁の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度とするように前記第１燃料ガス流量調整弁の開度を制御するとともに、前記混合気圧力制御部により前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第２燃料ガス流量調整弁の開度を制御するように構成されている点にある。
【００２０】
本特徴構成によれば、ミキサーに対する燃料ガスの供給状態を混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、第１燃料ガス流量調整弁の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度とする制御と、混合気圧力制御部によって混合気圧力が目標圧力となるように第２燃料ガス流量調整弁の開度の制御とを同時に行うので、混合燃料ガス供給状態への切換を行いながら、常に混合気圧力を目標圧力に維持することができる。その結果、常時、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持することができるので、失火の発生や排ガス中のＮＯｘ濃度が高くなりすぎるという問題の発生を防止して、エンジンを安定して運転させることができる。
【００２１】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、前記第１燃料ガス供給路は、第１燃料ガス貯留部に貯留されている前記第１燃料ガスを前記ミキサーに供給自在に構成され、前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記第１燃料ガス貯留部における前記第１燃料ガスの貯留残量の変化に応じて、前記第１燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うように構成されている点にある。
【００２２】
本特徴構成によれば、第１燃料ガス供給路が第１燃料ガス貯留部に貯留されている第１燃料ガスをミキサーに供給しているので、例えば、第１燃料ガス貯留部における第１燃料ガスの貯留残量が低下すると、ミキサーへの第１燃料ガスの供給量も低下することになる。よって、第１燃料ガス貯留部における第１燃料ガスの貯留残量の変化を捉えることで、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化を適切に捉えることができる。したがって、燃料ガス供給状態切換制御部は、第１燃料ガス貯留部における第１燃料ガスの貯留残量の変化に応じて、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うことで、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に合わせた供給状態の切換を適切に行うことができる。
【００２３】
本発明に係るエンジンシステムの更なる特徴構成は、前記第１燃料ガス供給路にて供給される前記第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記ミキサーに対する燃料ガスの供給状態について、前記第１燃料ガス供給状態に切り換えるための第１指令、前記混合燃料ガス供給状態に切り換えるための混合指令、前記第２燃料ガス供給状態に切り換えるための第２指令の何れかの指令を行う指令手段が備えられ、前記燃料ガス供給状態切換制御部が、前記指令手段による指令に基づいて、前記第１燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うように構成されている点にある。
【００２４】
例えば、第１燃料ガスがバイオガスである場合には、そのバイオガスを発生させる際に、エンジンに悪影響を与えるような不純物が混入していることもあるので、除去装置を用いてその不純物を除去するようにしている。しかしながら、その除去装置の故障等により、エンジンに悪影響を与えるような不純物が第１燃料ガスに混入している状態となる場合もある。このような場合には、ミキサーに対して第１燃料ガスに供給できる状態であっても、ミキサーに対する第１燃料ガスへの供給を中止すべきである。
そこで、本特徴構成によれば、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、第１指令、混合指令、第２指令の何れかの指令を行う指令手段を備え、燃料ガス供給状態切換制御部が、その指令手段による指令に基づいて、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うようにしている。これにより、例えば、エンジンに悪影響を与えるような不純物が第１燃料ガスに混入している可能性がある状態となると、指令手段が第２指令を指令することで、燃料ガス供給状態切換制御部が第２燃料ガス供給状態に切り換えて、ミキサーに対する第１燃料ガスへの供給を中止することができる。また、指令手段は、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に合わせてそれに適した供給状態となるように、第１指令、混合指令、第２指令の何れかの指令を行うことができるので、第１燃料ガス供給路にて供給される第１燃料ガスの供給状態の変化に合わせた供給状態の切換を適切に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】エンジンシステムの概略構成図
【図２】混合気圧力制御及び燃料ガス供給状態切換制御の動作を示すフローチャート
【発明を実施するための形態】
【００２６】
本発明に係るエンジンシステムの実施形態を図面に基づいて説明する。
このエンジンシステム１００は、燃料ガスＧと燃焼用空気Ａとを混合して混合気Ｍを生成するミキサー２と、そのミキサー２にて混合された混合気Ｍをエンジン１に供給する混合気供給路３とを備えている。このエンジンシステム１００では、エンジン１に供給する燃料ガスＧと燃焼用空気Ａとの混合気Ｍを燃料ガス濃度の薄い希薄混合気としている。そして、エンジンシステム１００は、エンジン１に供給する燃料ガスＧとして、第１発熱量を有する第１燃料ガスＧ１と第１発熱量よりも高い第２発熱量を有する第２燃料ガスＧ２との混合燃料ガス、第１燃料ガスＧ１のみ、及び、第２燃料ガスＧ２のみの３種類の燃料ガスを用いることができるように構成されている。第１燃料ガスＧ１は、例えば、下水汚泥や有機性工場廃水等のバイオマスを嫌気性発酵させることにより得られるバイオガスとしており、第２燃料ガスＧ２は、例えば、都市ガスとしている。
【００２７】
