CN103477061A - 燃气发动机、燃气发动机的控制装置和控制方法 - Google Patents

Abstract

燃气发动机（1）的控制装置（100）具备：向燃气发动机（1）的汽缸（4）喷射水的水喷射单元（14）；控制水喷射单元（14）的水喷射控制单元（56）；以及测定汽缸（4）的爆震出现率的测定值（RM）的爆震出现率测定单元（45）。水喷射控制单元（56）控制水喷射单元（14），以基于测定值（RM）与目标值（RT）之间的偏差设定向汽缸（4）内的水喷射量。

Description

燃气发动机、燃气发动机的控制装置和控制方法

技术领域

本发明涉及执行用于抑制爆震的控制的燃气发动机的控制装置和控制方法、具备该控制装置的燃气发动机。

背景技术

近年来，为了得到低燃料消耗量和高发电效率，提出了将大型往复式燃气发动机（reciprocating gas engine）运用于发电机的驱动源的发电设备。作为这样的发电用燃气发动机的混合气体的点火方式，已知用火花塞的电极间产生的火花对混合气体进行点火的火花点火方式。为了使燃气发动机的效率最佳化从而进一步推进发电设备的节能化，需要达到使点火时期提前至所谓的MBT（最大扭矩的最小点火提前角，Minimum advance for Best Torque）的状态后使燃气发动机运转。但是，点火时期提前时，燃烧室内温度和压力上升，因此爆震变得容易发生，且NOx的排出量增加。爆震频发为发动机损伤的原因，NOx为大气污染的原因。

专利文献1公开了车辆用汽油发动机的爆震抑制装置。根据该控制装置，发动机的运行状态位于高负荷区域内时，向汽缸喷射水。在该控制中，可以期待用水的蒸发潜热冷却汽缸，借助于此抑制爆震。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平5-10164号公报。

发明内容

发明要解决的问题

但是，根据专利文献1公开的控制装置，根据节流阀开度、发动机转速等调节水喷射量。与爆震是否实际发生这样的实际燃烧状态无关，而只是喷射水。也就是说，与是否处于按照实际燃烧状态需要喷射水的状况无关地喷射水。由于采取这样的控制方法，因此控制装置也与作为喷射水的结果的燃烧状态如何无关。因而，控制装置也无法使作为喷射水的结果的燃烧状态如何反映至之后的控制中。像这样，根据以往的控制装置，无法良好地对应于实际燃烧状态地抑制爆震，且无法执行考虑到抑制爆震并提高发动机的效率的控制。

因此，本发明的目的在于：良好地对应于实际燃烧状态地抑制爆震，且在抑制爆震的同时谋求燃气发动机的效率的提高。

解决问题的手段

根据本发明的燃气发动机的控制装置具备：向燃气发动机的汽缸内喷射水的水喷射单元；控制来自所述水喷射单元的水喷射量的水喷射控制单元；以及测定所述汽缸的爆震出现率的测定值的爆震出现率测定单元；所述水喷射控制单元置控制所述水喷射单元，以基于所述测定值与目标值之间的偏差设定向所述汽缸内的水喷射量。

在此，“爆震出现率”是直接表示爆震的出现频率或出现比例的指标，即是表示实际燃烧状态的指标，例如通过将从现在追溯至过去在规定个数的发动机循环经过的期间内发生爆震的发动机循环的总数除以该规定个数来计算，可随时间变化。如上所述，“爆震出现率”并非评价在某一个发动机循环中，例如由爆震传感器得到的单一的测定值，而是评价在从过去至现在的规定期间内的多个发动机循环的各个循环中，例如由爆震传感器得到的多个测定值。像这样，“爆震出现率”由于包含过去的经历，因而具有可以作为无急剧变动的稳定的评价指标使用的特性。又，爆震出现率也可以采用移动平均（简单移动平均、加权移动平均、指数加权移动平均）的方法计算。另外，在本说明书中，将燃气发动机的经过吸气行程、压缩行程、膨胀行程、排气行程这四个行程的循环称为一个发动机循环。

根据本发明，将具有这样的特性的爆震出现率的测定值与目标值相比较，并基于测定值与目标值之间的偏差，设定向汽缸内喷射的水喷射量。像这样，不是随便或基于未直接表示爆震的发生状况的运行参数喷射水，而是基于爆震的出现频率和目标值设定水喷射量。也就是说，基于实际燃烧状态喷射水。于是，由于喷射至汽缸内的水的蒸发潜热，汽缸内温度降低，能够不使点火时期推迟地减少爆震。没有推迟点火时期爆震就减少时，可以在能够防止爆震出现率的测定值过度地上升的情况的范围内确保点火时期的提前量（可以提前的量）。因此，能够谋求燃气发动机的效率的提高。

