特許 7598186 ガスエンジン発電システム

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-12-03

(45)【発行日】2024-12-11

(54)【発明の名称】ガスエンジン発電システム

(51)【国際特許分類】

   F02D 19/02 20060101AFI20241204BHJP

   F02B 43/10 20060101ALI20241204BHJP

   F02B 43/12 20060101ALI20241204BHJP

   F02D 19/08 20060101ALI20241204BHJP

   F02D 29/06 20060101ALI20241204BHJP

   F02D 35/00 20060101ALI20241204BHJP

   F02D 45/00 20060101ALI20241204BHJP

   F02M 21/02 20060101ALI20241204BHJP

   F02P 15/08 20060101ALI20241204BHJP

【ＦＩ】

F02D19/02 A

F02B43/10 Z

F02B43/12

F02D19/08 C

F02D29/06 H

F02D35/00 368Z

F02D45/00 368Z

F02M21/02 N

F02P15/08 302A

【請求項の数】 5

(21)【出願番号】P 2024182608

(22)【出願日】2024-10-18

(62)【分割の表示】P 2024148471の分割

【原出願日】2024-08-30

【審査請求日】2024-10-18

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】524325627

【氏名又は名称】ＹＧＫエンジニアリング合同会社

(74)【代理人】

【識別番号】100080090

【弁理士】

【氏名又は名称】岩堀 邦男

(72)【発明者】

【氏名】林 義正

(72)【発明者】

【氏名】岡部 貴

【審査官】津田 真吾

(56)【参考文献】

【文献】特許第７３２５８７８（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】特開２０１２－１８８９３６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－１７１９７５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－２１５９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開昭５９－２３１１５４（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ０２Ｄ １９／００

Ｆ０２Ｄ ２９／０６

Ｆ０２Ｄ ３５／００

Ｆ０２Ｄ ４５／００

Ｆ０２Ｍ ２１／０２

Ｆ０２Ｂ ４３／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バイオ系の主燃料ガスが貯留される主燃料ガス容器と、非バイオ系の支援ガスが貯留される支援ガス圧力容器と、ガスエンジンと、前記主燃料ガスと前記支援ガスとが混合されてなる混合ガス燃料を前記ガスエンジンに供給するミキサとを備えると共に、前記ガスエンジンの動力にて発電機を駆動する構成とされてなり、
前記ガスエンジンは、シリンダ内に２個の点火プラグと吸気バルブと排気バルブとが配設され、両前記点火プラグから所定距離をおいて前記シリンダ内の内周壁面に火炎の強弱の程度を検知する火炎センサが装着され、該火炎センサはＥＣＵに連通され、前記シリンダの火炎の爆発力が所定以下のときには前記ＥＣＵにより前記シリンダ内に前記支援ガスを供給してなることを特徴とするガスエンジン発電システム。

【請求項2】

請求項１に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記火炎センサは、両前記点火プラグとを結ぶ仮想第１直線の中心に対して直交する仮想第２直線と前記シリンダの前記内周壁面との両当接箇所の少なくとも一方に設けられてなることを特徴とするガスエンジン発電システム。

【請求項3】

請求項１に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記火炎センサは、両前記点火プラグとを結ぶ仮想第１直線の中心に対して直交する仮想第２直線と前記シリンダの前記内周壁面との両当接箇所に設けられてなることを特徴とするガスエンジン発電システム。

【請求項4】

請求項１又は２に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記火炎センサは、碍子部内に先端が該碍子部から突出する第１電極及び第２電極を有し、前記第１電極と前記第２電極間をギャップとし、該ギャップに火炎粒子が十分に到達するときには前記ギャップに電流が発生して前記ＥＣＵは火炎が安定と判断し、前記ギャップに火炎粒子が十分に到達しないときは前記ギャップに電流が発生せず火炎が不安定と判断し、前記ＥＣＵは前記支援ガスを供給することを特徴とするガスエンジン発電システム。

【請求項5】

請求項１又は２に記載のガスエンジン発電システムにおいて、排気系にＯ2センサが配設されたことを特徴とするガスエンジン発電システム

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、食物残滓，動物の糞尿などの無酸素状態で加熱された有機物から生成される燃料によって稼働し、且つ燃料の可燃性物質を有効に燃焼させて稼働させることができる作動効率の極めて高いガスエンジン発電システムに関する。

【背景技術】

【0002】

一般的に家畜動物の糞尿又は生ゴミ，残滓は、無酸素状態で蒸し焼きにして固化して埋め立てるというゴミ処理が行われており、その過程で発生するガスが大気に放出されることにより環境汚染につながるという問題がある。そこで、近年、家畜等の動物の糞尿又は食物の生ゴミ，残滓等による有機物から生成されるガスを燃料(バイオ系ガス燃料とも呼ばれる)として稼働するエンジンが発電用或いは通常の動力用として使用されるようになってきた。このような、バイオ系ガス燃料を使用した従来技術として、特許文献１(特開２００９－１７４３９２号公報)が存在する。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００９－１７４３９２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

食物残淳を発酵させたり、産業廃棄物を無酸素状態で蒸し焼きにして体積を減少させる過程で可燃ガスを含むガスが発生する。このようなガスのことを、便宜上Ｓガス(主燃料ガスＧ1)と称することにする。該Ｓガス(主燃料ガスＧ1)中の可燃ガスの割合は小さいが、１立方メートル当たり２０Ｍｊ、即ち２０Ｍｊ／ｍ^３もあれば、そのまま捨てるにはもったいないことになる。しかし、このガス中には二酸化炭素ＣＯ2が可燃ガス以上に含まれる。

【0005】

ＣＯ2は消火器にも使われるように燃焼を阻害する。理論的にはもし前記Ｓガス(主燃料ガスＧ1)をエンジンのシリンダ中で燃焼でき、Ｓガス(主燃料ガスＧ1)のエネルギを動力に変換して発電機を駆動できれば、省エネルギ化に大きく寄与することができる。Ｓガス(主燃料ガスＧ1)中の可燃ガスとして、一酸化炭素ＣＯ,水素Ｈ2やメタンＣＨ4があるが、これらのガス着火温度は高く、ディーゼルエンジンの様に圧縮熱で着火することはできない。

【0006】

さらに、バイオ系ガス燃料からなる粗ガスをガスエンジンに使用するにあたって、以下の問題点が存在する。まず、粗ガスは前述したように、家畜の糞尿又は食物の残滓を原料とするいわゆる人工的なガスである。さらに、粗ガスにはＣＯやＨ2等の無機物が含まれることもある。そのため、この粗ガスは、天然のガス(プロパンやメタン)に比べて産出量が少ない。そのため、大型のガスタービンに供するほどの量は確保し難い。よって、特許文献１に開示されたスターリングエンジンは外燃機関であり、前述した粗ガスをそのまま、スターリングエンジンに適用することは極めて困難であり、且つ不向きである。