エンジンシステム１００は、燃焼用空気Ａをミキサー２に供給する燃焼用空気供給路４と、第１燃料ガスＧ１をミキサー２に供給する第１燃料ガス供給路５と、第２燃料ガスＧ２をミキサー２に供給する第２燃料ガス供給路６とを備えており、第１燃料ガス供給路５と第２燃料ガス供給路６とを合流させた合流部位にミキサー２が接続されている。ミキサー２として、第１燃料ガス供給路５にて供給する第１燃料ガスＧ１と第２燃料ガス供給路６にて供給する第２燃料ガスＧ２との一方又は両者を混合させた混合燃料ガスを燃焼用空気Ａに混合させる単一のミキサー２が備えられている。ミキサー２の構成については、詳細な説明や図示を省略するが、燃焼用空気Ａの流れに伴ってベンチュリーによる吸引作用にて吸引力を発生させ、その吸引力により燃焼用空気Ａへ燃料ガスＧを引き込んで、燃焼用空気Ａと燃料ガスＧとの混合気Ｍを生成するベンチュリー式にて構成されている。
【００２８】
第１燃料ガス供給路５は、その上流側端部がバイオガス発生装置（図示省略）にて発生された第１燃料ガスＧ１（バイオガス）を貯留する第１燃料ガス貯留部７に接続されており、第１燃料ガス貯留部７に貯留されている第１燃料ガスＧ１をミキサー２に供給自在に構成されている。第１燃料ガス供給路５の途中部位には、ミキサー２に供給する第１燃料ガスＧ１の流量を調整自在な第１燃料ガス流量調整弁８が備えられている。
【００２９】
第２燃料ガス供給路６の途中部位には、ミキサー２に供給する第２燃料ガスＧ２の流量を調整自在な第２燃料ガス流量調整弁９が備えられている。
混合気供給路３には、その混合気Ｍの通流方向の上流側から順に、エンジン１に供給する混合気の流量を調整自在な混合気流量調整弁１０、混合気供給路３にてエンジン１に供給する混合気圧力を検出する混合気圧力センサ１１が備えられている。
【００３０】
このエンジンシステム１００では、エンジン１を運転させることで、そのエンジン１のエンジン出力を得るようにしており、例えば、エンジン出力を駆動源として発電機を駆動させるようにしている。そして、エンジンシステム１００には、エンジン出力を検出するエンジン出力検出手段１２が備えられている。このエンジン出力検出手段１２は、例えば、エンジン１の回転速度を検出する回転速度センサや、エンジン負荷を検出する負荷検出センサ等を備えており、それらセンサの検出情報からエンジン出力を検出するように構成されている。ここで、例えば、エンジン出力を駆動源として発電機を駆動させる場合には、その発電機の発電電力から、エンジン出力を検出することもできる。
【００３１】
エンジンシステム１００には、エンジン出力検出手段１２の検出情報、及び、混合気圧力センサ１１の検出情報が入力自在な制御装置Ｈが備えられており、その制御装置Ｈが、エンジンシステム１００の運転を制御するように構成されている。そして、制御装置Ｈに、エンジン出力制御を行うエンジン出力制御部Ｈ１と、混合気圧力制御を行う混合気圧力制御部Ｈ２と、燃料ガス供給状態切換制御を行う燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３とが備えられている。
【００３２】
エンジン出力制御部Ｈ１は、エンジン出力検出手段１2にて検出したエンジン出力が目標出力となるように混合気流量調整弁１０の開度を制御するエンジン出力制御を行うように構成されている。目標出力については、一定に設定する、又は、変更設定することができる。例えば、エンジン出力を駆動源として発電機を駆動させる場合には、電力消費機器の消費電力に応じて発電機の発電電力を変更させるので、発電機の発電電力に応じて目標出力を変更設定することができる。
【００３３】
混合気圧力制御部Ｈ２は、混合気圧力センサ１１にて検出した混合気圧力が目標圧力となるように第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の開度を制御する混合気圧力制御を行うように構成されている。目標圧力については、エンジン１に供給する希薄混合気Ｍの空気比が所望の空気比（例えば、１．５〜２．０）となるように設定されており、エンジン出力が大きいほど目標圧力も大きくする等、エンジン出力に応じて目標圧力が設定されている。例えば、各エンジン出力に対して、希薄混合気の空気比を所望の空気比に維持するための混合気圧力を実験等により求めておき、その実験等により求めたエンジン出力と目標圧力との関係が予め設定されており、その関係を用いてエンジン出力に応じて目標圧力が設定される。
【００３４】
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態について、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間で切換自在であり、且つ、第１燃料ガス供給路５にて供給される第１燃料ガスＧ１の供給状態の変化に応じて、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行う燃料ガス供給状態切換制御を行うように構成されている。
第１燃料ガス供給状態では、第１燃料ガス流量調整弁８を開状態とし且つ第２燃料ガス流量調整弁９を閉状態として、ミキサー２に第１燃料ガスＧ１のみを供給している。混合燃料ガス供給状態では、第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者を開状態として、ミキサー２に第１燃料ガスＧ１と第２燃料ガスＧ２との混合燃料ガスを供給している。第２燃料ガス供給状態では、第１燃料ガス流量調整弁８を閉状態とし且つ第２燃料ガス流量調整弁９を開状態として、ミキサー２に第２燃料ガスＧ２のみを供給している。
【００３５】
第１燃料ガス供給路５にて供給される第１燃料ガスＧ１の供給状態の変化について説明する。
第１燃料ガス供給路５は、第１燃料ガス貯留部７に貯留されている第１燃料ガスＧ１を供給するようにしており、第１燃料ガス貯留部７に貯留されている第１燃料ガスＧ１の残量が変化することで、第１燃料ガスＧ１の供給状態が変化する。そこで、第１燃料ガス供給路５にて供給される第１燃料ガスＧ１の供給状態の変化を、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量の変化としている。