也可以是，所述燃气发动机的控制装置还具备对供给至所述气缸内的混合气体进行点火的点火单元；控制所述点火单元的点火控制单元；以及存储为使所述燃气发动机的效率提高而设定的点火时期的合适值的合适值存储单元；所述点火控制单元在所述测定值低于所述目标值时，判断点火时期是否与所述合适值相比推迟，若点火时期与所述合适值相比推迟则对点火时期进行提前修正。根据上述结构，在由于水的喷射导致测定值降低至低于目标值这样的情况下，将点火时期与合适值相比较，若点火时期与合适值相比推迟则对点火时期进行提前修正。借助于此，能够防止爆震出现率过度地变为较高值的情况，且提高燃气发动机的效率。与上述的水喷射的控制相结合，若控制的执行时间较长，则同时实现使点火时期在合适值附近收敛、和使爆震出现率的测定值在合适值附近收敛这两方面。

也可以是，所述水喷射控制单元基于所述测定值与所述目标值之间的偏差设定所述水喷射量的修正量，并使所述修正量反映至在上次的发动机循环中设定的水喷射量中。根据上述结构，由于使修正量反映至在上次的发动机循环中设定的水喷射量中，因此水喷射量不会较大地增减，从而能够使爆震出现率的测定值较好地接近目标值。

也可以是，所述燃气发动机的控制装置还具备检测规定强度以上的强爆震的强爆震检测单元；所述水喷射控制单元在检测到所述强爆震时，对所述水喷射量进行增加修正。根据上述结构，当强爆震发生时，能够迅速地降低汽缸内温度。因此，能够控制爆震出现率，并在发生担忧发动机的损伤那样的事态时，能够立即与此对应地迅速抑制该事态。

根据本发明的燃气发动机的控制方法具备：测定燃气发动机的汽缸的爆震出现率的测定值的测定步骤；将所述测定值与规定的目标值比较的出现率比较步骤；以及基于所述测定值与所述目标值之间的偏差，设定向所述汽缸内的水喷射量的水喷射步骤。根据这样的方法，也能够基于爆震出现率的测定值与目标值之间的偏差设定向汽缸内的水喷射量，因此也能够同时实现爆震的抑制和燃气发动机的效率的提高这两方面。

也可以是，所述燃气发动机的控制方法还具备：所述测定值低于所述目标值时，将点火时期与为使所述燃气发动机的效率提高而设定的点火时期的合适值比较的点火时期比较步骤；和点火时期与所述合适值相比推迟时，对点火时期进行提前修正的提前修正步骤。借助于此，爆震出现率的测定值低于目标值，且点火时期与合适值相比推迟时，提前修正点火时期。因此，能够使爆震出现率接近目标值地上升，并提高燃气发动机的效率。

也可以是，所述水喷射步骤具有：运算所述测定值与所述目标值之间的偏差的偏差运算步骤；根据该偏差设定所述水喷射量的修正量的修正量设定步骤；以及使所述修正量反映至在上次的发动机循环中设定的所述水喷射量中的水喷射量设定步骤。借助于此，由于使修正量反映至在上次的发动机循环中设定的水喷射量中，因此水喷射量不会较大地增减，从而能够使爆震出现率的测定值较好地接近目标值。

根据本发明的燃气发动机以具备上述的控制装置为特征，根据该燃气发动机，能够谋求同时实现爆震的抑制和效率提高这两方面。

发明效果

根据本发明，能够同时实现良好地对应于实际燃烧状态地抑制爆震、和提高燃气发动机的效率这两方面。

附图说明

图1是示出根据本发明的实施形态的燃气发动机的整体结构的概念图；

图2是示出根据本发明的实施形态的燃气发动机的控制装置的要部结构的概念图；

图3是示出图2所示的爆震出现率测定部的结构的框线图；

图4是示出点火时期与效率之间的关系、点火时期与NOx排出量之间的关系、以及水喷射量与NOx排出量之间的关系的图表；

图5是示出水喷射和点火控制的处理的一部分的流程图；

图6是示出水喷射和点火控制的处理的一部分的流程图，即是示出设定爆震出现率的测定值为目标值以上时的水喷射量的指令值和点火时期的指令值的处理的流程图；

图7是示出水喷射和点火控制的处理的一部分的流程图，即是示出设定爆震出现率的测定值低于目标值时的水喷射量的指令值和点火时期的指令值的处理的流程图；

图8是示出执行图5～图7所示的处理时的爆震出现率、水喷射量以及点火时期随时间变化的一个例子的时序图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施形态。另外，对于所有附图中相同或相当的要素标以相同的符号，并省略重复的详细说明。

