JP2008190433A - Four cycle engine provided with misfire detection system, misfire detection and operation method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、複数シリンダをそなえた4サイクルエンジンであって、エンジンの失火を判定してその後の処理を行うように構成された失火検出システムをそなえた4サイクルエンジン及び該4サイクルエンジンにおける失火検知方法及び運転方法に関する。 The present invention relates to a four-cycle engine having a plurality of cylinders, a four-cycle engine having a misfire detection system configured to determine misfire of the engine and perform subsequent processing, and misfire detection in the four-cycle engine The present invention relates to a method and an operation method.
ガスエンジンは、一般に燃料ガスと空気とを予混合して燃焼室に送り込み、着火装置により発生した着火火炎によって着火燃焼せしめるようにして希薄混合気燃焼を行っているため、ディーゼルエンジン等に比べて失火や燃焼不良が発生する可能性が高い。
即ち、図5に示すように、ガスエンジンで失火が発生すると、平均回転数NAにおける定常運転時の回転変動が失火発生シリンダ数に比例して大きくなり、定常運転時からの回転数低下量(回転数偏差)ΔNも失火発生シリンダ数に比例して大きくなる(図5(B)においてΔN0は回転数低下量(回転数偏差)の限界値(許容値)を示す)。
そこで、かかるガスエンジンにおいては、失火あるいは異常燃焼を検出する手段として、特許文献1(特許第3066004号公報)、特許文献2(特公昭61−258955号公報)等の、多くの技術が提案されている。
In general, a gas engine premixes fuel gas and air, sends them to the combustion chamber, and ignites and burns with an ignition flame generated by an ignition device. There is a high possibility of misfire and poor combustion.
That is, as shown in FIG. 5, when a misfire occurs in the gas engine, the rotational fluctuation during the steady operation at the average rotational speed NA increases in proportion to the number of misfired cylinders, and the rotational speed reduction amount ( (Rotational speed deviation) ΔN also increases in proportion to the number of misfired cylinders (in FIG. 5B, ΔN0 indicates the limit value (allowable value) of the rotational speed reduction amount (rotational speed deviation)).
Therefore, in such a gas engine, as a means for detecting misfire or abnormal combustion, many techniques such as Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3066004) and Patent Document 2 (Japanese Patent Publication No. 61-258955) have been proposed. ing.
このうち、特許文献1(特許第3066004号公報)の技術においては、失火の判別を、負荷検出手段で検出されたエンジン負荷の変動による回転変動を除く、回転変動を代表する角速度変動差量によって失火判定を行い、失火判別基準に従い角速度変動量を前記角速度変動差量に応じて更新する変動量基準更新手段をそなえて構成され、エンジンの角速度変動を検出することにより、失火に直結する爆発力変動に伴う回転変動を精度よく検出することを特徴としている。
また、特許文献2(特開昭61−258955号公報)の技術においては、エンジン回転数検出器によって、各シリンダの爆発行程毎の回転変動を検出し、回転変動の変化に基づき異常燃焼のシリンダを検出するように構成されている。
Among these, in the technique of Patent Document 1 (Patent No. 3060604), misfire is determined by an angular velocity fluctuation difference amount representative of rotation fluctuation, excluding rotation fluctuation due to engine load fluctuation detected by the load detection means. Explosion force that is directly connected to misfire by performing misfire detection and detecting fluctuation amount reference updating means that updates angular velocity fluctuation amount according to the angular velocity fluctuation difference amount according to the misfire judgment criterion and detecting engine angular velocity fluctuation It is characterized by accurately detecting rotational fluctuations accompanying fluctuations.
Further, in the technique of Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. 61-258955), an engine speed detector detects a rotational fluctuation at each explosion stroke of each cylinder, and an abnormal combustion cylinder is detected based on the rotational fluctuation. Is configured to detect.
尚、エンジンの失火あるいは異常燃焼を検出する手段として、特許文献3(特開平2−49955号公報)、特許文献4(特開平5−39746号公報)等が提供されている。 As means for detecting engine misfire or abnormal combustion, Patent Document 3 (Japanese Patent Laid-Open No. 2-49955), Patent Document 4 (Japanese Patent Laid-Open No. 5-39746), and the like are provided.
しかしながら、前記従来技術にはつぎのような解決すべき問題点がある。
特許文献1(特許第3066004号公報)の技術においては、回転変動を代表する角速度変動を用いて、正常燃焼をしている場合の基準角速度波形と検出された実際の角速度波形との角速度偏差が基準レベルを超えたとき、エンジンの失火発生と判定しているが、角速度波形を精度良く捉えるために、エンジンの運転継続に支障を来たさないような単発的な失火や不安定燃焼をも、失火発生として検出することとなって、エンジンの運転継続に支障を来たす失火のみを検出することは困難となる。
However, the prior art has the following problems to be solved.
In the technique of Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3060604), the angular velocity deviation between the reference angular velocity waveform in the case of normal combustion and the detected actual angular velocity waveform is calculated using the angular velocity fluctuation representing rotation fluctuation. When the reference level is exceeded, it is determined that the engine has misfired.However, in order to accurately capture the angular velocity waveform, there may be a single misfire or unstable combustion that does not hinder the continued operation of the engine. Therefore, it is difficult to detect only a misfire that causes an obstacle to continued operation of the engine.