第１燃料ガス貯留部７には、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量を検出する貯留残量検出手段１３が備えられ、その貯留残量検出手段１３の検出情報が燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３に入力自在に構成されている。これにより、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、貯留残量検出手段１３の検出情報に基づいて、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量の変化を把握できるように構成されている。第１燃料ガス貯留部７は、例えば、密閉タンクから構成されており、第１燃料ガスＧ１の貯留残量の減少に伴い、その第１燃料ガス貯留部７内の圧力が低下する。そこで、貯留残量検出手段１３は、第１燃料ガス貯留部７内の圧力を検出することで、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量を検出するようにしている。そして、貯留残量検出手段１３にて検出する貯留残量として、上限貯留量Ｓ１、下限貯留量Ｓ３、その上限貯留量Ｓ１とその下限貯留量Ｓ３との間の中間貯留量Ｓ２の３段階に設定されている。
【００３６】
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、貯留残量検出手段１３の検出情報に基づいて第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量の変化を捉えており、その第１燃料ガスＧ１の貯留残量の変化に応じて、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うようにしている。
第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が中間貯留量Ｓ２以上である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を第１燃料ガス供給状態に切り換えている。第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を混合燃料ガス供給状態に切り換えている。第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が下限貯留量Ｓ３未満である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を第２燃料ガス供給状態に切り換えている。
【００３７】
以下、エンジン出力制御部Ｈ１によるエンジン出力制御、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御、及び、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３による燃料ガス供給状態切換制御の動作について説明する。
【００３８】
まず、エンジン出力制御部Ｈ１によるエンジン出力制御について説明する。
このエンジン出力制御は、エンジン出力を目標出力に維持するために行われており、エンジン１の運転中には、常時、エンジン出力制御部Ｈ１がエンジン出力制御を行うようにしている。
このエンジン出力制御では、エンジン出力検出手段１２にて検出したエンジン出力が目標出力よりも小さい場合に、そのエンジン出力と目標出力との差に応じて、混合気流量調整弁１０の開度を開き側に制御している。逆に、エンジン出力検出手段１２にて検出したエンジン出力が目標出力よりも大きい場合には、そのエンジン出力と目標出力との差に応じて、混合気流量調整弁１０の開度を閉じ側に制御している。このようにして、エンジン出力を目標出力に維持して所望のエンジン出力を得るようにしている。
【００３９】
次に、図２のフローチャートに基づいて、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御、及び、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３による燃料ガス供給状態切換制御の動作について説明する。
第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が十分にあり、その貯留残量が中間貯留量Ｓ２以上である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を第１燃料ガス供給状態に切り換える（ステップ＃１のＹｅｓの場合、ステップ＃２）。このとき、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を一旦中断させて、第１燃料ガス流量調整弁８の開度を予め設定された第１燃料ガス用目標開度（例えば、開度７０％）とし、且つ、第２燃料ガス流量調整弁９を閉状態（開度０％）として、ミキサー２に第１燃料ガスＧ１のみを供給する第１燃料ガス供給状態に切り換えている。そして、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第１燃料ガス供給状態に切り換えることで、燃料ガスＧを第１燃料ガスＧ１のみとして、その第１燃料ガスＧ１と燃焼用空気Ａとの混合気Ｍをエンジン１に供給して燃焼させてエンジン１を運転させている。
【００４０】
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第１燃料ガス供給状態への切換を行うと、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御の中断を解除して、混合気圧力制御部Ｈ２が混合気圧力制御を行う(ステップ＃３）。このようにして、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、第１燃料ガス供給状態に切り換える場合に、第１燃料ガス流量調整弁８の開度を予め定めた第１燃料ガス用目標開度とするように第１燃料ガス流量調整弁８の開度を制御した後、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を行うようにしている。
【００４１】
このときの混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御について説明する。
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３による第１燃料ガス供給状態への切換により第２燃料ガス流量調整弁９を閉状態（開度０％）としているので、第１燃料ガス流量調整弁８の開度のみを制御している。つまり、混合気圧力センサ１１にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも小さい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第１燃料ガス流量調整弁８の開度を閉じ側に制御している。逆に、混合気圧力センサ１１にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも大きい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第１燃料ガス流量調整弁８の開度を開き側に制御している。これにより、希薄混合気Ｍの空気比を所望の空気比に維持して、失火の発生や排ガス中のＮＯｘ濃度が高くなりすぎるという問題の発生を防止している。