图1是示出根据本发明的实施形态的燃气发动机1的整体结构的概念图。图1所示的燃气发动机1将气体燃料和增压后的空气的混合气体燃烧后由输出轴2产生旋转输出。输出轴2例如连接于交流发电机3。替代交流发电机3，输出轴2也可以连接于船舶用推进装置。像这样，根据本实施形态的燃气发动机1能够作为交流发电机3的驱动源或者作为船舶用推进装置进行较好地利用。

燃气发动机1是往复式四冲程发动机，具有多个汽缸4。另外，汽缸4的排列不限于图1中方便地示出的并列型，也可以是V型。尤其是，在发电用或船舶用时，燃气发动机1具有多个（例如，8～10）汽缸而大型化，因此较佳的是汽缸排列为V型。

在燃气发动机1上设有进气通路5、排气通路6以及增压机（未图示）。进气通路5是用于将来自增压机的进气供给至汽缸4的通路。进气通路5由多个进气道7、和进气管8构成。进气道7对每个汽缸4设置，并形成于发动机主体内。进气道7在下游端部向对应的汽缸4开口，另一方面在上游端部向发动机主体的外表面开口。进气管8具有共同管部8a和多个支管部8b。共同管部8a在发动机主体的外部沿着汽缸排列方向延伸。支管部8b对每个汽缸4设置，在共同管部8a的内部连接于进气道7的上游端部。排气通路6是用于将来自汽缸4的排气通过增压机送至外部的通路。排气通路6由对每个汽缸4设置的排气道9、和与各排气道9相连的排气管10构成。

在各汽缸4上设有第一燃料喷射阀11、第二燃料喷射阀12、火花塞（点火单元或点火装置）13以及水喷射阀（水喷射单元或水喷射装置）14。第一燃料喷射阀11和第二燃料喷射阀12将从燃料供给源沿着燃料供给管路15输送的气体燃料向汽缸4内喷射。火花塞13为了使供给至汽缸4内的混合气体点火燃烧，在适当点火时期产生火花。水喷射阀14为了抑制对应的汽缸4的爆震，将从供水源沿着供水管路16输送的水向汽缸4内喷射。

图2是示出根据本发明的实施形态的燃气发动机1的控制装置100的结构的概念图。另外，在图2中仅示出一个汽缸4，但其他的汽缸也具有同样的结构。如图2所示，活塞21可往复移动地插入至汽缸4内。活塞21通过连杆22连接于输出轴2（参照图1）。汽缸4中活塞21的上表面侧的空间形成主燃烧室23。主燃烧室23隔着隔板25与副燃烧室24区划，另一方面通过形成于隔板25上的连通孔（未图示）与副燃烧室24连通。在汽缸4上设有进气阀26和排气阀27。进气阀26开闭进气道7的下游端部。排气阀27开闭排气道9的上游端部。第一燃料喷射阀11以其燃料喷射口面向进气道7内的形式设置。第二燃料喷射阀12以其燃料喷射口面向副燃烧室24内的形式设置。火花塞13以产生火花的电极面向副燃烧室24内的形式设置。

在活塞21向下移动的进气行程中，进气阀26打开进气道7，第一燃料喷射阀11喷射气体燃料。借助于此，在进气道7中流动的进气与气体燃料的混合气体被供给至主燃烧室23内。在活塞21向上移动的压缩行程中，混合气体在主燃烧室23内和副燃烧室24内被压缩。另外，第二燃料喷射阀12在进气行程或压缩行程中，将气体燃料喷射至副燃烧室24内。在压缩行程结束的时期附近，火花塞13产生火花，借助于此副燃烧室24内的混合气体被点火燃烧。副燃烧室24内的火焰通过连通孔向主燃烧室23内传播，借助于此主燃烧室23内的混合气体被燃烧，活塞21向下移动。在该膨胀行程后的排气行程中，排气阀27打开排气道9，主燃烧室23内和副燃烧室24内的气体被排出至排气通路6。此外，在本说明书中，将燃气发动机1的经过上述进气行程、压缩行程、膨胀行程以及排气行程这四个行程的循环称为一个发动机循环。