【0007】

次に、家畜の糞尿又は食物の残滓を無酸素状態で蒸し焼きにしたり発酵させる過程で可燃性のガス(これを粗ガスと称する)が発生し、これをガスエンジンの燃料とするものであるが、この粗ガスには二酸化炭素(ＣＯ2)が多く含まれることが多い。通常、特許文献１にみられるような技術では、ガスタービン又はスターリングエンジンは、連続燃焼であり、燃料中に二酸化炭素がある程度混在していても燃焼が可能である。しかし、火花点火エンジンでは、吸入・圧縮・点火膨張・排気を繰り返す間欠燃焼であり、燃料中の二酸化炭素が点火及び火炎核の構成と火炎の伝播を妨害する可能性がある。このような点において、火花点火エンジンでは、特許文献１に開示されている技術は適用され難いものである。

【0008】

しかし、粗ガスを構成するいくつかの成分の中には、可燃性のものも含まれている。そして、この可燃性の成分を廃棄せずに、そのエネルギを徹底的に有効利用し、この燃え難いガスを２００kＷ以下の火花点火エンジンの燃料として使い、その動力で発電機を駆動して電気エネルギに変換することができるのであれば、再生資源の有効活用となり、環境保全に大いに寄与することになる。

【0009】

本発明の目的は、火花点火エンジンにおいて家畜の糞尿又は食物の残滓からなるバイオ系の粗ガスを最大限に有効に利用し、ひいては再生資源の有効活用及び環境保全に寄与することができるガスエンジン発電システムを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0010】

そこで、発明者は上記課題を解決すべく鋭意，研究を重ねた結果、請求項１の発明を、バイオ系の主燃料ガスが貯留される主燃料ガス容器と、非バイオ系の支援ガスが貯留される支援ガス圧力容器と、ガスエンジンと、前記主燃料ガスと前記支援ガスとが混合されてなる混合ガス燃料を前記ガスエンジンに供給するミキサとを備えると共に、前記ガスエンジンの動力にて発電機を駆動する構成とされてなり、
前記ガスエンジンは、シリンダ内に２個の点火プラグと吸気バルブと排気バルブとが配設され、両前記点火プラグから所定距離をおいて前記シリンダ内の内周壁面に火炎の強弱の程度を検知する火炎センサが装着され、該火炎センサはＥＣＵに連通され、前記シリンダの火炎の爆発力が所定以下のときには前記ＥＣＵにより前記シリンダ内に前記支援ガスを供給してなることを特徴とするガスエンジン発電システムとしたことにより、上記課題を解決した。

【0011】

請求項２の発明を、請求項１に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記火炎センサは、両前記点火プラグとを結ぶ仮想第１直線の中心に対して直交する仮想第２直線と前記シリンダの前記内周壁面との両当接箇所の少なくとも一方に設けられてなることを特徴とするガスエンジン発電システムとしたことにより、上記課題を解決した。

【0012】

請求項３の発明を、請求項１に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記火炎センサは、両前記点火プラグとを結ぶ仮想第１直線の中心に対して直交する仮想第２直線と前記シリンダの前記内周壁面との両当接箇所に設けられてなることを特徴とするガスエンジン発電システムとしたことにより、上記課題を解決した。

【0013】

請求項４の発明を、請求項１又は２に記載のガスエンジン発電システムにおいて、前記火炎センサは、碍子部内に先端が該碍子部から突出する第１電極及び第２電極を有し、前記第１電極と前記第２電極間をギャップとし、該ギャップに火炎粒子が十分に到達するときには前記ギャップに電流が発生して前記ＥＣＵは火炎が安定と判断し、前記ギャップに火炎粒子が十分に到達しないときは前記ギャップに電流が発生せず火炎が不安定と判断し、前記ＥＣＵは前記支援ガスを供給することを特徴とするガスエンジン発電システムとしたことにより、上記課題を解決した。

【0014】

請求項５の発明を、請求項１又は２に記載のガスエンジン発電システムにおいて、排気系にＯ2センサと三元角触媒が配設され、前記Ｏ2センサと前記三元角触媒とが設けられたことを特徴とするガスエンジン発電システムとしたことにより、上記課題を解決した上記課題を解決したものである。

【発明の効果】

【0015】

請求項１の発明では、バイオ系の主燃料ガスが貯留される主燃料ガス容器と、非バイオ系の支援ガスが貯留される支援ガス圧力容器と、ガスエンジンと、前記主燃料ガスと前記支援ガスとが混合されてなる混合ガス燃料を前記ガスエンジンに供給するミキサとを備えたものであり、前記ガスエンジンは、シリンダ内に２個の点火プラグと、吸気バルブと、排気バルブと、火炎センサが配設されたものである。

【0016】

火炎センサは、両前記点火プラグから両前記点火プラグから所定距離をおいて前記シリンダ内の内周壁面に装着されており、シリンダ内のガス燃料の燃焼における火炎の強弱の程度を検知する役目をなす。そして、火炎センサは、ＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)に連通され、前記シリンダ内の火炎の爆発力が所定以下のときには前記ＥＣＵにより前記シリンダ内に前記支援ガスを供給する構成としたものである。

【0017】

上記の構成としたことで、シリンダ内に送り込まれる混合ガスのバイオ系の主燃料ガスの濃度が高くなり、点火プラグによる混合ガス火炎の燃焼状態が悪くなると、火炎センサがこの状態を検知して、火炎センサからＥＣＵに信号が送られ、該ＥＣＵがミキサ内に支援ガスを適量送り込み、ミキサを介してガスエンジンのシリンダ内に良好な混合ガスを送り込むことができきる。

【0018】

このように、本発明では、シリンダ内に火炎センサが装着される極めて簡単な構成により、点火プラグの火花により点火された燃料の火炎の状態をＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)が判断し、ミキサを介してシリンダ内に吸入される混合ガス燃料の主燃料ガスと支援ガスとの比率を良好に維持し、ガスエンジンの良好な稼働を維持できる。特に、発電機を備えているため、該発電機を駆動して電気エネルギに変換することができるので、再生資源の有効活用となり、環境保全に大いに寄与できる。

【0019】

請求項２の発明では、前記火炎センサは、両前記点火プラグとを結ぶ仮想第１直線の中心に対して直交する仮想第２直線と前記シリンダの前記内周壁面との両当接箇所の少なくとも一方に設けられる構成により、火炎センサが両前記点火プラグから等しい距離に位置することとなり、前記火炎センサは、両前記点火プラグから点火された火炎をより一層、正確に検知(感知)することができ、この情報をＥＣＵに伝達し、該ＥＣＵにガス燃料に対して支援ガスを供給するか否かを判断させることができる。

【0020】

請求項３の発明では、前記火炎センサは、両前記点火プラグとを結ぶ仮想第１直線の中心に対して直交する仮想第２直線と前記シリンダの前記内周壁面との両当接箇所に設けられる構成により、シリンダ内に装着される火炎センサは２個となり、この２個の火炎センサを設けたことにより、両前記点火プラグから点火された火炎をさらにより一層、正確に検知(感知)する精度を向上させることができ、そのため、さらに一層良好な、シリンダ内の燃焼状態を維持することができる。

