JPS6148621B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、主燃料として燃料ガス（以下、ガ
スという）を使用すると共に、副燃料として着火
油を併せて使用するガスエンジンの燃料供給系に
設けられて、ガスエンジンへの着火油の噴射量を
制御するガスエンジンの着火油噴射量制御装置に
関するものである。 一般に、この種のガスエンジンでは、燃焼室内
に噴射される着火油の噴射量は、ガスエンジンの
負荷、すなわち出力の大小に無関係に、ガスエン
ジンの全負荷運転時（負荷率100％）における全
燃料消費量の熱量比で10％前後に設定されてい
る。したがつて、ガスの供給量はガスエンジンの
負荷率の増大に伴つて増加するが、着火油の噴射
量は常に一定である。たのため、この従来のガス
エンジンの燃料供給方法では、ガスエンジンが全
負荷あるいは高負荷運転されている場合には、ガ
スエンジンの燃焼室に吸気される空気ガス混合気
体の着火性は良好でガスエンジンの燃焼作動には
問題はないが、他方、ガスエンジンの負荷率が低
下して、低負荷運転されている場合には、燃焼室
内に供給されるガス量が著しく減少することか
ら、燃焼室に吸気される空気ガス混合気体の着火
性が極めて悪くなり、ガスの燃焼が不安定になる
といつた不都合があつた。 ところで、本願発明者の実験によれば、ガスエ
ンジンを、低負荷運転領域から高負荷運転領域に
至るまで安定して燃焼作動させるには、着火油の
噴射量の割合（以下、全負荷運転時のガスと着火
油の燃料消費量の合計に対する百分比で示す。）
を、ガスエンジンの負荷率に対応して増減させれ
ば可能であることが判明した。具体的には、第８
図に示す様に例えば全負荷運転（負荷率100％）
時では、着火油の噴射量の割合が５〜６％で中間
負荷運転（負荷率25％）時では、25〜30％の値と
なり、着火油の噴射量の割合（％）とガスエンジ
ンの負荷率（％）の関係は第８図に示すように、
中間運転（負荷率25％）時を境として各々傾きの
異なる直線で表わされる。 以上の点に鑑みこの発明は成されたものであつ
て、この発明は、検出されたガスエンジンの負荷
率の変動に対応して着火油の噴射量を連続的に可
変制御して、低負荷領域から高負荷領域に至るま
でのガスエンジンの燃焼の安定化が図れると共
に、その着火油の消費量を最適にすることができ
るガスエンジンの着火油噴射量制御装置を提供す
ることを目的とするものである。 上記の目的を達成するための本発明の構成を、
実施例に対応する第１図乃至第６図、特に第３図
乃至第６図を用いて説明する。 すなわち、本発明は、始動時は液体燃料の噴射
を主体とするデイーゼルモードにより作動し、常
時は、主燃料をガス燃料、着火用として液体燃料
を使用するガスエンジンにおいて、ガスエンジン
の出力値に基づいて正逆回転される円板カム３９
と、この円板カム３９の回転によつて昇降作動さ
れるプツシユロツド４０と、このプツシユロツド
４０に押されて該プツシユロツド４０の昇降作動
と連動し、且つ着火油ポンプ２の着火油噴射量を
制御するラツク２ａと結合されてこれと一体に前
記デイーゼルモードの位置（第６図Ａ）から前記
ガスモードの位置（第６図Ｂ又はＣ）に移動する
操作バー４５と、前記プツシユロツド４０の側と
反対側から突出して、ガスモードの位置迄移動せ
しめられた前記操作バー４５を前記プツシユロツ
ド４０と共に挾持して仮止するピストンロツド３
４を有するパワーシリンダ３３と、を備えたこと
を特徴としている。 上記本発明によれば、ガスエンジンの出力値に
基づいて円板カム３９が正逆回転し、これによ
り、プツシユロツド４０及び操作バー４５が昇降
作動する。ここにおいて、操作バー４５が第６図
Ａのデイーゼルモードの位置から、カム面によつ
て第６図Ｂ乃至Ｃのガスモードの位置に迄押し上
げられると、この操作バー４５とラツク加減ロツ