该燃气发动机1的控制装置100具备：火花塞11、水喷射阀14、相位角传感器41、缸内压传感器42以及控制器50。控制器50是例如以CPU、ROM、RAM以及输入输出接口作为主体构成的微型计算机（micro computer）。控制器50的输入侧与相位角传感器41和缸内压传感器42相连。相位角传感器41检测输出轴2（参照图1）的旋转相位角。缸内压传感器42检测汽缸4的内压。控制器50的输出侧与火花塞11和水喷射阀14相连。

水喷射阀14以其水喷射口14a面向进气道7内地设置。水喷射阀14是开闭水喷射口14a的常闭电磁开闭阀，当打开水喷射口14a时，将沿着供水管路16输送的水喷射至进气道7内。被送入至水喷射阀14的水的压力（以下称为“供水压”）大致一定，因此控制器50能够通过控制水喷射阀14的开阀时间，控制水喷射量。

由水喷射阀14喷射的水随着进气被供给至汽缸4内。为了将水良好地供给至汽缸4内，喷射水的时期设定为大致进气行程期间，且供水压由于与进气压对抗地将水喷射至进气道7内而被调节为充分高的值。

控制装置100对每个汽缸4的水喷射量和点火时期进行控制，以使所有的汽缸4的爆震出现率不论汽缸个体差都接近目标值，且使所有的汽缸4的效率不论汽缸个体差都最佳化。控制器50作为用于实现这样的控制的功能部，具有：爆震检测部51、爆震出现率运算部53、出现率目标值存储部54、时期存储部55、水喷射控制部56以及点火控制部57。又，缸内压传感器42对每个汽缸设置4。相位角传感器41设置为对所有的汽缸4通用。

爆震检测部51基于缸内压传感器42的检测结果，检测各个汽缸4在每个发动机循环中是否出现爆震。爆震出现率运算部53基于爆震检测部51的检测结果，运算各个汽缸4在每个发动机循环中的爆震出现率的测定值。像这样，缸内压传感器42、爆震检测部51以及爆震出现率运算部53构成用于测定汽缸4的爆震出现率的爆震出现率测定部45。

在此，“爆震出现率”是指直接表示爆震的出现频率或出现比例的指标，即是表示实际燃烧状态的指标，例如通过将从现在追溯至过去在规定个数的发动机循环经过的期间内发生爆震的发动机循环的总数除以该规定个数来计算，可随时间变化。像这样，“爆震出现率”并非评价在某一个发动机循环中，由爆震检测部51得到的单一的测定值，而是评价在从过去至现在的规定期间内的多个发动机循环的各个循环中，由爆震检测部51得到的多个测定值。像这样，“爆震出现率”由于包含过去的经历，因而具有可以作为无急剧变动的稳定的评价指标使用的特性。又，爆震出现率也可以采用移动平均（简单移动平均、加权移动平均、指数加权移动平均）的方法计算。

图3是示出爆震出现率测定部45的结构的概念图。如图3所示，爆震检测部51具有：波形测量部61、提取部62、平均值计算部63、爆震阈值比较部64、缸内压比较部65、失火阈值比较部66、燃烧状态判定部67以及过去值存储部68。

波形测量部61测量由缸内压传感器42检测的缸内压的波形。提取部62将从压缩行程结束时刻直至经过规定时间为止的缸内压波形数据通过滤波器，提取其高频成分。平均值计算部63对该规定时间内的多个高频成分进行抽样，计算抽出的高频成分的平均值。爆震阈值比较部64将算出的平均值与第一爆震阈值和第二爆震阈值比较。缸内压比较部65基于缸内压波形数据，计算压缩行程结束时刻前后的缸内压偏差△P。失火阈值比较部66判定算出的缸内压偏差△P是否为失火阈值以上。

燃烧状态判定部67基于爆震阈值比较部64和失火阈值比较部66的比较结果，判断每个汽缸4在每个发动机循环中的燃烧状态属于“强爆震”、“轻爆震”、“正常”以及“失火”这四种状态中的哪一种。也就是说，当平均值为第一爆震阈值以上时，燃烧状态被判定为“强爆震”。当平均值为低于第一爆震阈值且第二爆震阈值以上时，燃烧状态被判定为“轻爆震”。当缸内压偏差△P低于失火阈值时，燃烧状态被判定为“失火”。当平均值为低于第二爆震阈值且缸内压偏差△P为失火阈值以上时，燃烧状态被判定为“正常”。另外，“强爆震”表示由第一爆震阈值规定的规定强度以上的爆震发生的状态。“轻爆震”表示低于由第一爆震阈值规定的规定强度的爆震发生的状态。因此，燃烧状态判定部67也可以说是作为检测规定强度以上的强爆震的强爆震检测部、或检测低于规定强度的轻爆震的轻爆震检测部发挥作用。