【0021】

請求項４の発明では、前記火炎センサは、碍子部内に先端が該碍子部から突出する第１電極及び第２電極を有し、前記第１電極と前記第２電極間をギャップとし、該ギャップに火炎粒子が十分に到達するときには前記ギャップに電流が発生して前記ＥＣＵは火炎が安定と判断し、前記ギャップに火炎粒子が十分に到達しないときは前記ギャップに電流が発生せず火炎が不安定と判断し、前記ＥＣＵは前記支援ガスを供給する構成としたことで、火炎センサは、極めて簡単な構成にすると共に高い精度でシリンダ内のガス燃料の状態を検知(感知)することができる。

【0022】

請求項５の発明では、請求項１又は２に記載のガスエンジン発電システムにおいて、排気系にＯ2センサが配設された構成により、該Ｏ2センサを前記火炎センサと併用することにより、ミキサを介してシリンダ内のガス燃料(混合ガス燃料と空気)における混合ガス燃料の主燃料ガスと支援ガスとの混合比率を良好に維持し、つまり理論空燃比又は略理論空燃比に維持し、シリンダ内の良好な燃焼状態を維持できる。

【図面の簡単な説明】

【0023】

【図1】本発明の全体の構成を説明する略示構成図である。

【図2】本発明の動作を示す行程図(フローチャート図)である。

【図3】（Ａ）は本発明におけるガスエンジンのシリンダとヘッドシリンダヘッドの火炎センサの位置を示す要部断面図、（Ｂ）は（Ａ）のＹ1－Ｙ1矢視断面図、（Ｃ）は（Ｂ）のＸ1－Ｘ1矢視断面図、（Ｄ）は（Ｃ）の(α)部拡大断面図である。

【図4】（Ａ）は火炎センサの一部断面にした正面図、（Ｂ）は火炎センサの縦断正面図、（Ｃ）乃至（Ｅ）は（Ｂ）の(β)部における各状態の拡大図である。

【図5】（Ａ）は火炎の状態を示すグラフ、（Ｂ）及び（Ｃ）は火炎と火炎センサの状態図である。

【図6】（Ａ）は火炎の状態を示すグラフ、（Ｂ）及び（Ｃ）は火炎と火炎センサの状態図である。

【図7】（Ａ）はミキサの縦断正面図、（Ｂ）はミキサの平面図、（Ｃ）は主燃料ガス低圧調整弁及び支援ガス低圧調整弁の縦断正面図である。

【図8】（Ａ），（Ｂ）は本発明におけるデューティを示すグラフ、（Ｃ）は本発明におけるデューティ及び理論空燃比を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0024】

以下、本発明の実施形態について図面に基づいて説明する。本発明におけるガスエンジン発電システムは、主に主燃料ガス系として主燃料ガス容器１１と、主燃料ガス遮断弁１２と、主燃料ガス低圧調整弁１３と、主燃料ガス圧力センサ１４とを備え、支援ガス系として支援ガス容器２１と、支援ガス遮断弁２２と、支援ガス低圧調整弁２３とを備え、その他にミキサ３と、ＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)４と、ガスエンジン７とを備えた構成とされている(図１参照)。さらに、ガスエンジン７を構成するシリンダ７１には火炎センサ９が備わっている(図３参照)。主燃料ガス容器１１には主燃料ガスＧ1が充填され、支援ガス容器２１には支援ガスＧ2が充填される。

【0025】

それぞれの機器は、相互に関連するもの同士が管路(主燃料ガス管路５１及び支援ガス管路５２)で連結されている。そして、主燃料ガス容器１１内の主燃料ガスＧ1と、支援ガス容器２１内の支援ガスＧ2は、それぞれの圧力が適宜調整されつつミキサ３に送られ、ミキサ３内にて主燃料ガスＧ1と支援ガスＧ2とが混合されて、混合ガス燃料Ｇ3が生成され、該混合ガス燃料Ｇ3が空気Ｇ0と交わりつつガスエンジン７に向かって送り込まれるようになっている。

【0026】

これらの構成によって、バイオマス系の粗ガスである主燃料ガスＧ1と、都市ガス等の支援ガスＧ2がミキサ３によって混合されて混合ガス燃料Ｇ3としてガスエンジン７に供給され、さらに別に供給される空気Ｇ0と共にガスエンジン７を稼働させる(図２参照)。本発明において主燃料ガスＧ1は、牛，豚等の家畜の糞尿或いは生ごみを無酸素状態で加熱して発生したガスで、粗ガスと称されることもある。支援ガスＧ2は、都市ガス等の一般的なガスが使用される。

【0027】

本発明におけるガスエンジン発電システムの構成は、図１に略示構成図として示されている。また、図２は、本発明におけるガスエンジン発電システムの動作を示す行程図(フローチャート図とも言う)であり、ガスエンジン発電システムにおける主燃料ガス容器１１内の主燃料ガスＧ1と、支援ガス容器２１内の支援ガスＧ2とがミキサ３にて混合され、混合ガス燃料Ｇ3が生成され、該混合ガス燃料Ｇ3がガスエンジン７へ供給される迄の行程は、図２に記載されている。

【0028】

主燃料ガス容器１１と支援ガス容器２１は、それぞれ独立した別々の主燃料ガス管路５１及び支援ガス管路５２によってミキサ３に連結している。主燃料ガス容器１１内の主燃料ガスＧ1と、支援ガス容器２１内の支援ガスＧ2はそれぞれ別の主燃料ガス管路５１及び支援ガス管路５２を介してミキサ３に送られ、ミキサ３内で初めて主燃料ガスＧ1と支援ガスＧ2とが混合され、ミキサ３の内部で混合ガス燃料Ｇ3が生成される。

【0029】

ガスエンジン７は、シリンダ７１とシリンダヘッド７２とを備えており、１又は複数のシリンダ７１及びシリンダヘッド７２が直列に配置された構造を有するものである(図３参照)。シリンダ７１には、ピストンが上下運動可能に収納され、シリンダ７１の上部にシリンダヘッド７２が設けられ、該シリンダヘッド７２の下面がヘッド内頂壁面７２ａとして形成されている。該ヘッド内頂壁面７２ａは、略球面形状さらに具体的には扁平球面状凹面をなしている〔図３(Ｂ)参照〕。シリンダヘッド７２には、吸気ポート７３及び排気ポート７４が設けられており、ヘッド内頂壁面７２ａには吸気ポート７３の開口及び排気ポート７４の開口がそれぞれ形成されている。シリンダ７１は、水平方向の断面は真円である。

【0030】

前記シリンダヘッド７２には、２個の点火プラグ８１，８２と、吸気バルブ８４及び排気バルブ８５が設けられている〔図３(Ａ)，（Ｂ）参照〕。前記シリンダヘッド７２（又は前記シリンダ７１）の上面側から平面的に見て、２個の点火プラグ８１，８２と、吸気バルブ８４及び排気バルブ８５が適正に配置されるようにして設けられている。具体的には、２個の点火プラグ８１，８２，吸気バルブ８４，排気バルブ８５が等間隔に４等分となるようにして周回りに配されている〔図３(Ｃ)参照〕。吸気バルブ８４は、前記吸気ポート７３の開口を開閉し、排気バルブ８５は前記排気ポート７４の開口を開閉する。