【００４２】
第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が低下して、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を混合燃料ガス供給状態に切り換える（ステップ＃４のＹｅｓの場合、ステップ＃５）。このとき、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を一旦中断させて、第１燃料ガス流量調整弁８の開度を予め設定された混合燃料ガス用目標開度（例えば、開度３５％）とし、且つ、第２燃料ガス流量調整弁９の開度を予め設定された混合燃料ガス目標開度（例えば、開度３５％）とするように、第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を制御して、ミキサー２に第１燃料ガスＧ１と第２燃料ガスＧ２との混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態に切り換えている。そして、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が混合燃料ガス供給状態に切り換えることで、燃料ガスＧを第１燃料ガスＧ１と第２燃料ガスＧ２との混合燃料ガスとして、その混合燃料ガスと燃焼用空気Ａとの混合気Ｍをエンジン１に供給して燃焼させてエンジン１を運転させている。
【００４３】
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が混合燃料ガス供給状態への切換を行うと、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御の中断を解除して、混合気圧力制御部Ｈ２が混合気圧力制御を行う(ステップ＃６）。このようにして、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を予め定めた第１燃料ガス用目標開度とするように第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を制御した後、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を行うようにしている。
【００４４】
このときの混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御について説明する。
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３にて混合燃料ガス供給状態に切り換えている場合には、第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を制御している。つまり、混合気圧力センサ１１にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも小さい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を閉じ側に制御している。逆に、混合気圧力センサ１１にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも大きい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を開き側に制御している。これにより、希薄混合気Ｍの空気比を所望の空気比に維持して、失火の発生や排ガス中のＮＯｘ濃度が高くなりすぎるという問題の発生を防止している。
【００４５】
更に、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が低下して、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が下限貯留量Ｓ３未満である場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を第２燃料ガス供給状態に切り換える（ステップ＃７のＹｅｓの場合、ステップ＃８）。このとき、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を一旦中断させて、第１燃料ガス流量調整弁８を閉状態（開度０％）とし、且つ、第２燃料ガス流量調整弁９の開度を予め設定された第２燃料ガス用目標開度（例えば、開度７０％）として、ミキサー２に第２燃料ガスＧ２のみを供給する第２燃料ガス供給状態に切り換えている。そして、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第２燃料ガス供給状態に切り換えることで、燃料ガスＧを第２燃料ガスＧ２のみとして、その第２燃料ガスＧ２と燃焼用空気Ａとの混合気Ｍをエンジン１に供給して燃焼させてエンジン１を運転させている。
【００４６】
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第２燃料ガス供給状態への切換を行うと、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御の中断を解除して、混合気圧力制御部Ｈ２が混合気圧力制御を行う(ステップ＃９）。このようにして、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、第２燃料ガス供給状態に切り換える場合に、第２燃料ガス流量調整弁９の開度を予め定めた第２燃料ガス用目標開度とするように第２燃料ガス流量調整弁９の開度を制御した後、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を行うようにしている。
【００４７】
このときの混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御について説明する。
燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３による第２燃料ガス供給状態への切換により第１燃料ガス流量調整弁８を閉状態（開度０％）としているので、第２燃料ガス流量調整弁９の開度のみを制御している。つまり、混合気圧力センサ１１にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも小さい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第２燃料ガス流量調整弁９の開度を閉じ側に制御している。逆に、混合気圧力センサ１１にて検出した混合気圧力が目標圧力よりも大きい場合に、その混合気圧力と目標圧力との差に応じて、第２燃料ガス流量調整弁９の開度を開き側に制御している。これにより、希薄混合気Ｍの空気比を所望の空気比に維持して、失火の発生や排ガス中のＮＯｘ濃度が高くなりすぎるという問題の発生を防止している。
