JP2008095514A - エンジンの失火時負荷制限運転方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

【課題】１シリンダまたは複数シリンダに失火が発生した場合に、失火発生時におけるエンジンへの許容最大負荷を失火発生シリンダ毎に適正値に設定可能として、失火発生時におけるエンジン利用率を向上し得るエンジンの失火時負荷制限運転方法及びその装置を提供する。
【解決手段】複数の負荷が掛かった発電機を駆動する複数シリンダのエンジンにおいて、失火発生シリンダ番号によりエンジンの許容最大負荷を設定しておき、失火発生シリンダの検出信号に基づき検出された失火発生シリンダに対応する許容最大負荷を抽出して、エンジン・発電機に掛かっている負荷が許容最大負荷を超えているとき超過負荷分を算出し、超過負荷相当分の負荷をエンジンに掛かっている複数の負荷から遮断してエンジンを運転することを特徴とする。
【選択図】図２

Description

本発明は、発電用多シリンダガスエンジン、ディーゼルエンジン等に適用され、複数の負荷が掛かった発電機を駆動する複数シリンダのエンジンの失火を検出し、前記失火の検出結果に基づきエンジンの負荷制限運転を行なうようにしたエンジンの失火時負荷制限運転方法及びその装置に関する。

複数の負荷が掛かる発電機を駆動する多シリンダガスエンジンあるいは多シリンダディーゼルエンジンにおいては、１シリンダまたは複数シリンダに失火が発生した場合には、エンジンの安定運転を継続させるため、失火が検出されると同時に、負荷選択遮断装置を作動させて、複数の負荷の一部を選択遮断し、エンジンを安定運転が可能な負荷まで下げて運転を継続するか、あるいは失火の程度によってはエンジンを停止するようになっている。

即ち、図４は従来の発電用多シリンダガスエンジンにおける失火時負荷制限運転システムの概略系統図であり、かかる発電用多シリンダガスエンジンにおいては、系統遮断器１０によって電力系統と切り離して、工場負荷等の複数の負荷７，７を１台のエンジン１００及びこれにより駆動される発電機６に掛けて該エンジン１００及びこれにより駆動される発電機６の単独運転を行なっている際に、１シリンダまたは複数シリンダに失火が発生した場合には、図示しない失火検出器により失火が検出されると同時に負荷選択遮断装置１０２を作動させて、たとえば１シリンダに失火が発生した場合にはエンジン１００の９０％出力（２シリンダに失火が発生した場合にはエンジン１００の５０％出力）、つまり１シリンダ失火時の許容最大負荷Ｌａとエンジン１００及びこれにより駆動される発電機６に掛かっている負荷Ｌとの差（Ｌ−Ｌａ）を検出し、エンジン負荷Ｌが前記許容最大負荷Ｌａよりも大きければその差（Ｌ−Ｌａ）相当の負荷を遮断するようになっている。９は発電機遮断器である。１０１は、前記負荷選択遮断装置と連動しないエンジン制御システムである。

尚、特許文献１（特開２００２−３９００７号公報）には、クランク角検出器によって検出する各シリンダの点火時期から、該点火時期が所定の範囲に変化するのに要する時間を複数のシリンダ間で比較することにより、特定のシリンダで失火が発生しているか否かを判定し、失火発生シリンダに対しては、燃料噴射量を増加する補正を行ったり、点火プラグによる点火時期を遅延させる補正を行なうようにした内燃機関の失火制御装置が開示されている。

特開２００２−３９００７号公報

従来の発電用多シリンダガスエンジン（あるいは発電用多シリンダディーゼルエンジン）にあっては、前述のように、エンジン１００の単独運転を行なっている際に、たとえば１シリンダに失火が発生した場合にはエンジン１００の９０％出力（２シリンダに失火が発生した場合にはエンジン１００の５０％出力）を１シリンダ失火時の許容最大負荷Ｌａと一義的に設定して、エンジン１００及びこれにより駆動される発電機６に掛かっている負荷Ｌとこの許容最大負荷Ｌａとの差（Ｌ−Ｌａ）を検出し、エンジン負荷Ｌが前記許容最大負荷Ｌａよりも大きければその差（Ｌ−Ｌａ）相当の負荷を遮断するようになっている。
然るに、かかる発電用多シリンダエンジンにおいては、エンジンの１〜２シリンダに失火が発生すると、エンジンのクランク軸の捩り振動のモード（振幅及び振動数）が変化し、この振動モードの変化態様は失火発生シリンダによって異なること等によって、失火発生シリンダによって失火によるエンジン１００及びこれにより駆動される発電機６の許容最大負荷が異なる。