过去值存储部68依次存储燃烧状态的判定结果。爆震出现率运算部53例如读取存储于过去值存储部68中的燃烧状态的判定结果，通过将从现在追溯至过去在规定个数的发动机循环的期间内判定为发生轻爆震或强爆震的发动机循环的总数除以该规定个数，求出爆震出现率的测定值RM。

如图2所示，出现率目标值存储部54事先存储爆震出现率的目标值RT。在爆震出现率的测定值RM接近该目标值RT的状态下燃气发动机1继续运行时，不会对燃气发动机1造成大的损伤，而能够提高燃气发动机1的效率。另外，用于得到这样的作用的目标值的具体数值可以通过使用实物的运行试验或数据分析等得知。在本实施形态中，出现率目标值存储部54存储对所有的汽缸4通用的一个目标值RT。

时期存储部55存储点火时期的合适值TT和初期值。合适值TT是为提高燃气发动机1的效率而设定的点火时期。图4中的线A示出某一汽缸的点火时期与燃气发动机1的效率之间的相互关系。线A在以点火时期为横轴且以效率为纵轴的二维直角坐标系中，描绘向上凸的曲线。即，若点火时期提前，则直至某一时期（MBT）效率提高，另一方面即使点火时期超过MBT后使其进一步提前，效率也降低。MBT是效率的增减倾向逆转且效率达到最大值的点火时期。时期存储部55将MBT或其附近的值作为合适值TT存储。MBT在每个汽缸4上有个体差。因此，时期存储部55对每个汽缸4存储合适值TT。合适值TT也可以根据实际的燃气发动机1的运行状况进行调节和更新。各汽缸4的MBT可以通过使用实物的运行试验等得知。另外，点火时期的初期值是比合适值TT推迟的值，例如图4的图表的原点的点火时期。

如图2所示，水喷射控制部56基于爆震出现率的测定值RM、爆震出现率的目标值RT、来自爆震检测部51的显示强爆震发生的内容的信号、供水系统的状态等，求出水喷射量的指令值，并对水喷射阀14进行控制，以喷射指令值表示的量的水。点火控制部57基于爆震出现率的测定值RM、爆震出现率的目标值RT、点火时期的合适值TT、来自水喷射控制部56的水喷射停止信号等，求出点火时期的指令值，并对火花塞11进行控制，以在指令值表示的时期点火。

图5～图7是示出由图2所示的控制器50执行的水喷射和点火控制的流程图。图5～图7所示的一系列的处理，例如在燃气发动机1的启动处理结束后，在每一个发动机循环中重复。如图5所示，水喷射控制部56基于供水系统的状态，判断是否处于能够较好地向汽缸4内喷射水的状态（步骤S1）。例如，水喷射控制部56基于来自各传感器的输入，判断供水压是否低于必要压、供水源是否发生故障。若能够较好地喷射水（S1： 是），则爆震出现率测定部45测定爆震出现率的测定值RM（步骤S2）。接着，水喷射控制部56和点火控制部57将爆震出现率的测定值RM和目标值RT进行比较（步骤S3）。若测定值RM为目标值RT以上（S3：是），则进入图6所示的流程，执行用于使测定值RM向目标值RT降低的控制。若测定值RM低于目标值RT（S3：否），则进入图7所示的流程，执行用于使测定值RM向目标值RT上升的控制。

如图6所示，若测定值RM为目标值RT以上，则水喷射控制部56计算目标值RT与测定值RM之间的偏差（步骤S11）。接着，水喷射控制部56根据算出的偏差，计算第一修正量（步骤12）。接着，水喷射控制部56设定此次的发动机循环的一次指令值（步骤13）。水喷射量的一次指令值是通过在上次的发动机循环中由步骤S13算出的水喷射量的指令值中加上在此次的发动机循环中由步骤S12算出的第一修正量而求出的。