ド４２を介して結合されるラツク２ａは、着火油
ポンプ２からの着火油噴射量が減少（DEC）方
向となるように作動する。この時、上記操作バー
４５は、パワーシリンダ３３から突出するピスト
ンロツド３４によつて、実施例ではストツパロツ
ド４４を介して押えられて、プツシユロツド４０
との間に挾持されて仮止されることから、加減ロ
ツド４２を介して上記ラツク２ａも上記着火油の
噴射量が減少するガスモードの位置に仮止され、
安定したガスモードによる作動が行なわれる。 以下、この発明を図示の一実施例により説明す
る。 はじめに、第１図のブロツク図及び第２図によ
り、この発明の着火油噴射量制御装置７の一実施
例が設けられたガスエンジンの燃料供給系の構成
の概要を説明する。ガスの供給量を制御するガス
制御弁１とラツク２ａの操作により着火油の噴射
量を調整するようになつている着火油ポンプ２に
は、並列にエンジンガバナ３の出力部４に連結さ
れていて、各々ガス側伝動部５及び着火油側伝動
部６を介して操作されるようになつている。そし
て、上記着火油ポンプ２と着火油側伝動部６との
間にはラツク２ａのストロークをガスエンジンの
負荷率に対応して操作する着火油噴射量制御装置
７が設けられている。 一方、上述の燃料供給系の操作側には、後述す
る制御回路１０に対してガスエンジンの始動と停
止信号を出力する操作盤Ｐと、ガバナ３の作動ス
トロークに対応してガスエンジンの回転速度、吸
気量、燃料噴射量等、ガスエンジンの出力に相関
性のある運転要素を検出して、それに対応した出
力値をガスエンジン負荷信号Spとして制御回路
１０に入力する上記着火油噴射量制御装置７を構
成する出力センサ８とガスエンジンの過速度、過
熱、燃料もれなどを検知して、ガスエンジンの異
常信号Snを制御回路１０に入力する異常センサ
９と、上記出力センサ８あるいは異常センサ９の
信号Sp，Snにより、作動空気圧発生機構１１に
所定の制御信号Ssを出力する制御回路１０と、
後述の第１、第２のシリンダ装置２３，３２に作
動空気を送る作動空気圧発生機構１１と、を有し
ている。尚上記制御回路１０は、第４図に示すよ
うに後述する着火油噴射量制御装置７を構成する
ステツプモータ３６に対して、出力センサ８のガ
スエンジン出力信号Spに対応する指令信号Sqを
出力すると共に、該制御回路１０には、上記ステ
ツプモータ３６の回転角度を検出する回転検出器
３７からの回転角度検出信号Saが、フイードバ
ツクされる様になつている。 次に、第２図により、上記構成を詳細に説明す
る。 (a) 出力部４ 出力部４は、ガスエンジンに付設されたガバ
ナ３の出力レバー１２により、ロツド１３を介
して駆動される作動軸１４と、この作動軸１４
の先端に固定したクランク軸１６に保持されて
いるアクセルクランク１５とを有している。こ
のアクセルクランク１５は、その中間位置が上
記クランク軸１６に回動自在に取り付けられて
おり、しかもクランク軸１６及びアクセルクラ
ンク１５は、ガバナ３の駆動により作動軸１４
を中心として、図面左向きの増勢（FORCE）
方向と、右向きの減勢（FEEBLE）方向に揺
動される構成となつている。 (b) ガス側伝動部５ ガス側伝動部５は、一端側が、アクセルクラ
ンク１５の下端部にロツド１７を介して連結さ
れていると共に、他端側がガス制御弁１のコン
トロールレバー１９にロツド１８を介して連結
されているガス側伝動軸２０と、このガス側伝
動軸２０の途中に固定されたガス側戻しレバー
２１とを有している。さらに、このガス側戻し
レバー２１の左側には、ガス側戻しレバー２１
のストツパ２２が設けられている。このストツ
パ２２の取付位置は、ガス制御弁１の閉成位
（CLOSE）に対応した揺動位置でガス側戻しレ
バー２１がストツパ２２に当る様に設定されて
いる。また、このガス側戻しレバー２１の右側
には、同戻しレバー２１を上記ストツパ２２側
に押動するガス側操作付勢手段としての第１の