しかしながら、かかる従来の発電用多シリンダエンジンの失火時負荷制限システムにあっては、失火が発生した際には、たとえば１シリンダ失火時にはエンジンの９０％出力を許容最大負荷Ｌａにするというように、失火発生シリンダ数によって許容最大負荷Ｌａを設定し、エンジン・発電機に掛かっている負荷Ｌが許容最大負荷Ｌａを超えている分だけ負荷を遮断するようになっており、前記のような失火発生シリンダによって失火によるエンジン及びこれにより駆動される発電機の許容最大負荷が異なることを考慮することなく、前記許容最大負荷Ｌａを一義的に設定して負荷遮断を行なっているため、失火発生シリンダによっては過度の負荷遮断となったりして、失火発生時においてエンジンを適正利用率で運転し難い、という問題がある。

本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、１シリンダまたは複数シリンダに失火が発生した場合に、失火発生時におけるエンジン及びこれにより駆動される発電機への許容最大負荷を失火発生シリンダ毎に適正値に設定可能として、失火発生時におけるエンジン利用率を向上し得るエンジンの失火時負荷制限運転方法及びその装置を提供することを目的とする。

本発明はかかる目的を達成するもので、複数の負荷が掛かった発電機を駆動する複数シリンダのエンジンの失火を検出し、前記失火の検出結果に基づきエンジンの負荷制限運転を行なうエンジンの失火時負荷制限運転方法であって、失火発生シリンダ番号毎にあるいは失火発生シリンダ番号の組み合わせによりエンジンの許容最大負荷を許容最大負荷設定手段に設定しておき、失火発生シリンダの検出信号に基づき該失火発生シリンダに対応する許容最大負荷を前記許容最大負荷設定手段から抽出して、エンジン・発電機に掛かっている負荷が前記許容最大負荷を超えているとき、この超過負荷を算出し、該超過負荷相当分の負荷をエンジン・発電機に掛かっている複数の負荷から選択遮断してエンジンを運転することを特徴とする。
かかる発明において、好ましくは、前記許容最大負荷設定手段として、失火発生シリンダ番号毎にあるいは失火発生シリンダ番号の組み合わせによりエンジンの許容最大負荷が設定された許容最大負荷設定テーブルを用いて、前記超過負荷を算出する。

また、前記方法発明を実施する装置の発明は、複数の負荷が掛かった発電機を駆動する複数シリンダのエンジンの失火を検出し、前記失火の検出結果に基づきエンジンの負荷制限運転を行なうエンジンの失火時負荷制限運転装置において、失火発生シリンダ番号毎にあるいは失火発生シリンダ番号の組み合わせによりエンジンの許容最大負荷が設定された許容最大負荷設定テーブルと、前記失火発生シリンダの検出信号に基づき該失火発生シリンダに対応する許容最大負荷を前記許容最大負荷設定テーブルから抽出する失火時許容最大負荷算出手段と、前記エンジン・発電機に掛かっている負荷と前記失火時許容最大負荷算出手段により抽出された前記許容最大負荷とを比較し、エンジン・発電機に掛かっている負荷が前記許容最大負荷を超えているとき、この超過負荷を算出する超過負荷算出手段と、該超過負荷算出手段にて算出された超過負荷量に対応する遮断負荷を前記エンジン・発電機に掛かっている複数の負荷から抽出する遮断対象負荷抽出手段とをそなえた負荷コントローラを有してなることを特徴とする。