【0031】

２個の点火プラグ８１，８２は、同一物であり、ヘッド内頂壁面７２ａにそれぞれのギャップ８１ａ，８２ａが突出するようにして装着されている〔図３(Ｂ)参照〕。２個の点火プラグ８は、説明の便宜上区別するため、何れか１つを第１点火プラグ８１と称し、他方を第２点火プラグ８２と称する。ここで、第１点火プラグ８１は、シリンダヘッド７２の吸気ポート７３からシリンダ７１内に流入するガス燃料(混合ガス燃料Ｇ3と空気Ｇ0との混合ガス)の噴射噴流を最初に受けるものとする。

【0032】

次に、火炎センサ９ついて説明する。該火炎センサ９の役目は、シリンダ７１内の燃料ガスである混合ガス燃料Ｇ3と空気Ｇ0との混合ガスの爆発による火炎の状態を検知するものである。そして、この火炎の勢いの強弱を検知した火炎センサ９の信号がＥＣＵ(エンジンコントロールユニット)４に送られ、これによって、混合ガス燃料Ｇ3と空気Ｇ0との混合状況の良否がＥＣＵ４によって判断され、さらにミキサ３に支援ガスＧ2を供給するか否かを判断するものである(図１，図２参照)。

【0033】

火炎センサ９は、シリンダ７１内の第１点火プラグ８１と第２点火プラグ８２からから所定距離をおいてシリンダ７１内の円周状の内周壁面７１ａに装着される〔図３(Ｃ)，図５（Ｂ），（Ｃ），図６（Ｂ），（Ｃ）参照〕。前記所定距離とは略遠距離であり、具体的には、シリンダ７１内の第１点火プラグ８１と第２点火プラグ８２からから遠距離となる位置のシリンダ７１の内周壁面７１ａに装着されている。シリンダ７１内への火炎センサ９の装着位置を、第１点火プラグ８１及び第２点火プラグ８２からできる限り遠距離とすることで、シリンダ７１内における燃料ガス(混合ガス燃料Ｇ3と空気Ｇ0)の燃焼状態を全体的に検知(感知)し易いものにでき、燃料ガスの燃焼状態を正確に検知して、ＥＣＵ４により一層正確な情報を送り易いものにできる。

【0034】

火炎センサ９のシリンダ７１内の装着について、詳述すると、シリンダ７１内に第１点火プラグ８１と第２点火プラグ８２とを結ぶ仮想第１直線Ｌ1を設定し、さらに、該仮想第１直線Ｌ1の中心に直交する水平方向の仮想第２直線Ｌ2を設定する〔図３(Ｃ)参照〕。前記仮想第１直線Ｌ1と前記仮想第２直線Ｌ2は共に、シリンダ７１の円周の直径中心Ｑを通過する。また、仮想第１直線Ｌ1と仮想第２直線Ｌ2とは高さ方向にて異なり、両者は交わるものではない。

【0035】

次に、該仮想第２直線Ｌ2の両端と、シリンダ７１の内周壁面７１ａとの当接する箇所を火炎センサ９の設置位置とする〔図３(Ｃ)参照〕。火炎センサ９は、シリンダ７１の内周壁面７１ａと、仮想第２直線Ｌ2の交点となる箇所に設けられるものであり、該交点は２箇所となり、火炎センサ９は２個備えられる。また、二つの交点の内の一つのみに火炎センサ９が設けられる構成でも構わない。つまり、この場合では火炎センサ９は１個となる。また、火炎センサ９がシリンダ７１の内周壁面７１ａに配置される位置は、上記条件に限定されず、内周壁面７１ａの何れの位置に設けても良く、この場合においては、火炎センサ９の数は、３以上でも構わない。

【0036】

本発明では、火炎センサ９の数は２個とし、２個の火炎センサ９をシリンダ７１の内周壁面７１ａに装着することを前提として説明する。シリンダヘッド７２のヘッド内頂壁面７２ａは、前述したように、球面状の凹状面であり、この球面状の外形は円形状であり、シリンダ７１の内周壁面７１ａの円周と同一直径となる。そして、シリンダヘッド７２に装着される第１点火プラグ８１と第２点火プラグ８２とを結ぶ仮想第１直線Ｌ1は、前述したように、原則としてシリンダ７１の直径中心Ｑを通過するものであり、仮想第１直線Ｌ1の中心の位置はシリンダ７１の直径中心Ｑの位置となる。したがって、仮想第１直線
Ｌ1の中心箇所で水平方向に直交する仮想第２直線Ｌ2もシリンダ７１の直径中心Ｑを通過する〔図３(Ｃ)参照〕。

【0037】

これによって、火炎センサ９の位置は、第１点火プラグ８１及び第２点火プラグ８２のそれぞれのギャップ８１ａ，８２ａの位置から最大の遠距離であり、且つ等距離である〔図３(Ｃ)参照〕。火炎センサ９は、一つのシリンダ７１に対して１個又は２個設けられる。実際には、火炎センサ９は、第１点火プラグ８１と第２点火プラグ８２のそれぞれのギャップ８１ａ，８２ａの位置から等距離となるシリンダ７１の内周壁面７１ａに設けられる。

【0038】

火炎センサ９は、碍子部９１とケース部９２と、コネクタ部９３ａ，９３ｂと第１電極９４ａ ，第２電極９４ｂと、コネクタ部９３ａと第１電極９４ａ 及びコネクタ部９３ｂと第２電極９４ｂとをそれぞれ連通する連通線９５ａ，９５ｂとからなる〔図３（Ｄ），図４(Ａ)，（Ｂ）参照〕。つまり、コネクタ部９３ａと第１電極９４ａとは、連通線９５ａにて導通しており、コネクタ部９３ｂと第２電極９４ｂとは、連通線９５ｂによって導通している。前記両第１電極９４ａ,第２電極９４ｂ間に隙間となる空隙が設けられ、該空隙を第１電極９４ａと第２電極９４ｂとのギャップ９４ｓと称する〔図４(Ａ)，（Ｂ）参照〕。

【0039】

火炎センサ９におけるシリンダ７１の内周壁面７１ａへの装着については、火炎センサ９が内周壁面７１ａに埋め込まれるようにして装着される〔図３(Ｃ)，（Ｄ）参照〕。具体的には、火炎センサ９のケース部９２の一部には外ネジ９２ａが形成されており〔図４(Ａ)参照〕、シリンダ７１の内周壁面７１ａには、火炎センサ９の取付孔７１ｂが形成されている。該取付孔７１ｂには、内ネジ７１ｃが形成されている。そして、火炎センサ９の外ネジ９２ａと、取付孔７１ｂの内ネジ７１ｃとが螺合して、火炎センサ９が、シリンダ７１の内周壁面７１ａに装着されるものである〔図３(Ｃ)，（Ｄ）参照〕。