【００４８】
ミキサー２に第１燃料ガスＧ１を供給する等により、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が低下する場合には、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が、「中間貯留量Ｓ２以上」→「中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上」→「下限貯留量Ｓ３未満」と変化することになる。したがって、図２のフローチャートに示すように、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が中間貯留量Ｓ２以上から中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上に変化することで、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を第１燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態へ切り換える（ステップ＃４のＹｅｓの場合、ステップ＃５）。また、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、混合燃料ガス供給状態に維持した状態で、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上から下限貯留量Ｓ３未満に変化することで、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を混合燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態へ切り換える（ステップ＃７のＹｅｓの場合、ステップ＃８）。このようにして、第１燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態への切換を行う場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、まず、第１燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態への切換を行い、混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、混合燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態への切換を行うようにしている。ここで、混合燃料ガス供給状態を所定時間維持する場合の所定時間については、例えば、エンジン出力制御部Ｈ１がエンジン出力制御を行い、且つ、混合気圧力制御部Ｈ２が混合気圧力制御を行うのに要する時間以上の時間に設定されている。
【００４９】
逆に、ミキサー２への第１燃料ガスＧ１の供給を停止した状態でバイオガス発生装置（図示省略）にて発生された第１燃料ガスＧ１を第１燃料ガス貯留部７に貯留している、或いは、バイオガス発生装置（図示省略）にて発生する第１燃料ガスＧ１の発生量が多量である等により、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が増加する場合には、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が、「下限貯留量Ｓ３未満」→「中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上」→「中間貯留量Ｓ２以上」と変化することになる。したがって、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が下限貯留量Ｓ３未満から中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上に変化することで、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を第２燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態へ切り換える（ステップ＃４のＹｅｓの場合、ステップ＃５）。また、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量が中間貯留量Ｓ２未満で且つ下限貯留量Ｓ３以上から中間貯留量Ｓ２以上に変化することで、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を混合燃料ガス供給状態から第１燃料ガス供給状態へ切り換える（ステップ＃１のＹｅｓの場合、ステップ＃２）。このようにして、第２燃料ガス供給状態から第１燃料ガス供給状態への切換を行う場合には、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、まず、第２燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態への切換を行い、混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、混合燃料ガス供給状態から第１燃料ガス供給状態への切換を行うようにしている。ここで、混合燃料ガス供給状態を所定時間維持する場合の所定時間については、例えば、エンジン出力制御部Ｈ１がエンジン出力制御を行い、且つ、混合気圧力制御部Ｈ２が混合気圧力制御を行うのに要する時間以上の時間に設定されている。
【００５０】
〔別実施形態〕
（１）上記実施形態では、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を一旦中断させて、第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を混合燃料ガス用目標開度とするように第１燃料ガス流量調整弁８及び第２燃料ガス流量調整弁９の両者の開度を制御した後、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を行うようにしている。