多シリンダのディーゼルエンジンあるいはガスエンジンにおいては、エンジンの１〜２シリンダに失火が発生すると、エンジンのクランク軸の捩り振動のモード（振幅及び振動数）が変化し、この振動モードの変化態様は失火発生シリンダによって異なる。
従って、失火が発生した場合には、エンジンの適正利用率を保持するには、失火発生シリンダがどの配列のシリンダであるかによって失火によるエンジンの負荷制限の量を変化させて、失火発生時にエンジンを安定運転できる許容最大負荷を設定する必要がある。

然るに本発明によれば、コントローラにおける許容最大負荷設定手段としての許容最大負荷設定テーブルに、失火発生シリンダとエンジンの捩り振動の変化との関係等によって実験的にあるいはシミュレーション計算によって、失火発生シリンダのシリンダ番号（複数シリンダに失火が発生した場合は失火発生シリンダ番号の組合せ）と当該失火発生シリンダ番号あるいはシリンダ番号の組合せに対応するエンジンの捩り振動等を考慮した許容最大負荷を予め設定しておき、失火検出器から失火発生シリンダ番号の検出信号がコントローラに入力されると、該コントローラの失火時許容最大負荷算出手段によって前記許容最大負荷設定テーブルから失火発生シリンダ番号の検出信号に対応する許容最大負荷を抽出する。

そして、超過負荷算出手段によって、エンジン・発電機に掛かっている複数の負荷（エンジン・発電機負荷）と前記失火時許容最大負荷算出手段により抽出された許容最大負荷とを比較し、エンジン・発電機負荷が許容最大負荷を超えているとき、超過負荷算出手段によって超過負荷を算出する。次いで、前記超過負荷算出手段にて算出された超過負荷量に対応する遮断負荷を前記複数のエンジン・発電機負荷から抽出する。
これにより、前記失火発生シリンダ番号に対応して算出された前記遮断負荷だけ複数のエンジン負荷が低減されることにより、前記許容最大負荷以下のエンジン・発電機負荷にてエンジンを安定運転することが可能となる。

従って本発明によれば、失火発生シリンダのシリンダ番号（複数シリンダに失火が発生した場合は失火発生シリンダ番号の組合せ）によってエンジン・発電機への許容最大負荷を設定するので、失火発生シリンダのシリンダ番号あるいは失火発生シリンダ番号の組合せに適合した許容最大負荷を設定できることとなって、この許容最大負荷を基準として該許容最大負荷から超過した分だけ負荷遮断を行うことができ、失火発生シリンダ数によって許容最大負荷を一義的に設定する従来技術のように負荷遮断が過度になったりすることがなく、失火発生時におけるシリンダ番号あるいは失火発生シリンダ番号の組合せに適合した許容最大負荷を用いて負荷遮断量及び遮断負荷を決定することが可能となって、失火発生時におけるエンジンの利用率が向上する。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図１は本発明の実施例に係る発電用多シリンダガスエンジンにおける失火時負荷制限システムの全体構成を示す平面配置構成図である。
図１において、１００はエンジンで、この例では発電用Ｖ型多シリンダ（８シリンダ）ガスエンジンを示している（多シリンダディーゼルエンジンでも、多シリンダガソリンエンジンでもよい）。１は該エンジン１００のシリンダ（８シリンダ）、２は前記各シリンダ１の内部に燃料ガスを噴射する燃料噴射装置、４は該燃料噴射装置２の燃料噴射量及び燃料噴射時期を制御する燃料制御装置である。
６は前記エンジン１００に直結駆動される発電機、９は該発電機６を電力系統又は工場負荷と遮断する発電機遮断器、１０は発電機又は工場負荷を外部電力系統と遮断する系統遮断器である。

かかる発電用多シリンダガスエンジンにおいては、系統遮断器１０によって電力系統と切り離して、工場負荷等の複数の負荷７，７を１台のエンジン１００及びこれにより駆動される発電機６に掛けて該エンジン１００及びこれにより駆動される発電機６の単独運転を行なうようになっている。
８，８は前記エンジン１００及びこれにより駆動される発電機６の単独運転時に、エンジン１００及びこれにより駆動される発電機６側と前記複数の負荷７，７側との間を接続あるいは遮断する負荷開閉器で、複数の負荷７毎に設けられている。