シリンダ装置２３が設けられている。 (c) 着火油側伝動部６ 着火油側伝動部６は、一端側がアクセルクラ
ンク１５の上端部にロツド２４を介して連結さ
れていると共に、他端側が、ロツド２５、ダツ
シユポツト型ばね伸縮器より成る差動器２６、
及び調整レバー２８を介して、この調整レバー
２８と一体に連結されたアクセルレバー２７に
連結されている着火油側伝動軸２９と、この着
火油側伝動軸２９の途中に固定された着火油側
戻しレバー３０とを有している。この着火油側
戻しレバー３０の左側には、着火油側戻しレバ
ー３０のストツパ３１が設けられている。この
ストツパ３１の取付位置は、着火油ポンプ２の
減少位（DEC）に対応した揺動位置で着火油
側戻しレバー３０がストツパ３１に当る様に設
定されている。また、この着火油側戻しレバー
３０の右側には、同戻しレバー３０を上記スト
ツパ３１側に押動する着火油側操作付勢手段と
しての第２のシリンダ装置３２が設けられてい
る。 (d) 着火油噴射量制御装置７ 着火油噴射量制御装置７は、第３図及び第４
図に示すように、上述の出力センサ８と、次に
述べる着火油ポンプ２のラツク２ａのストロー
クを加減操作する操作手段とより成る。この操
作手段は、作動空気発生機構１１により作動さ
れるパワーシリンダ３３と、このパワーシリン
ダ３３のピストンロツド３４に押されて取付台
３５ａとともに直線移動され、後述の操作バー
４５のストロークをあらかじめ設定するストロ
ーク設定ストツパ３５と、出力センサ８からガ
スエンジン出力信号Spが制御回路１０に入力
されることで制御回路１０より出力される指令
信号Sqにより駆動されるステツプモータ３６
と、回転軸３６ａに取り付けられてステツピン
グモータ３６の回転角を検知して、回転角度検
出信号Saを制御回路１０にフイードバツクす
る回転角検出器３７と、上記ステツピングモー
タ３６と回転軸３６ａとの断続操作をするクラ
ツチ３８と、上記回転軸３６ａに取り付けられ
たカム３９と保持板４０ａに通挿されこのカム
３９の外周のカム面３９ａに倣うローラ４０ｂ
を介して上記ピストンロツド３４の伸縮方向に
沿つて直線往復運動されるカム３９の従節とし
てのプツシユロツド４０と、ステツピングモー
タ３６の回転方向と逆回転方向に強制的に回転
軸３７をもどすリターンスプリング４１と、前
記着火油ポンプ２のラツク２ａとアクセルレバ
ー２７を連結したラツク加減ロツド４２に一端
部が固着されると共に、他端部がガイド杆４３
に案内されており、上記ストローク設定ストツ
パ３５に固着されたストツパロツド４４及びプ
ツシユロツド４０によりラツク加減ロツド４２
の軸方向に適宜押動操作される操作バー４５と
により構成されている。 上記パワーシリンダ３３は、作動空気圧発生
機構１１の作動により、ピストンロツド３４が
伸長される様になつている。このピストンロツ
ド３４が伸長されると、ストローク設定ストツ
パ３５を押圧することになり、この状態におい
てストツパロツド４４の先端に上記操作バー４
５が当接されると、ラツク２ａのストローク
は、ガスエンジンがガスモードで運転可能なガ
スエンジンの中間負荷率例えば中間負荷率25％
に対応する着火油の噴射量に設定される様にな
つている。この中間負荷率に対応する着火油の
噴射量は、例えば第５図Ａに示すように７Kg/
ｈｒとされ、この値は、設定指針Ｓにより噴射量
目盛板Ｍに指示される。 尚、ストローク設定ストツパ３５の設定厚み
ｄは、ガスエンジンの出力及び排気量の大小に
より設定され、中間負荷率（25％）に対応する
着火油の噴射量を多くとる場合は、設定厚みｄ
を厚くすればよい。 一方、上記ステツピングモータ３６のトルク
は、上記パワーシリンダ３３のシリンダ出力
と、リターンスプリング４１のトルクと差動器
２６の引張力との合力に比して大となるように
設定されている。 次に、上記カム３９のカム面３９ａのプロフイ