これに代えて、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、第１燃料ガス流量調整弁８の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度（例えば、開度３５％）とするように第１燃料ガス流量調整弁８の開度を制御するとともに、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御により、混合気供給路３にてエンジン１に供給する混合気圧力が目標圧力となるように第２燃料ガス流量調整弁９の開度を制御するようにしてもよい。このように、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態を混合気燃料ガス供給状態に切り換える場合には、第１燃料ガス流量調整弁８については、混合燃料ガス用目標開度への開度制御を行い、それと同時に、第２燃料ガス流量調整弁９については、混合気圧力制御部Ｈ２による混合気圧力制御を行うことができる。
【００５１】
（２）上記実施形態では、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、第１燃料ガス貯留部７における第１燃料ガスＧ１の貯留残量の変化に応じて、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うようにしている。
これに代えて、図示は省略するが、第１燃料ガス供給路５にて供給される第１燃料ガスＧ１の供給状態の変化に応じて、ミキサー２に対する燃料ガスＧの供給状態について、第１燃料ガス供給状態に切り換えるための第１指令、混合燃料ガス供給状態に切り換えるための混合指令、第２燃料ガス供給状態に切り換えるための第２指令の何れかの指令を行う指令手段を備える。そして、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が、指令手段による指令に基づいて、第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うこともできる。
【００５２】
例えば、第１燃料ガスＧ１であるバイオガスを発生させる際に、エンジン１に悪影響を与えるような不純物が混入していることもあるので、除去装置を用いてその不純物を除去するようにしている。しかしながら、その除去装置の故障等により、エンジン１に悪影響を与えるような不純物が第１燃料ガスＧ１に混入している状態となる場合もある。このような場合には、第１燃料ガス貯留部７に第１燃料ガスが貯留されていても、ミキサー２に対する第１燃料ガスＧ１への供給を中止すべきである。そこで、除去装置の故障等により、エンジン１に悪影響を与えるような不純物が第１燃料ガスＧ１に混入している可能性がある状態となると、指令手段が第２指令を指令することで、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第２燃料ガス供給状態に切り換えて、ミキサー２に対する第１燃料ガスＧ１への供給を中止することができる。
また、第１燃料ガスＧ１であるバイオガスの発熱量が変動する場合もあるので、指令手段は、バイオガスの発熱量に応じて、第１指令、混合指令、第２指令の何れかの指令を行うこともできる。例えば、バイオガスの発熱量が第１設定値以上であると、指令手段が第１指令を指令し、バイオガスの発熱量が第１設定値未満で且つ第１設定値よりも小さい第２設定値以上であると、指令手段が混合指令を指令し、バイオガスの発熱量が第２設定値未満であると、指令手段が第２指令を指令することができる。このようにして、第１燃料ガスＧ１であるバイオガスの発熱量の変動に応じて、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第１燃料ガス供給状態と混合燃料ガス供給状態と第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うこともできる。
【００５３】
（３）上記実施形態では、第１燃料ガスＧ１をバイオガスとしているが、例えば、第１燃料ガスＧ１を炭鉱ガスとすることもできる。
【００５４】
（４）上記実施形態では、貯留残量検出手段１３にて検出する貯留残量を、上限貯留量Ｓ１、中間貯留量Ｓ２、下限貯留量Ｓ３の３段階としているが、これに代えて、例えば、貯留残量検出手段１３にて検出する貯留残量を、上限貯留量Ｓ１、下限貯留量Ｓ３の２段階とすることもできる。この場合、例えば、貯留残量検出手段１３にて検出する貯留残量が下限貯留量Ｓ３以上である場合に、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第１燃料ガス供給状態に切り換え、貯留残量検出手段１３にて検出する貯留残量が下限貯留量Ｓ３未満である場合に燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３が第２燃料ガス供給状態に切り換えることができる。そして、この場合においても、上記実施形態と同様に、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、第１燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態への切換を行う場合において、まず、第１燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態への切換を行い、その混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、混合燃料ガス供給状態から第２燃料ガス供給状態への切換を行うことができる。また、燃料ガス供給状態切換制御部Ｈ３は、第２燃料ガス供給状態から第１燃料ガス供給状態への切換を行う場合においても、まず、第２燃料ガス供給状態から混合燃料ガス供給状態への切換を行い、その混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、混合燃料ガス供給状態から第１燃料ガス供給状態への切換を行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【００５５】
本発明は、燃料ガスと燃焼用空気とを混合して混合気を生成するミキサーと、そのミキサーにて生成された混合気をエンジンに供給する混合気供給路とを備え、前記燃料ガスとして、第１発熱量を有する第１燃料ガスとその第１発熱量よりも高い第２発熱量を有する第２燃料ガスの一方又は両者の混合燃料ガスを用い、前記混合気供給路にて供給される混合気を燃焼させてエンジンを運転させ、コストの低減及び構成の簡素化を図りながら、燃料ガスの発熱量が大幅に変化しても、エンジンに供給する混合気の空気比を所望の空気比に維持でき、エンジンを安定して運転させることができる各種のエンジンシステムに適応可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１ エンジン