【0040】

前述したように、火炎センサ９は、シリンダ７１内のガス燃料の爆発による火炎Ｋの強弱の程度を検知する役目をなすものであり、火炎センサ９に連通されるＥＣＵ４に、火炎の状態を伝達することによって、該ＥＣＵ４にミキサ３内に支援ガスＧ2を供給するか否かを判断させるものである(図５，図６参照)。

【0041】

以下、火炎センサ９とＥＣＵ４とによる、ミキサ３内における支援ガスＧ2の供給の有無を判断する行程を説明する。まず、ガスエンジン７の稼働時において、シリンダ７１内にてガス燃料が第１点火プラグ８１及び第２点火プラグ８２により爆発することによって、この爆発による火炎Ｋの火炎粒子ｋａが火炎センサ９の第１電極９４ａ,第２電極９４ｂの周囲を包囲する〔図４(Ｃ)，図５（Ｂ）参照〕。多数の火炎粒子ｋａが両第１電極９４ａ ，第２電極９４ｂに十分に到達するときには、第１電極９４ａと第２電極９４ｂとのギャップ９４ｓにイオン電流が発生してＥＣＵ４は火炎Ｋが安定と判断し、支援ガスＧ2の供給は行わない〔図５（Ｂ）， 図４(Ｃ)参照〕。

【0042】

このときの状況は、図５（Ａ）の火炎状態を示す説明図の正常な燃焼の領域で、具体的に(1)の部分である。さらに、ガス燃料の爆発の勢いが弱くなり、第１電極９４ａ,第２電極９４ｂの第１電極９４ａと第２電極９４ｂとのギャップ９４ｓに到達する火炎粒子ｋａが少なくなり始めても、爆発を維持できるとＥＣＵ４が判断したときには、支援ガスＧ2の供給は行われない〔図５（Ａ）に(2)，図５(Ｃ)参照〕。

【0043】

次に、第１電極９４ａ,第２電極９４ｂにガス燃料の爆発による火炎粒子ｋａが十分に到達しないときは、第１電極９４ａと第２電極９４ｂとの第１電極９４ａと第２電極９４ｂとのギャップ９４ｓに電流が発生せずＥＣＵ４は火炎Ｋの状態が不安定と判断する〔図６（Ｂ），図４(Ｄ)参照〕。そして、ＥＣＵ４が火炎Ｋの状態が不安定と判断するとは、火炎センサ９の第１電極９４ａと第２電極９４ｂとのギャップ９４ｓに到達する火炎粒子ｋａが極めて少ないとＥＣＵ４が判断することである。

【0044】

このときＥＣＵ４は、支援ガスＧ2を供給する判断を下し、ミキサ３に支援ガスＧ2を供給することになる。このときの状況は、図６（Ａ）の火炎状態を示す説明図の「火炎は届いているが弱い」の領域で、具体的に(3)の部分である。また、第１電極９４ａ,第２電極９４ｂにガス燃料の爆発による火炎粒子ｋａが完全に到達しないときは、失火状態となる〔図６（Ｃ），図４(Ｅ)参照〕。

【0045】

さらに、火炎Ｋの状況について詳述すると、火炎Ｋは伝播するが、分子が活性化している火炎Ｋの外周はイオン化していて導電性がある。モデル実験による高速度撮影の結果では、第１点火プラグ８１(又は第２点火プラグ８２)の火花により点火された混合ガス燃料Ｇ3と空気Ｇ0との混合ガスの爆発による火炎Ｋは同心円状に広がるが、第１点火プラグ８１と第２点火プラグ８２のそれぞれのギャップ８１ａ，８２ａを起点として成長拡大する二つの火炎Ｋ，Ｋが接する、上下方向に広がってゆく〔図５(Ｂ)参照〕。これは、火炎Ｋの前面(先端部分)が同じプラス同士なので反発しあっているからだと考えられている。

【0046】

火炎センサ９は、第１点火プラグ８１と第２点火プラグ８２との最も遠距離となる部分で、火炎Ｋの到達が最も遅れて到達する部分に取り付けられ、その状況を検出してＥＣＵ４に送る。火炎センサ９を介して、ＥＣＵ４が火炎Ｋの到達状況が悪くなると判断すると、支援ガス低圧調整弁２３の出口圧力を上げて支援ガスＧ2の流量を増大させる。即ち、シリンダ７１内で失火が起こりそうになれば、ＥＣＵ４から支援ガス低圧調整弁２３によって支援ガスＧ2の流量が増えるように命令を出し、支援ガスＧ2の圧力Ｐ2が若干高くなるように制御する。

【0047】

次に、シリンダ７１内における第１点火プラグ８１と第２点火プラグ８２によって点火した混合ガス燃料Ｇ3と空気Ｇ0による混合ガスの爆発の火炎Ｋと、火炎センサ９との状態を説明する。まず、図５に示すように、火炎Ｋは第１点火プラグ８１と第２点火プラグ８２のそれぞれのギャップから、同芯円状に拡がる。このとき、火炎Ｋは電荷を帯びているため、第１点火プラグ８１と第２点火プラグ８２のそれぞれのギャップ８１ａ，８２ａから生じた火炎Ｋ，Ｋは、それぞれの火炎前面(「フレームフロント」とも言う)が近づくと互いに反発して、火炎前面は、第１点火プラグ８１と第２点火プラグ８２とを結ぶ仮想第１直線Ｌ1に対して直交する仮想第２直線Ｌ2に沿って長くなるように拡がる。そのため、第１点火プラグ８１と第２点火プラグ８２によって生じた二つの火炎Ｋ，Ｋは、広がって火炎センサ９に到達するまで、爆発から所定時間を有する。

【0048】

主燃料ガスＧ1は、ＣＯ2を多量に含んでおり、主燃料ガスＧ1を燃焼させるために、理論空燃比であるか否かに係わらず支援ガスＧ2が加えられて混合ガス燃料Ｇ3とすることが必要である。シリンダ７１内において、混合ガス燃料Ｇ3と空気Ｇ0の混合ガスによる火炎Ｋの広がりにおいて、火炎センサ９の両第１電極９４ａ,第２電極９４ｂの位置に火炎前面が到達すると、両第１電極９４ａ,第２電極９４ｂとのギャップ９４ｓにイオン電流が十分の流れ〔図４(Ｃ)参照〕、安定した燃焼が実現されていることが示される〔図５(Ａ)，（Ｂ）参照〕。

【0049】

燃焼状態が不良であると、火炎前面が火炎センサ９の両第１電極９４ａ,第２電極９４ｂに到達しても、イオン電流は小さくなる〔図４（Ｄ）参照〕。ここで、火炎Ｋの勢いが多少衰えても、第１電極９４ａ,第２電極９４ｂに届く火炎粒子ｋａの量が少なくなっても、そのままの状態で稼働を続ける〔図５(Ｃ)参照〕。さらに、火炎Ｋが火炎センサ９に到達しないと、火炎センサ９の第１電極９４ａと第２電極９４ｂとのギャップ９４ｓにイオン電流は流れず〔図４(Ｅ)参照〕、ＥＣＵ４によって支援ガスＧ2を増量する命令が出される〔図６（Ａ），(Ｂ)参照〕。なお、図６（Ｃ）は、完全に失火した状態である。