以上の構成は、周知の発電用Ｖ型多シリンダ（８シリンダ）ガスエンジンと同様である。
本発明は以上の構成からなる多シリンダエンジンにおける失火発生時の負荷制限運転方法及び負荷制限運転装置に係るものである。

図１において、５は前記エンジン１００の失火を検出する失火検出器で、各シリンダ１に取付けられてシリンダ内圧力変化等を検出することにより各シリンダ１の失火の発生を検出する。５は負荷コントローラで、前記各失火検出器３から各シリンダ１における失火発生の検出信号が入力され、該失火の検出信号を受けて後述するような演算、制御を行なってその制御信号を前記燃料制御装置４に出力して、該燃料制御装置４を制御するものである。

次に、図２を参照して、本発明の実施例に係るエンジンの失火時負荷制限運転方法及びその装置について説明する。
前記失火検出器３により失火が検出されると、失火検出信号と失火発生のシリンダ番号が失火シリンダ抽出部５１に入力される。
５３は許容最大負荷設定テーブルで、前記エンジン１００及びこれにより駆動される発電機６の単独運転時に、失火発生シリンダとエンジンの捩り振動の変化との関係等によって実験的にあるいはシミュレーション計算によって、失火発生時に、失火発生シリンダのシリンダ番号あるいは複数シリンダに失火が発生した場合は失火発生シリンダ番号の組み合わせに対応するエンジンの捩り振動等を考慮したエンジン・発電機に掛けられる許容最大負荷が設定されている。
即ち、図３の表のように、たとえばＶ型１６シリンダで２シリンダに失火が発生した場合の許容最大負荷（％）が、シリンダ番号（Ｌ１，Ｒ１等）の組み合わせでマトリックス状に設定されている。図３においてＲは右列シリンダ、Ｌは左列シリンダで、数字は定格負荷に対する％である。

５２は失火時許容最大負荷算出部で、前記失火シリンダ抽出部５１から失火が発生しているシリンダ番号が入力されると、失火発生シリンダの組み合わせ（たとえばＬ１とＲ３）に基づき、前記許容最大負荷設定テーブル５３から、前記組み合わせ（たとえばＬ１とＲ３）に対応する許容最大負荷を（たとえばＬ１とＲ３との組み合わせでは６０％負荷）を抽出して、超過負荷算出部５４に入力する。
該超過負荷算出部５４においては、エンジン１００及びこれにより駆動される発電機６に掛かっている複数の負荷７，７，…（エンジン・発電機負荷）と前記失火時許容最大負荷算出部５２により抽出された許容最大負荷とを比較し、前記エンジン・発電機負荷７，７，…が許容最大負荷を超えているとき、超過負荷（エンジン・発電機負荷−許容最大負荷）を算出して、遮断対象負荷抽出部５５に入力する。

該遮断対象負荷抽出部５５においては、前記超過負荷の算出値に基づき、この超過負荷量に対応する遮断負荷を前記複数のエンジン及びこれにより駆動される発電機６の負荷７，７，…から抽出し、負荷開閉器８に当該抽出遮断負荷分を遮断せしめる。
これにより、前記失火発生シリンダ番号に対応して算出された前記遮断負荷だけ複数のエンジン及びこれにより駆動される発電機の負荷７，７，…が低減されることとなって、前記許容最大負荷以下のエンジン・発電機負荷にてエンジン１００を安定運転することが可能となる。

前記負荷コントローラ５は、前記のようにして算出した失火時の許容最大負荷を燃料制御装置４に入力し、該燃料制御装置４においては、前記許容最大負荷を失火シリンダ以外の正常燃焼のシリンダに配分して、正常燃焼のシリンダ用燃料噴射装置５の燃料ガス噴射量を前記失火時の許容最大負荷に基づき配分された燃料噴射ガス量に制御する。