２ ミキサー
３ 混合気供給路
５ 第１燃料ガス供給路
６ 第２燃料ガス供給路
７ 第１燃料ガス貯留部
８ 第１燃料ガス流量調整弁
９ 第２燃料ガス流量調整弁
１０ 混合気流量調整弁
Ａ 燃焼用空気
Ｇ 燃料ガス
Ｇ１ 第１燃料ガス（バイオガス）
Ｇ２ 第２燃料ガス（都市ガス）
Ｈ１ エンジン出力制御部
Ｈ２ 混合気圧力制御部
Ｈ３ 燃料ガス供給状態切換制御部
Ｍ 混合気
【特許請求の範囲】
【請求項１】
燃料ガスと燃焼用空気とを混合して混合気を生成するミキサーと、そのミキサーにて生成された混合気をエンジンに供給する混合気供給路とを備え、前記燃料ガスとして、第１発熱量を有する第１燃料ガスとその第１発熱量よりも高い第２発熱量を有する第２燃料ガスの一方又は両者の混合燃料ガスを用い、前記混合気供給路にて供給される混合気を燃焼させてエンジンを運転させるエンジンシステムであって、
前記ミキサーとして、第１燃料ガス供給路にて供給する前記第１燃料ガスと第２燃料ガス供給路にて供給する前記第２燃料ガスとの一方又は両者を混合させた混合燃料ガスと前記燃焼用空気とを混合させて混合気を生成する単一のミキサーが備えられ、
前記第１燃料ガス供給路に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第１燃料ガスの流量を調整自在な第１燃料ガス流量調整弁と、
前記第２燃料ガス供給路に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第２燃料ガスの流量を調整自在な第２燃料ガス流量調整弁と、
前記混合気供給路に備えられて、前記エンジンに供給する混合気の流量を調整自在な混合気流量調整弁と、
エンジン出力が目標出力となるように前記混合気流量調整弁の開度を制御するエンジン出力制御部と、
前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の開度を制御する混合気圧力制御部と、
前記ミキサーに対する燃料ガスの供給状態について、前記第１燃料ガス流量調整弁を開状態とし且つ前記第２燃料ガス流量調整弁を閉状態として前記ミキサーに前記第１燃料ガスのみを供給する第１燃料ガス供給状態と、前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者を開状態として前記ミキサーに前記第１燃料ガスと前記第２燃料ガスとの混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態と、前記第１燃料ガス流量調整弁を閉状態とし且つ前記第２燃料ガス流量調整弁を開状態として前記ミキサーに前記第２燃料ガスのみを供給する第２燃料ガス供給状態との間で切換自在であり、且つ、前記第１燃料ガス供給路にて供給される前記第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記第１燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第２燃料ガス供給状態との間での切換を行う燃料ガス供給状態切換制御部とを備えているエンジンシステム。
【請求項２】
前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記第１燃料ガス供給路にて供給される前記第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記第１燃料ガス供給状態から前記第２燃料ガス供給状態への切換を行う場合及び前記第２燃料ガス供給状態から前記第１燃料ガス供給状態への切換を行う場合の一方又は両方において、まず、前記第１燃料ガス供給状態又は前記第２燃料ガス供給状態から前記混合燃料ガス供給状態への切換を行い、その混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、前記混合燃料ガス供給状態から前記第２燃料ガス供給状態又は前記第１燃料ガス供給状態への切換を行うように構成されている請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項３】
前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度とするように前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を制御した後、前記混合気圧力制御部により前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を制御するように構成されている請求項１又は２に記載のエンジンシステム。
【請求項４】
前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、前記第１燃料ガス流量調整弁の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度とするように前記第１燃料ガス流量調整弁の開度を制御するとともに、前記混合気圧力制御部により前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第２燃料ガス流量調整弁の開度を制御するように構成されている請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項５】
前記第１燃料ガス供給路は、第１燃料ガス貯留部に貯留されている前記第１燃料ガスを前記ミキサーに供給自在に構成され、前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記第１燃料ガス貯留部における前記第１燃料ガスの貯留残量の変化に応じて、前記第１燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うように構成されている請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項６】
前記第１燃料ガス供給路にて供給される前記第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記ミキサーに対する燃料ガスの供給状態について、前記第１燃料ガス供給状態に切り換えるための第１指令、前記混合燃料ガス供給状態に切り換えるための混合指令、前記第２燃料ガス供給状態に切り換えるための第２指令の何れかの指令を行う指令手段が備えられ、前記燃料ガス供給状態切換制御部が、前記指令手段による指令に基づいて、前記第１燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うように構成されている請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項１】