ールは、第７図のカム線図により表される。この
カム線図は、カム３９の回転角θを横軸として、
プツシユロツド４０のリフト量Ｌと、着火油噴射
量Ｇを縦軸にとつて描いた線図である。すなわ
ち、カム回転角θが０゜から270゜までの範囲で
は、プツシユロツドのリフト量Ｌは、例えば傾き
25/270でリニアーに増加し、カム回転角θが270
゜から300゜までの範囲では、その傾きが０゜か
ら270゜までの範囲の傾きに比して小とされてい
る。そしてカム回転角θ＝270゜（θ_１）の時に
は、プツシユロツドのリフト量Ｌは例えば第７図
のように25mmに設定されており、この設定リフト
量L₁だけプツシユロツド４０がリフトされる
と、これに伴つて直動される操作バー４５は、ス
トツパロツド４４に当接される位置までリフトさ
れる様になつている。 しかして、カム３６のカム面３９ａは、カム回
転角θ＝０の時には、ラツク加減ロツド４２が差
動器２６により着火油（OIL）の噴射量増勢側
（INC）に引かれて、ガスエンジンはデイーゼル
モード（負荷率０〜25％）に設定され、カム回転
角θ＝270゜（θ_２）の時には、操作バー４５が
プツシユロツド４０によりリフトされてガスエン
ジンはデイーゼルモードからガスモードに設定さ
れ、さらにカム回転角θ＝270゜（θ_１）からθ
＝300°（θ_２）に至ると操作バー４５はさらに
リフトされ、ガスモード（負荷率25〜100％）と
なる様に構成されている。 尚、前述のガス側伝動軸２０と着火油側伝動軸
２９には、ガスエンジンが何かの不都合で即座に
停止したい場合の安全装置としての手動停止部４
６が、ロツド４７，４８を介して連結されてい
る。この手動停止部４６は、正常時に両伝動軸２
０，２９をリリースして、自由位置（FREE）に
あるハンドル４９を、下方に倒して停止位置
（STOP）側に回すと、時計回りに回転する停止
カム５０と、これら停止カム５０により押上げら
れて両伝動軸２０，２９をロツド４７，４８を介
して図面反時計方向に回動させる停止レバー５
１，５２とを有している。 次に、以上の構成における作用を説明する。 まず、操作盤Ｐの始動ボタンを押して、制御回
路１０に対してガスエンジンの始動信号を出力し
て、ガスエンジンを始動する。始動した時点で
は、ガスエンジンの負荷率が低いことから（25％
以下）、出力センサ８から制御回路１０に入力さ
れる検出負荷としてのガスエンジン負荷信号Sp
の値は低い。このため、制御回路１０の制御信号
Ssにより作動空気圧発生機構１１が作動され
て、ガス側の第１シリンダ装置２３がプツシユ作
動されると共に、着火油側の第２シリンダ装置３
２がリリース作動され、これと同時に着火油噴射
量制御装置７のパワーシリンダ３３はプツシユ作
動される。すなわち、ガス側戻しレバー２１は、
ストツパ２２側に押動されることから、ガス制御
弁１は閉成位（CLOSE）になる。また着火油側
戻しレバー３０は自由状態になり、アクセルクラ
ンク１５の不端部が不動に固定されるので、ガバ
ナ３の駆動によりクランク軸１６が増勢
（FORCE）方向に移動されることから、着火油
ポンプ２は増大位（INC）に保持され、したがつ
てガスエンジンは、次第に増速して所定の回転速
度にセツトされる。尚上記パワーシリンダ３３が
ブツシユ作動されたことで、ストツパロツド４４
はプリセツトされたことになる。 次に、制御回路１０の制御信号Ssが再び作動
空圧発生機構１１に入力されて、ガス側の第１の
シリンダ装置２３がリリース作動され、第２のシ
リンダ装置３２はリリースされたままの状態にあ
る。すなわち、ガス側伝動軸２０はガバナ３によ
り駆動操作自在とされると共に着火油ポンプ２は
増大位（INC）にある。そして、出力センサー８
の検出負荷が増大（０〜25％）するのに伴つてガ
ス制御弁１は除々に開成位（OPEN）側に移ると
共に、これに連動して出力センサー８の検出負荷
に対応するガスエンジン負荷信号Spが制御回路