【0050】

次に、参考として、第１点火プラグ８１と第２点火プラグ８２によって火炎Ｋが生じたときからどのくらいの時間で、シリンダ７１全体に到達するかを述べておく。エンジンの回転数に関わらずエンジンが安定して稼働するには、膨張行程に入ってクランクシャフトの回転角で１２０度以内である。これを時間に換算すると、２５００ｒｐｍの場合、６０ｓ／２５００ｒ×１２０度／３６０度＝０.００８ｓである。すなわち、第１点火プラグ８１と第２点火プラグ８２によって火炎Ｋが生じたときからシリンダ７１全体に到達する時間は、８ｍｓである。

【0051】

また、ガスエンジン７の排気系(排気ポート７４側のエグゾーストパイプ等)にＯ2センサ５４が設けられることもある(図１参照)。そして、空燃比は排気系に装着されたＯ2センサ５４からの信号で、ＥＣＵ４によって理論空燃比になるように、ミキサ３に供給するガス燃料の圧力が支援ガス低圧調整弁２３によって調整される。排気系の後流には三元触媒５５が設けられ、排気中のＨＣ／ＣＯ／ＮＯｘを無害化するが、そのためにはシリンダ７１内で燃焼後には、酸素も可燃性の物質(燃料)も余らないように、エンジンを理論空燃比で作動させなければならない。

【0052】

そのために前記Ｏ2センサ５４で排気中のＯ2濃度を検出して空燃比を理論空燃比になるようにＥＣＵ４でフィードバック制御を行う。具体的には、Ｏ2センサ５４で検出した空燃比が、理論空燃比がより薄いと判断された場合にも、支援ガスＧ2の流量を増やす。空燃比の調整は可燃成分が明らかでない主燃料(主燃料ガスＧ1)ではなく、支援ガスＧ2の流量の増減で行う。このように、Ｏ2センサ５４と前記火炎センサ９とを併用することにより、ミキサ３を介してシリンダ７１内のガス燃料(混合ガス燃料Ｇ3と空気Ｇ0)における混合ガス燃料Ｇ3の主燃料ガスＧ1と支援ガスＧ2との混合比率を良好に維持し、つまり理論空燃比又は略理論空燃比に維持し、シリンダ７１内の良好な燃焼状態を維持できる。

【0053】

主燃料ガス容器１１には、粗ガスである主燃料ガスＧ1が充填されている。また、主燃料ガス容器１１には一次減圧弁１１ａが設けられている。主燃料ガス容器１１とミキサ３とは主燃料ガス管路５１にて連結されている。また、主燃料ガス容器１１とミキサ３との間の主燃料ガス管路５１には、主燃料ガス遮断弁１２，主燃料ガス低圧調整弁１３，主燃料ガス圧力センサ１４が直列状に設けられている(図１参照)。

【0054】

主燃料ガス容器１１から排出される主燃料ガスＧ1は、主燃料ガス容器１１に装着されている一次減圧弁１１ａにて約５０kPa程度まで減圧され、さらに主燃料ガス低圧調整弁１３で３kPa程度の大気圧に近い圧力まで減圧される。このとき、一次減圧弁１１ａによって主燃料ガス容器１１から排出される主燃料ガスＧ1が一気に３kPa程度の大気圧に近い圧力まで減圧できるのであれば、主燃料ガス低圧調整弁１３は設けられず、これを不要としてもかまわない。

【0055】

支援ガス容器２１には支援ガスＧ2が充填されている。支援ガス容器２１には、一次減圧弁２１ａが設けられている。支援ガス容器２１とミキサ３とは支援ガス管路５２にて連結されている。また、支援ガス容器２１とミキサ３との間の支援ガス管路５２には、支援ガス遮断弁２２，支援ガス低圧調整弁２３が直列状に設けられている。支援ガス容器２１から排出される支援ガスＧ2は、支援ガス容器２１に装着されている一次減圧弁２１ａにて約５０kPa程度まで減圧され、さらに支援ガス低圧調整弁２３で３kPa程度の大気圧に近い圧力まで減圧される。

【0056】

特に、主燃料ガスＧ1中の可燃ガスとして、一酸化炭素ＣＯ,水素Ｈ2やメタンＣＨ4があるが、これらのガス着火温度は高く、ディーゼルエンジンの様に圧縮熱で着火することはできない。そこで電気火花で点火して火炎が広がるのを助けるために、入手し易いプロパンＣ3Ｈ8を支援ガスとして主燃料ガスＧ1に予混合する火花点火エンジンシステムとすることも可能である。

【0057】

ミキサ３は、ミキサボディ３１と、スロットル３２とを有し、前記ミキサボディ３１は第１入口部３１ａと第２入口部３１ｂと導入管部３１ｃとを有し、該導入管部３１ｃ内にはベンチュリ部３１ｄが形成され、該ベンチュリ部３１ｄの外周には、仕切り壁３１ｆを介して円環状空間３１ｅが形成されている〔図７(Ａ)，（Ｂ）参照〕。仕切り壁３１ｆには、円環状スリット３１ｇが形成され、該円環状スリット３１ｇを介して前記円環状空間３１ｅと前記ベンチュリ部３１ｄ内とが連通されている。

【0058】

また、第１入口部３１ａと第２入口部３１ｂは共に円環状空間３１ｅと連通している。つまり、第１入口部３１ａと第２入口部３１ｂとは円環状空間３１ｅを介して連通する構成となっている。ベンチュリ部３１ｄの排出側にはスロットル３２が設けられている。ミキサ３の第１入口部３１ａには主燃料ガス系の主燃料ガス管路５１と連通しており、主燃料ガスＧ1の入口となっている。また、第２入口部３１ｂには支援ガス系の支援ガス管路５２と連通しており、支援ガスＧ2の入口となっている。ミキサ３は、吸気マニフォールドから吸気バルブを経て、２点点火のガスエンジン７のシリンダに吸い込まれる。

【0059】

次に、主燃料ガス低圧調整弁１３と支援ガス低圧調整弁２３について説明する。主燃料ガス低圧調整弁１３と支援ガス低圧調整弁２３とは、構造及び差動は同一であり、主燃料ガス低圧調整弁１３を主として説明する〔図７(Ｃ)参照〕。なお、括弧付き符号は支援ガス低圧調整弁２３に係る符号である。低圧コントローラやＥＣＵ４からの信号が入っていないときは、スプリング１３ｂ(２３ｂ)に押し戻されてアーマチャ１３ａ(２３ａ)の先端のシール部材１３ｃ(２３ｃ)がノズル１３ｄ(２３ｄ)を塞いでいる。

【0060】

ＥＣＵ４からパルス信号が入ると、コイル１３ｈ(２３ｈ)により発生する磁力でアーマチャ１３ａ(２３ａ)は引き上げられ間隙ｋｓができ、主燃料ガス容器１１(の１次減圧弁１１ａ)からの主燃料ガスＧ1はダイアフラム１３ｅ(２３ｅ)で区画された小室１３ｆ(２３ｆ)に流入する。そしてその主燃料ガスＧ1は遮断弁又はミキサ３に流れ出るので該小室１３ｆ(２３ｆ)内の圧力が下がる。なお、主燃料ガス低圧調整弁１３と支援ガス低圧調整弁２３には大気を開放する貫通孔が形成されている。これは、大気開放孔１３ｇ(２３ｇ)であり、ダイアフラム１３ｅ(２３ｅ)の動きをよくする役目をなすものである。