燃料ガスと燃焼用空気とを混合して混合気を生成するミキサーと、そのミキサーにて生成された混合気をエンジンに供給する混合気供給路とを備え、前記燃料ガスとして、第１発熱量を有する第１燃料ガスとその第１発熱量よりも高い第２発熱量を有する第２燃料ガスの一方又は両者の混合燃料ガスを用い、前記混合気供給路にて供給される混合気を燃焼させてエンジンを運転させるエンジンシステムであって、
前記ミキサーとして、第１燃料ガス供給路にて供給する前記第１燃料ガスと第２燃料ガス供給路にて供給する前記第２燃料ガスとの一方又は両者を混合させた混合燃料ガスと前記燃焼用空気とを混合させて混合気を生成する単一のミキサーが備えられ、
前記第１燃料ガス供給路に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第１燃料ガスの流量を調整自在な第１燃料ガス流量調整弁と、
前記第２燃料ガス供給路に備えられて、前記ミキサーに供給する前記第２燃料ガスの流量を調整自在な第２燃料ガス流量調整弁と、
前記混合気供給路に備えられて、前記エンジンに供給する混合気の流量を調整自在な混合気流量調整弁と、
エンジン出力が目標出力となるように前記混合気流量調整弁の開度を制御するエンジン出力制御部と、
前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の開度を制御する混合気圧力制御部と、
前記ミキサーに対する燃料ガスの供給状態について、前記第１燃料ガス流量調整弁を開状態とし且つ前記第２燃料ガス流量調整弁を閉状態として前記ミキサーに前記第１燃料ガスのみを供給する第１燃料ガス供給状態と、前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者を開状態として前記ミキサーに前記第１燃料ガスと前記第２燃料ガスとの混合燃料ガスを供給する混合燃料ガス供給状態と、前記第１燃料ガス流量調整弁を閉状態とし且つ前記第２燃料ガス流量調整弁を開状態として前記ミキサーに前記第２燃料ガスのみを供給する第２燃料ガス供給状態との間で切換自在であり、且つ、前記第１燃料ガス供給路にて供給される前記第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記第１燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第２燃料ガス供給状態との間での切換を行う燃料ガス供給状態切換制御部とを備えているエンジンシステム。
【請求項２】
前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記第１燃料ガス供給路にて供給される前記第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記第１燃料ガス供給状態から前記第２燃料ガス供給状態への切換を行う場合及び前記第２燃料ガス供給状態から前記第１燃料ガス供給状態への切換を行う場合の一方又は両方において、まず、前記第１燃料ガス供給状態又は前記第２燃料ガス供給状態から前記混合燃料ガス供給状態への切換を行い、その混合燃料ガス供給状態を所定時間維持した後、前記混合燃料ガス供給状態から前記第２燃料ガス供給状態又は前記第１燃料ガス供給状態への切換を行うように構成されている請求項１に記載のエンジンシステム。
【請求項３】
前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度とするように前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を制御した後、前記混合気圧力制御部により前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第１燃料ガス流量調整弁及び前記第２燃料ガス流量調整弁の両者の開度を制御するように構成されている請求項１又は２に記載のエンジンシステム。
【請求項４】
前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記混合燃料ガス供給状態に切り換える場合に、前記第１燃料ガス流量調整弁の開度を予め定めた混合燃料ガス用目標開度とするように前記第１燃料ガス流量調整弁の開度を制御するとともに、前記混合気圧力制御部により前記混合気供給路にて前記エンジンに供給する混合気圧力が目標圧力となるように前記第２燃料ガス流量調整弁の開度を制御するように構成されている請求項１〜３の何れか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項５】
前記第１燃料ガス供給路は、第１燃料ガス貯留部に貯留されている前記第１燃料ガスを前記ミキサーに供給自在に構成され、前記燃料ガス供給状態切換制御部は、前記第１燃料ガス貯留部における前記第１燃料ガスの貯留残量の変化に応じて、前記第１燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うように構成されている請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジンシステム。
【請求項６】
前記第１燃料ガス供給路にて供給される前記第１燃料ガスの供給状態の変化に応じて、前記ミキサーに対する燃料ガスの供給状態について、前記第１燃料ガス供給状態に切り換えるための第１指令、前記混合燃料ガス供給状態に切り換えるための混合指令、前記第２燃料ガス供給状態に切り換えるための第２指令の何れかの指令を行う指令手段が備えられ、前記燃料ガス供給状態切換制御部が、前記指令手段による指令に基づいて、前記第１燃料ガス供給状態と前記混合燃料ガス供給状態と前記第２燃料ガス供給状態との間での切換を行うように構成されている請求項１〜４の何れか１項に記載のエンジンシステム。
【図１】
【図２】
【図２】
【公開番号】特開２０１３−４７４９６（Ｐ２０１３−４７４９６Ａ）
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１８６３１９（Ｐ２０１１−１８６３１９）
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
【公開日】平成２５年３月７日（２０１３．３．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年８月２９日（２０１１．８．２９）
【出願人】（００００００２８４）大阪瓦斯株式会社 (2,453)
【出願人】（０００００４１２３）ＪＦＥエンジニアリング株式会社 (1,044)
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