１０に入力されて、その制御回路１０からは指令
信号Sqがステツピングモータ３６に入力され、
クラツチ３８が入る。したがつてカム３９はステ
ツピングモータ３６により、ガスエンジンの負荷
率の上昇（０〜25％）に伴つてカム回転角θが０
゜から270゜（θ_１）まで急速に回転される。こ
れより、カム３９は、プツシユロツド４０を介し
て操作バー４５をストツパロツド４４に当接する
まで設定リフト量L₁だけ、差動器２６、リター
ンスプリング４１に抗して押上げ第６図Ａから第
６図Ｂの状態に至る。 しかして、ラツク加減ロツド４２は減少側
（DEC）に動かされると共に、プツシユロツド４
０のリフト量に対応して動く移動指針Ｔは、目盛
板Ｍのプラス側からゼロポジシヨン側に移動さ
れ、ガスエンジンの負荷率の増大に比例して着火
油の噴射量を指示する。そして最終的には、第５
図Ｂに示すように設定指針Ｓに移動指針Ｔが重合
されることになる。即ち、ガスエンジンは中間負
荷状態（負荷率25％）に達して、デイーゼルモー
ドからガスモードに切り換わり、着火油の設定噴
射量は７Kg/hrに設定される。尚、カム３９の回
転角θは回転角検出器３７により常に検出されて
おり、その回転角θの情報は制御回路１０を経て
ステツピングモータ３６の回転角を適宜制御す
る。 さらに、ガスエンジンの負荷率が25％〜100％
（ガスモード）の高負荷領域になると、ガバナ３
の作動によりさらにガス制御弁１が開かれて、ガ
スの供給量が増大される。一方、出力センサー８
の検出負荷が増大することから、さらにステツピ
ングモータ３６はさらに回転され、ガスエンジン
の負荷率の上昇（25〜100％）に伴つてカム回転
角が270゜（θ_１）から300（θ_２）まで回転され
る。これより、カム３９は、プツシユロツド４０
を介して操作バー４５を、差動器２６、リターン
スプリング４１及びパワーシリンダ３３に抗して
さらに設定リフト量L₂だけ押し上げ、第６図Ｂ
から第６図Ｃの状態に至る。したがつて、ラツク
加減ロツド４２はさらに減少側（DEC）に動か
されると共に、移動指針Ｔは、第５図Ｃに示す様
に目盛板Ｍの設定噴射量７Kg/hrの位置からさら
にゼロポジシヨン側に移動され、ガスエンジンの
負荷率の増大に比例して設定噴射量７Kg/hrより
小さい例えば３Kg/hrの着火油の噴射量を指示す
る。 次に、再びガスエンジンの負荷率が高負荷率領
域（25％〜100％）から低負荷率領域（〜25％）
に低下すると、クラツチ３８ははずされる。した
がつて、カム３９はリターンスプリング４１のト
ルクにより逆回転されてカム回転角θ＝０の状態
に復帰すると共に、操作バー４５及びラツク加減
ロツド４２は、ガバナ３の駆動により、着火油の
増大位側（INC）にもどされることになる。この
ことから、ガスエンジンはガスモードからデイー
ゼルモードに復帰することになる。この際、もし
クラツチ３８が何らかの故障によりはずれない場
合には、ステツピングモータ３６を正規の回転と
逆方向に回転させて、ラツク加減ロツド４２を強
制的に増大側（INC）にもどせばよい。 さらに、ガスエンジン運転中に、操作盤Ｐから
制御回路１０に停止指令を出すか、あるいは異状
センサ９からの異常信号Snが制御回路１０に入
力されると、作動空気圧発生機構１１が作動して
ガス側及び着火油側の第１、第２のシリンダ装置
２３，３２がプツシユ作動される。すなわち、ガ
ス制御弁１及び油ポンプ２はともに閉鎖され、ガ
ス及び着火油の噴射量はゼロとなり、ガスエンジ
ンの作動は停止することになる。そしてパワーシ
リンダ３３のピストンロツド３４は収縮されると
共に、クラツチ３８ははずされる。またガスエン
ジン運転中に、何らかの事故等で運転を急停止し
たい場合は、ハンドル４９を押下げてSTOP側に
すると、停止カム５０が図面時計方向に回動し
て、ガス側と着火油側の停止レバー５１，５２を
押上げることから、ロツド４７，４８を介してガ