【0061】

コイル１３ｈ(２３ｈ)にはＥＣＵ４から矩形波のアーマチャ１３ａ(２３ａ)を駆動する信号が入る。図８（Ａ）はこの信号の形態である。エンジンが稼働しているときはto(s)の周期(周波数は1／to)でt(S)だけ通電する。通電中は磁界が発生し、アーマチャ１３ａ(２３ａ)はスプリング１３ｂ(２３ｂ)の力に打ち勝って引き上げられ間隙ｋｓが形成され、主燃料ガスＧ1(支援ガスＧ2)が流れる。ここで、別に行った可視化実験の結果ではシール部材１３ｃ(２３ｃ)はパタパタしているのではなく、デューティが大きくなると間隙ｋｓは大きくなる。これは可動部分の慣性とヒステリシスなどのためである。

【0062】

また、符号１３ｊは、主燃料ガス低圧調整弁１３の流入口であり主燃料ガス容器１１及び主燃料ガス遮断弁１２と主燃料ガス管路５１を介して連通し、主燃料ガス容器１１，主燃料ガス遮断弁１２を介して主燃料ガスＧ1が主燃料ガス低圧調整弁１３内に供給される役目をなす。符号１３ｋは、主燃料ガス低圧調整弁１３の排出口でありミキサ３に連通し、ミキサ３へ主燃料ガスＧ1を供給する役目をなす。

【0063】

さらに、符号２３ｊは、支援ガス低圧調整弁２３の流入口であり、支援ガス容器２１及び支援ガス遮断弁２２と支援ガス管路５２を介して連通し、支援ガス容器２１，支援ガス遮断弁２２を介して支援ガスＧ2が支援ガス低圧調整弁２３内に供給される役目をなす。符号２３ｋは、支援ガス低圧調整弁２３の排出口でありミキサ３に連通し、ミキサ３へ支援ガスＧ2を供給する役目をなす。

【0064】

次に、参考として、家畜の糞尿を発酵させたり、生ゴミを無酸素状態で蒸し焼きにして生成した主燃料ガス(便宜上Ｓガス『主燃料ガスＧ1』と呼ぶ)の成分を体積割合でメタン(CH4)４０％、一酸化炭素(CO)３０％、二酸化炭素(ＣＯ2)３０％として、このガスがシリンダ７１内で燃焼できるか否かについて述べる。

【0065】

Ｓガス(主燃料ガスＧ1)1モル(標準状態２２.４リットル)中の各成分の質量を求める。
ＣＨ4の分子量は１６だから０.４モルの質量は１６×０.４ =６.４ｇ
ＣＯの分子量は２８だから０.３モルの質量は２８×０.３ = ０.３４ｇ
ＣＯ2１の分子量は４４だから０.３モルの質量は４４×０.３ = １３.２ｇ
従ってＳガス(主燃料ガスＧ1)1モルの質量は２５ｇ(空気とほぼ等しい)。
Ｓガス(主燃料ガスＧ1)の密度(１ｍ³の質量kg)は２８ｇ×１０００／２２.４＝１.２５ｋｇ／ｍ^３

【0066】

次にＳガス(主燃料ガスＧ1)の発熱量を求める。
ＣＨ4の発熱量は３６.１Ｍｊ/ｍ³だから０.４４ｍ³では
３６.１×０.４＝１４.４４
ＣＯの発熱量は１２.６６Ｍｊ/ｍ³だから０.３ｍ³では
１２．６×０.３＝３.８
ＣＯ2の発熱量は０だから０x０.３＝０である。

【0067】

従ってＳガス(主燃料ガスＧ1)1ｍ³の発熱量は１８.２Mj/ｍ³であり、これはプロパン(Ｃ3Ｈ8) ９０.７Ｍ j/ｍ³の約２０％であり、回生する意義があると判断される。しかし、消火器にも使われる二酸化炭素(ＣＯ2)が主燃料中３０％を占めるので、シリンダ７１内では可燃領域に入らないことについて以下に説明する。２点点火のガソリンエンジンで排気還流(EGR)量をエンジンの運転限界まで増大させると、理論空燃比の場合、シリンダ７１に吸入した混合気中のＣＯ2濃度が、１０％が安定燃焼の限界であった。

【0068】

そこで、Ｓガス(主燃料ガスＧ1)だけを使ってエンジンを運転できたと仮定して、Ｓガス(主燃料ガスＧ1)の理論空燃比を求める。まず、Ｓガス(主燃料ガスＧ1)１モル(２８ｇ)を燃焼させるのに必要な空気の質量を算出する。

【0069】

ＣＨ4 + ２Ｏ2＝ＣＯ2 + 2Ｈ2Ｏ すなわち２モルのＯ2が要る。
ＣＨ4が０.４モルならば2モル×０．４=０．８モルのＯ2が要る。
ＣＯ+１／２Ｏ2＝ＣＯ2すなわち１／２モルのＯ2が要る。
ＣＯが０.３モルならば０.５モルx０.３＝０.１５モルのＯ2が要る。
ＣＯ2は燃焼しないのでＯ2は必要ない。
Ｓガス(主燃料ガスＧ1)１モルを燃焼させるためには ０.８＋０.１５モル＝０.９９５モル(３０.４ｇ)のＯ2が必要である。

【0070】

一方、空気1モル(2 8,8 g)中のＯ2の質量は３２ｇ×０.２１＝６.７２なので(３ ０.４ｇ／６.７ ２)×２ ８.８ =１３０.３gの空気が必要である。
従って、主燃料ガスＧ1の理論空燃比は１３０.３／２８ｇ＝４.６ ４
理論空燃比がプロパンの１５.６やガソリンの１４.７に比べて小さいのは燃える成分が少ないということを意味する。

【0071】

１０％を基準としてシリンダ内で燃焼できるか否かについて考察する。
化学式と数式を省略すると、Ｓガス(主燃料ガスＧ1)１モル２８ｇを燃焼させるのに必要な１０１.３リットルが必要である。これは４.５２２モル質量では１３０.２ｇ相当する。主燃料ガスＧ1の理論空燃料比は１３０.２g／２８g＝４.６５となり、
プロパンの１５.６、ガソリンの１４.７よりかなり小さい。これは燃えるものが少ないことを意味する。