接着，水喷射控制部56基于爆震检测部51的检测结果，判断此次的发动机循环的燃烧状态是否为强爆震（步骤S14）。若强爆震没有发生（S14：否），则水喷射控制部56将下次的发动机循环的水喷射量的指令值设定为由步骤S13算出的一次指令值（步骤S16）。若强爆震发生（S14：是），则水喷射控制部56计算第二修正量，将此次的发动机循环的水喷射量的指令值（紧接着的水喷射时机的水喷射量的指令值）设定为第二修正量（步骤S15）。另外，第二修正量是比由步骤S13算出的一次指令值大的值，借助于此当检测出强爆震时增加修正水喷射量。第二修正量也可以根据爆震强度设定，还可以通过在由步骤S13算出的一次指令值中加上预先设定的修正量来设定。此时，在此次的发动机循环中算出的指令值通过下次的发动机循环的步骤S13的一次指令值设定处理变为减少。借助于此，即使由于强爆震发生而增加修正水喷射量，下次以后的发动机循环的水喷射量的指令值也不会被扰乱。

接着，点火控制部57判断上次的发动机循环的点火时期的指令值是否低于合适值TT（步骤S21）。若上次指令值低于合适值TT（S21：是），则点火控制部57将此次的发动机循环的点火时期的指令值设定为上次指令值（步骤S22）。若上次指令值为合适值TT以上（S21：否），则点火控制部57在上次指令值中减去规定的推迟修正量，并将此次的发动机循环的点火时期的指令值设定为该减法运算值（步骤S23）。另外，上次指令值与合适值TT相等时，点火时期的指令值既可以是对上次的发动机循环的指令值仅提前修正微小的提前量α（﹥0）的值，也可以是仅推迟修正微小的推迟量α（﹤0）的值。

又，也有以控制爆震出现率以外的目的同时实施将点火时期作为控制对象的其他控制的情况。若有这样的其他控制的同时实施，则辅以由该其他控制设定的指令值，修正点火时期（步骤S25）。若没有这样的其他控制的同时实施（S24：否），则点火时期的指令值为由步骤S22或S23设定的指令值。

这样，设定水喷射量和点火时期的各指令值时，水喷射控制部56参照来自相位角传感器41的输入，并对水喷射阀14进行控制，以在进气行程期间内喷射指令值表示的量的水。又，点火控制部57参照来自相位角传感器41的输入，并对火花塞13进行控制，以在指令值表示的时期点火。然后，下次的发动机循环的处理从步骤S1重新开始。

如图7所示，若测定值RM低于目标值RT，则水喷射控制部56计算目标值RT与测定值RM之间的偏差（步骤S31）。接着，水喷射控制部56根据算出的偏差，计算第一修正量（步骤S32）。接着，水喷射控制部56设定此次的发动机循环的一次指令值（步骤S33）。水喷射量的一次指令值是通过在上次的发动机循环中由步骤S33算出的水喷射量的指令值中减去在此次的发动机循环中由步骤S32算出的第一修正量而求出的。又，特别地，在从燃气发动机1的启动时直至稳定运行的期间，水喷射控制部56也可以将此次的发动机循环的一次指令值设定为上次的发动机循环的一次指令值。

接着，水喷射控制部56进行与上述的步骤S14～S16相同的处理。也就是说，判断在此次的发动机循环中强爆震是否发生（步骤S34）。若没有发生（S34：否），则水喷射控制部56将下次的发动机循环的水喷射量的指令值设定为由步骤S33算出的一次指令值（步骤S36）。若发生（S34：是），则水喷射量的指令值设定为第二修正量（步骤S35）。另外，第二修正量是比由步骤S33算出的一次指令值大的值，借助于此当检测出强爆震时增加修正水喷射量。第二修正量也可以根据爆震强度设定，还可以通过在由步骤S33算出的一次指令值中加上预先设定的修正量来设定。此时，在此次的发动机循环中算出的指令值通过下次的发动机循环的步骤S13的一次指令值设定处理变为减少。借助于此，即使由于强爆震发生而增加修正水喷射量，下次以后的发动机循环的水喷射量的指令值也不会被扰乱。

又，若测定值RM低于目标值RT，则点火控制部57判断上次的发动机循环的点火时期的指令值是否低于合适值TT（步骤S41）。若上次指令值低于合适值TT（S41：是），则点火控制部57在上次指令值中加上规定的提前修正量，并将此次的发动机循环的点火时期的指令值设定为该加法运算值（步骤S42）。若上次指令值为合适值TT以上（S41：否），则点火控制部57在上次指令值中减去规定的推迟修正量，并将此次的发动机循环的点火时期的指令值设定为该减法运算值（步骤S43）。另外，上次指令值与合适值TT相等时，点火时期的指令值既可以是对上次的发动机循环的指令值仅提前修正微小的提前量α（﹥0）的值，也可以是仅推迟修正微小的推迟量α（﹤0）的值。点火时期的初期值为与合适值TT相比推迟的较小的值，因此该控制的最初实施中，从步骤S41向步骤S42行进的情况是支配性的。