従ってかかる実施例によれば、負荷コントローラによって、失火発生シリンダのシリンダ番号（複数シリンダに失火が発生した場合は失火発生シリンダ番号の組合せ）によりエンジン１００及びこれにより駆動される発電機への許容最大負荷を設定するので、失火発生シリンダのシリンダ番号あるいは失火発生シリンダ番号の組合せに適合した許容最大負荷を設定できることとなって、この許容最大負荷を基準として該許容最大負荷から超過した分だけ負荷遮断を行うことができる。
これにより、失火発生シリンダ数によって許容最大負荷を一義的に設定する従来技術のように負荷遮断が過度になったりすることがなく、失火発生時におけるシリンダ番号あるいは失火発生シリンダ番号の組合せに適合した許容最大負荷を用いて負荷遮断量及び遮断負荷を決定することが可能となって、失火発生時におけるエンジン１００の利用率が向上する。

本発明によれば、１シリンダまたは複数シリンダに失火が発生した場合に、失火発生時におけるエンジン・発電機への許容最大負荷を失火発生シリンダ毎に適正値に設定可能として、失火発生時におけるエンジン利用率を向上し得るエンジンの失火時負荷制限運転方法及びその装置を提供できる。

本発明の実施例に係る発電用多シリンダガスエンジンにおける失火時負荷制限システムの全体構成を示す平面配置構成図である。 前記実施例における失火検出時の制御ブロック図である。 前記実施例における失火発生シリンダ／捩り振動基準出力制限値設定テーブルの一例を示す表である。 従来技術に係る発電用多シリンダガスエンジンにおける失火時負荷制限運転システムの概略系統図である。

符号の説明

１００ エンジン
１ シリンダ
２ 燃料噴射装置
３ 失火検出器
４ 燃料制御装置
５ 負荷コントローラ
６ 発電機
７ 負荷
８ 負荷開閉器

Claims (3)

1. 複数の負荷が掛かった発電機を駆動する複数シリンダのエンジンの失火を検出し、前記失火の検出結果に基づきエンジンの負荷制限運転を行なうエンジンの失火時負荷制限運転方法であって、失火発生シリンダ番号毎にあるいは失火発生シリンダ番号の組み合わせによりエンジンの許容最大負荷を許容最大負荷設定手段に設定しておき、失火発生シリンダの検出信号に基づき該失火発生シリンダに対応する許容最大負荷を前記許容最大負荷設定手段から抽出して、エンジン・発電機に掛かっている負荷が前記許容最大負荷を超えているとき、この超過負荷を算出し、該超過負荷相当分の負荷をエンジン・発電機に掛かっている複数の負荷から選択遮断してエンジンを運転することを特徴とするエンジンの失火時負荷制限運転方法。
2. 前記許容最大負荷設定手段として、失火発生シリンダ番号毎にあるいは失火発生シリンダ番号の組み合わせによりエンジンの許容最大負荷が設定された許容最大負荷設定テーブルを用いて、前記超過負荷を算出することを特徴とする請求項１記載のエンジンの失火時負荷制限運転方法。
3. 複数の負荷が掛かった発電機を駆動する複数シリンダのエンジンの失火を検出し、前記失火の検出結果に基づきエンジンの負荷制限運転を行なうエンジンの失火時負荷制限運転装置において、失火発生シリンダ番号毎にあるいは失火発生シリンダ番号の組み合わせによりエンジンの許容最大負荷が設定された許容最大負荷設定テーブルと、前記失火発生シリンダの検出信号に基づき該失火発生シリンダに対応する許容最大負荷を前記許容最大負荷設定テーブルから抽出する失火時許容最大負荷算出手段と、前記エンジン・発電機に掛かっている負荷と前記失火時許容最大負荷算出手段により抽出された前記許容最大負荷とを比較し、エンジン・発電機に掛かっている負荷が前記許容最大負荷を超えているとき、この超過負荷を算出する超過負荷算出手段と、該超過負荷算出手段にて算出された超過負荷量に対応する遮断負荷を前記エンジン・発電機に掛かっている複数の負荷から抽出する遮断対象負荷抽出手段とをそなえた負荷コントローラを有してなることを特徴とするエンジンの失火時負荷制限運転装置。
   

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