【0072】

次に、点火直前のＣＯ2濃度が前述の１０％以下を基準としてシリンダ内で燃焼できるか否かについて考察する。
前述したシリンダ７１に吸入した混合気中のＣＣｂ濃度が１０ ％以下になるような支援ガスの、Ｓガス(主燃料ガスＧ1)に対する体積割合を求める。
単独では燃焼が不可能なＳガス(主燃料ガスＧ1)を燃焼させるために、燃焼支援ガス(以後、支援ガス)を加え混焼させる場合に必要なプロパンをＸモルとすると、
０．１≧(Ｓガス(主燃料ガスＧ1)1モル中のＣＯ2のモル数)／ { (Ｓガス(主燃料ガスＧ1)1モルとこれを燃焼させるのに必要な空気のモル数)＋(プロパンＸモルとこれを燃焼させるのに必要な空気のモル数)}・・・(1)
となる。これにこれまでに求めた数値を入れると、
０.１≧(０.３ モル)／{(１＋４.５２ モル)＋(Ｘ＋２３.７Ｘ)・・・(1’)
これを解いてＸ≧０.１２１、すなわちＳ(粗)ガス(主燃料ガスＧ1)の１２.１％以上の体積割合のプロパン(Ｃ3 Ｈ8)が必要になる。

【0073】

前記の支援ガス割合でエンジンが理論空燃比で作動していても、支援ガスの量が少ないとシリンダ７１内での燃焼にバラツキが出て回転変動が大きくなり、さらに増大すると停止する。混焼を制御する手段について説明する前に、図８（Ｃ）の白金―ジルコニアのＯ2センサ５４の出力信号(起電力)と空燃比の関係を示す。その起電力は理論空燃比理論空燃比の前後で大きく変化するが、０.５ Ｖが理論空燃比であるといえる。この図８（Ｃ）の上の図のように支援ガス低圧調整弁２３の出口圧力Ｐ2をＰ50となるように調整する。
次に説明するデューティt/t0が大きくなると空燃比は小さく(濃く)なる。

【0074】

図７（Ｃ）でミキサ３に入る主燃料ガスＧ1及び支援ガスＧ2の圧力制御方法を説明する。主燃料ガス低圧調整弁１３(支援ガス低圧調整弁２３)のコイル１３ｈ(２３ｈ)にはバッテリ５７から矩形波のアーマチュア１３ａ(２３ａ)を駆動する信号が入る。図８（Ａ）は、この信号の形態である。エンジンが稼働しているときはt0と(s)の周期(周波数は1／t0 )でt(S)だけ通電する。

【0075】

通電中は磁界が発生しアーマチュア１３ａ(２３ａ)はスプリング１３ｂ(２３ｂ)の力に打ち勝って引き上げられ間隙５８ができガスが流れる。ここで、別に行った可視化実験の結果ではシール部材１３ｃ(２３ｃ)はパタパタしているのではなく、デューティが大きくなると間隙は大きくなる。これは可動部分の慣性とヒステリシスなどのためである。

【0076】

式(1),式(1’)で求めた、主燃料ガスＧ1と支援ガスＧ2の混合ガス燃料Ｇ3と空気の混合気が理論空燃比であっても、主燃料中のＣＯ2が火炎伝播の障害になることがある。これにより燃焼が乱れると火炎センサ９の信号が乱れる。点火信号からt(s)だけ遅れて火炎検出信号が現れる。このtは、図８（Ａ）のデューティの説明で使用したtとは異なる。

【0077】

図５（Ａ）において(1)は、火炎Ｋが正しく火炎センサ９の第１電極９４ａと第２電極９４ｂとのギャップ９４ｓに到達していることを示す。また、図５（Ｂ）は図５（Ａ）の(1)の状態を示している。図５（Ａ）の(2)は弱い火炎Ｋが火炎センサ９の第１電極９４ａと第２電極９４ｂとのギャップ９４ｓに到達している。図６（Ａ）の(3)は火炎Ｋが火炎センサ９の第１電極９４ａと第２電極９４ｂとのギャップ９４ｓに遅れて到達している上に弱いが伝播は到達している。

【0078】

図６（Ａ）の(4)は、全く火炎Ｋは火炎センサ９の第１電極９４ａと第２電極９４ｂとのギャップ９４ｓに到達せず失火の状態を示す。このような現象が理論空燃比で運転していても主燃料ガスＧ1中のＣＯ2の消火作用により発生することがある。ＥＣＵ４が失火だと判断すると、前述のデューティを大きくすると図１及び図８（Ｃ）のＰ2は高くなる。
例えば、図１の圧力Ｐ1を２.８ kPaとすれば、圧力Ｐ2を４.５kPaのように調整して、失火を検出しなくなるまで調整する。図８（Ｃ）のようにＰ2はＰ1より必ず大きい。主燃料ガスＧ1の圧力Ｐ1は、変化させない。

【0079】

ＥＣＵ４が失火だと判断すると、前述のデューティを大きくすると図１、８（Ｃ）のＰ2は高くなる。例えば、図１の圧力Ｐ1を２.８ kPaとすれば、圧力Ｐ2を４.５kPaのように調整して、失火を検出しなくなるまで調整する。図８（Ｂ）のように圧力Ｐ2は圧力Ｐ1より必ず大きい。主燃料ガスＧ1の圧力Ｐ1は変化させない。

【0080】

なお、図１において、符号５３は発電機、符号５４はＯ2センサ、符号５５は三元触媒、符号５６はマフラ、符号５７はバッテリ、符号５８はクランクセンサ、符号５９はフライホィール、符号１４は主燃料ガス圧力センサである。

【符号の説明】

【0081】

１１…主燃料ガス容器、２１…支援ガス圧力容器、３…ミキサ、４…ＥＣＵ
５４…Ｏ2センサ、７…ガスエンジン、７１…シリンダ、７１ａ…内周壁面、
８１…第１点火プラグ、８２…第２点火プラグ、８４…吸気バルブ、
８５…排気バルブ、９…火炎センサ、９１…碍子部、９４ａ…第１電極、
９４ｂ…第２電極、９４ｓ…ギャップ、Ｌ1…仮想第１直線、
Ｌ2…仮想第２直線、Ｇ1…主燃料ガスＧ1、Ｇ2…支援ガス、
Ｇ3…混合ガス燃料、Ｇ0…空気、Ｋ…火炎、ｋａ…火炎粒子。

【要約】

食物残滓，動物の糞尿等の無酸素状態で加熱された有機物から生成される燃料によって稼働し、燃料の可燃性物質を有効に燃焼させて稼働させる作動効率の極めて高い発電システムとすること。
【構成】バイオ系の主燃料ガスＧ1の主燃料ガス容器１１と、非バイオ系の支援ガスＧ2の支援ガス容器２１と、ガスエンジン７と、主燃料ガスＧ1と支援ガスＧ2とが混合された混合ガス燃料Ｇ3をガスエンジン７に供給するミキサ３を備える。ガスエンジン７は、シリンダ７１に点火プラグ８１,８２と吸気バルブ８４と排気バルブ８５とが配設され、点火プラグ８１,８２から所定距離をおいてシリンダ７１内の内周壁面７１ａに火炎Ｋの強弱を検知する火炎センサ９が装着され、火炎センサ９はＥＣＵ４に連通され、シリンダ７１の火炎Ｋの爆発力が所定以下のときにはＥＣＵ４によりシリンダ７１内に支援ガスＧ2を供給する。ガスエンジン７には発電機５３が連結されていること。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】