而且，与上述的步骤S24、S25一样，能够适当进行考虑了其他控制的同时实施的点火时期的修正（步骤S44、S45）。

像这样设定水喷射量和点火时期的各指令值时，与上述一样控制水喷射阀14和火花塞11，下次的发动机循环的处理从步骤S1重新开始。

图8是示出执行图5～图7所示的水喷射和点火控制时的爆震出现率的测定值、水喷射量以及点火时期随时间变化的一个例子的流程图。另外。在燃气发动机1的启动处理结束的时刻，爆震出现率的测定值低于目标值，为零附近的较小的值。点火时期的指令值设定为事先存储至时期存储部55中的初期值。水喷射量的指令值设定为零。点火时期的初期值与合适值相比推迟。

因而，图5所示的处理经由步骤S42不断重复。借助于此，水喷射量以保持为零的状态推移，另一方面点火时期不断提前。由于不喷射水地提前点火时期，因此燃烧温度缓慢上升，且爆震出现率的测定值向目标值RM上升。爆震出现率的测定值超过目标值RM时，执行图6所示的处理。借助于此，点火时期的提前停止，另一方面水喷射量不断增加。借助于此，汽缸内温度由于水的蒸发潜热而降低，因此爆震出现率的测定值下降。此时，点火时期不推迟，因此使爆震出现率的测定值下降，同时效率几乎不降低。

借助于增加水喷射量的效果，爆震出现率的测定值降低至低于目标值时，执行图5所示的处理，水喷射量的增加停止，另一方面点火时期再次向合适值TT提前。借助于此，爆震出现率的测定值再次向目标值上升。自此之后，直至点火时期达到合适值，进行水喷射量的增加和点火时期的提前，例如交替反复进行这些动作。点火时期上升至达到合适值后，爆震出现率的测定值在目标值附近收敛，且点火时期在合适值附近收敛。

根据本实施形态的燃气发动机1的控制装置100，将爆震出现率的测定值与目标值比较，并向汽缸内喷射水。也就是说，不是随便或基于未直接表示爆震发生状况的运行参数喷射水，而是基于爆震的出现频率和目标值设定水喷射量。于是，由于喷射至汽缸内的水的蒸发潜热，汽缸内温度降低，从而爆震减少。爆震减少时，可以在能够防止爆震出现率的测定值过度地上升的情况的范围内确保点火时期的提前量（可以提前的量）。因此，能够谋求效率的提高。

尤其是，水喷射控制部56运算测定值与目标值之间的偏差，仅以根据该偏差算出的修正量修正水喷射量的指令值。借助于此，能够使测定值较好地接近目标值。因而，能够使爆震出现率在目标值附近收敛，且能够最大限度地运用为使测定值向目标值上升而确保的点火时期的提前量（可以提前的量），从而能够良好地提高燃气发动机1的效率。

图4中的线B和线C示出点火时期与NOx排出量之间的相互关系。线B示出未完全喷射水时的相对于点火时期的NOx排出量。线C示出借助于喷射水的效果将爆震出现率维持在目标值时的相对于点火时期的NOx排出量。如线B所示，不伴随水的喷射提前点火时期时，燃烧温度上升，因此NOx排出量也增加。相对于此，如线C所示，伴随水的喷射提前点火时期时，能够良好地抑制燃烧温度的上升，因此即使在点火时期提前至合适值TT附近的状态下运行，也能够良好地抑制NOx排出量增加的情况。如果以NOx排出量为基准考虑，则可以说借助于执行利用水喷射使爆震出现率维持在目标值的控制，能够使效率提高对应于点火时期差ΔＴ的效率差Δε。

像这样，根据本实施形态的控制装置100，能够同时实现使爆震出现率收敛于目标值、使效率与点火时期的关系最佳化并使其尽可能地变高、以及抑制NOx排出量的增加这三方面。另外，测定爆震出现率需要过去值，另一方面爆震的发生难易度依存于发动机的负荷变动。因此，如果运用于发电用大型燃气发动机、船舶用大型燃气发动机等负荷变动相对较小的燃气发动机中，则上述同时实现三方面的效果显著，特别有益。