ス制御弁１と着火油ポンプ２はともに閉鎖されて
ガスエンジンは停止される。 この様に、出力センサ８により検出されたガス
エンジンの負荷率の変動に対応して着火油の噴射
量を連続的に可変制御することができ、低負荷領
域から全負荷領域に至るまでのガスエンジンの燃
焼の安定化が図れ、そして着火油の噴射量をガス
エンジンの負荷率に適合する最適量にすることが
できることになる。そしてカム３９の形状及びス
トローク設定ストツパ３５の厚みを変えることに
よつて、デイーゼルモードからガスモードに変わ
る着火油の噴射量を適宜調整することができる。 以上説明したようにこの発明によれば、始動時
は液体燃料油の噴射を主体とするデイーゼルモー
ドにより作動し、常時は燃料ガスの噴射を主体と
するガスモードにより作動するガスエンジンの燃
料供給系に設けられる着火油噴射量制御装置にお
いて、着火油ポンプ２の着火油噴射量を制御する
ラツク２ａの作動を、該ラツク２ａと結合される
操作バー４５の、プツシユロツド４０を介して行
なうカム３９の正逆回転に基づく昇降作動に連動
して行なわしめるようにしたので、従来のバネ及
びダイアフラムを介してラツクを作動させる方式
に比し、その作動が確実で微妙な調整作動が可能
となる。 また、ラツク２ａと一体に操作バー４５が、カ
ム３９に押動されて着火油噴射量を減少させるガ
スモードの位置に移動された時には、該操作バー
４５をプツシユロツド４０とストンロツド３４と
の間に挾持させて仮止めさせるようにしたので、
常時のガスモード時の燃焼が安定化し、熱効率の
良い運転が可能となる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明に係るガスエンジンの着火
油噴射量制御装置の一実施例が設けられた燃料供
給系の構成ブロツク図、第２図は、同燃料供給系
の斜視図、第３図は、着火油噴射量制御装置の操
作手段の構成を示す正面図、第４図は同着火油噴
射量制御装置の側面図、第５図は、着火油の噴射
量を示す目盛板と指針の位置関係を示す説明図、
第６図Ａ，Ｂ，Ｃは、第５図Ａ，Ｂ，Ｃの状態
各々対応する着火油噴射制御装置の作動状態を示
す動作説明図、第７図は、プツシユロツドのリフ
ト量、カム回転角及び着火油噴射量との関係を示
すグラフ、第８図は、ガス噴射量に対する着火油
噴射量の割合と、ガスエンジンの負荷率との関係
を示すグラフである。 １……ガス制御弁、２……着火油ポンプ、８…
…出力センサ、３３……パワーシリンダ、３５…
…ストローク設定ストツパ、３６……ステツピン
グモータ、３７……回転角検出器、３８……クラ
ツチ、３９……カム、４０……プツシユロツド、
４１……リターンスプリング、４２……ラツク加
減ロツド、４４……ストツパロツド、４５……操
作バー。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 始動時は液体燃料の噴射を主体とするデイー
   ゼルモードにより作動し、常時は、主燃料をガス
   燃料、着火用として液体燃料を使用するガスエン
   ジンにおいて、 ガスエンジンの出力値に基づいて正逆回転され
   る円板カム３９と、 この円板カム３９の回転によつて昇降作動され
   るプツシユロツド４０と、 このプツシユロツド４０に押されて該プツシユ
   ロツド４０の昇降作動と連動し、且つ着火油ポン
   プ２の着火油噴射量を制御するラツク２ａと結合
   されてこれと一体に前記デイーゼルモードの位置
   から前記ガスモードの位置に移動する操作バー４
   ５と、 前記プツシユロツド４０の側と反対側から突出
   して、ガスモードの位置迄移動せしめられた前記
   操作バー４５を前記プツシユロツド４０と共に挾
   持して仮止するピストンロツド３４を有するパワ
   ーシリンダ３３と、を備えたことを特徴とするガ
   スエンジンの着火油噴射量制御装置。