又，若强爆震发生，则能够在下次的发动机循环中瞬间地增加修正水喷射量，并使汽缸内温度迅速下降。因此，能够控制爆震出现率这一使用过去值测定的数据，并在突然发生担忧发动机的损伤那样的事态时，能够立即与此对应地迅速抑制该事态。为了实现这样的控制，在本实施形态中，在求出水喷射量的指令值时，若强爆震发生，则将第二修正量作为水喷射量的指令值计算。又，第二修正量也可以根据爆震强度设定。此时，在此次的发动机循环中算出的指令值在下次之后发生变化。借助于此，即使由于强爆震发生而增加修正水喷射量，下次以后的发动机循环的指令值也不会被扰乱。

又，如图5所示，若较好地喷射水变得困难（S1：否），则水喷射控制部56进行将水喷射量的指令值设定为零等的操作，并控制水喷射阀14（步骤S51），以停止水喷射。点火控制部57接受该操作，将点火时期推迟至规定时期（步骤S52）。该规定时期是即使停止水的喷射爆震也难以发生的点火时期，例如是初期值、或比初期值推迟的时期。通过组合这样的处理，即使在不能较好地喷射水的状况下，也能够避免爆震多发的事态。

至此说明了本发明的实施形态，但上述结构在本发明的范围内可以适当变更。例如，水喷射阀14只要是能向对应的汽缸4内喷射水即可，也可以是水喷射口14a面向副燃烧室24的内部或支管部8b的内部地设置。作为用于向汽缸喷射水的单元的水喷射部不限于水喷射阀14，也可以运用化油器（carburetor）等其他的装置。

工业应用性

本发明发挥能够良好地同时实现抑制爆震、提高效率这两方面的作用效果，利用于多汽缸往复式燃气发动机、尤其是发电用大型燃气发动机或船舶用大型燃气发动机时是有益的。

符号说明

1         燃气发动机；

4         汽缸；

13        火花塞；

14        水喷射阀；

42        缸内压传感器；

45        爆震出现率测定部；

51        爆震检测部；

53        爆震出现率运算部；

54        出现率目标值存储部；

55        时期存储部；

56        水喷射控制部；

57        点火控制部；

67        燃烧状态判定部；

100       控制装置。

Claims (8)

1.一种燃气发动机的控制装置，其特征在于，具备：

向燃气发动机的汽缸内喷射水的水喷射单元；

控制由所述水喷射单元喷射的水喷射量的水喷射控制单元；以及

测定所述汽缸的爆震出现率的测定值的爆震出现率测定单元；

所述水喷射控制单元控制所述水喷射单元，以基于所述测定值与目标值之间的偏差设定向所述汽缸内的所述水喷射量。

2.根据权利要求1所述的燃气发动机的控制装置，其特征在于，还具备：

对供给至所述气缸内的混合气体进行点火的点火单元；

控制所述点火单元的点火控制单元；以及

存储为使所述燃气发动机的效率提高而设定的点火时期的合适值的时期存储单元；

所述点火控制单元在所述测定值低于所述目标值时，判断点火时期是否与所述合适值相比推迟，若点火时期与所述合适值相比推迟则对所述点火时期进行提前修正。

3.根据权利要求1或2所述的燃气发动机的控制装置，其特征在于，所述水喷射控制单元基于所述测定值与所述目标值之间的偏差设定所述水喷射量的修正量，并使所述修正量反映至在上次的发动机循环中设定的水喷射量中。

4.根据权利要求1至3中的任意一项所述的燃气发动机的控制装置，其特征在于，

还具备检测规定强度以上的强爆震的强爆震检测单元；

所述水喷射控制单元在检测到所述强爆震时，对所述水喷射量进行增加修正。

5.一种燃气发动机的控制方法，其特征在于，具备：

测定燃气发动机的汽缸的爆震出现率的测定值的测定步骤；

将所述测定值与规定的目标值比较的出现率比较步骤；以及

基于所述测定值与所述目标值之间的偏差，设定向所述汽缸内的水喷射量的水喷射步骤。

6.根据权利要求5所述的燃气发动机的控制方法，其特征在于，还具备：

所述测定值低于所述目标值时，将点火时期与为使所述燃气发动机的效率提高而设定的点火时期的合适值比较的点火时期比较步骤；和

点火时期与所述合适值相比推迟时，对点火时期进行提前修正的提前修正步骤。

7.根据权利要求5或6所述的燃气发动机的控制方法，其特征在于，所述水喷射步骤具有：

运算所述测定值与所述目标值之间的偏差的偏差运算步骤；

根据该偏差设定水喷射量的修正量的修正量设定步骤；以及

使所述修正量反映至在上次的发动机循环中设定的所述水喷射量中的水喷射量设定步骤。

8.一种燃气发动机，其特征在于，具备权利要求1至4中的任意一项所述的控制装置。

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