また、特許文献2(特開昭61−258955号公報)の技術においては、各シリンダの爆発行程毎の回転変動を検出して、回転変動の変化に基づき異常燃焼のシリンダを検出しており、失火のみの検出を行うものではない。 In the technique of Patent Document 2 (Japanese Patent Laid-Open No. Sho 61-258955), the rotation fluctuation of each cylinder in each explosion stroke is detected, and the abnormal combustion cylinder is detected based on the change in the rotation fluctuation. It does not detect misfire alone.
本発明はかかる従来技術の課題に鑑み、ガスエンジン等の希薄予混合燃焼のエンジンにおいて、エンジンの運転継続に支障を来たす失火のみを正確に検出可能とするとともに、失火発生後の処理を適正に行い得る複数シリンダをそなえた4サイクルエンジン及び該エンジンの運転方法を提供することを目的とする。 In view of the problems of the prior art, the present invention makes it possible to accurately detect only misfires that impede continuation of engine operation in a lean premixed combustion engine such as a gas engine, and appropriately perform processing after occurrence of misfires. It is an object of the present invention to provide a four-cycle engine having a plurality of cylinders that can be operated and a method of operating the engine.
本発明はかかる目的を達成するもので、複数シリンダをそなえた4サイクルエンジンにおいて、前記エンジンのクランク軸の回転パルス数を検出する回転パルス数検出器と、該回転パルス数検出器から入力される前記クランク軸の回転パルス数検出値とクランク軸1回転当たりの回転パルス数から該クランク軸の平均回転数を算出し、当該サイクルの1サイクル前のサイクルにおける前記平均回転数と当該サイクルの前記平均回転数との差である回転数偏差を算出し、前記回転数偏差における回転数低下量の算出値と予め設定された許容回転数低下量とを比較して前記回転数低下量の算出値が前記許容回転数低下量を超えたとき前記エンジンの失火を判定する失火コントローラとをそなえたことを特徴とする。 The present invention achieves such an object, and in a four-cycle engine having a plurality of cylinders, a rotational pulse number detector for detecting the rotational pulse number of the crankshaft of the engine, and input from the rotational pulse number detector. An average rotational speed of the crankshaft is calculated from a detected value of the rotational speed of the crankshaft and a rotational pulse number per crankshaft rotation, and the average rotational speed in the cycle one cycle before the cycle and the average of the cycle are calculated. A rotational speed deviation that is a difference from the rotational speed is calculated, and a calculated value of the rotational speed reduction amount in the rotational speed deviation is compared with a preset allowable rotational speed reduction amount to obtain a calculated value of the rotational speed reduction amount. And a misfire controller for judging misfire of the engine when the allowable rotational speed reduction amount is exceeded.
かかる構成をそなえた4サイクルエンジンの運転方法は、複数シリンダをそなえた4サイクルエンジンの失火検知及び運転方法であって、前記エンジンのクランク軸の回転パルス数を検出し、この回転パルス数検出値とクランク軸1回転当たりの回転パルス数から該クランク軸の平均回転数を算出し、当該サイクルの1サイクル前のサイクルにおける前記平均回転数と当該サイクルの前記平均回転数との差である回転数偏差を算出し、前記回転数偏差における回転数低下量の算出値と予め設定された許容回転数低下量とを比較して前記回転数低下量の算出値が前記許容回転数低下量を超えたとき前記エンジンの失火を判定することを特徴とする。 The operation method of the four-cycle engine having such a configuration is a misfire detection and operation method of the four-cycle engine having a plurality of cylinders, and detects the number of rotation pulses of the crankshaft of the engine, and this rotation pulse number detection value And the average number of revolutions of the crankshaft from the number of rotation pulses per revolution of the crankshaft, and the number of revolutions that is the difference between the average number of revolutions in the cycle one cycle before the cycle and the average number of revolutions of the cycle The deviation is calculated, and the calculated value of the rotational speed reduction amount in the rotational speed deviation is compared with a preset allowable rotational speed reduction amount, and the calculated value of the rotational speed reduction exceeds the allowable rotational speed reduction amount. And determining the misfire of the engine.
また、本発明において、好ましくは次のように構成する。
(1)前記失火コントローラは、前記許容回転数低下量を失火シリンダ数に対応して複数段階に設定し、前記回転数低下量の算出値が前記複数段階の許容回転数低下量の第1段階の許容回転数低下量を超えたとき1シリンダの失火を判定し、前記回転数低下量の算出値が第2段階の許容回転数低下量を超えたとき2シリンダの失火を判定し、前記回転数低下量の算出値が第n段階(nは整数)の許容回転数低下量を超えたときnシリンダの失火を判定するように構成される。
(2)前記失火コントローラからの失火の判定信号を受けて警報を発振する警報装置と、前記失火コントローラからの失火の判定信号を受けてエンジンの燃料遮断を行う燃料制御装置とをそなえ、前記失火コントローラは1シリンダの失火を判定したときには失火発生回数が予め設定された一定回数を超えたとき前記警報装置に警報を発振せしめ、2シリンダ以上の失火を判定したときには前記警報装置に警報を発振せしめるとともに、失火発生回数が予め設定された一定回数を超えたとき前記燃料制御装置にエンジンの燃料遮断を行わしめるように構成される。
In the present invention, the following configuration is preferable.
(1) The misfire controller sets the allowable rotational speed reduction amount in a plurality of stages corresponding to the number of misfiring cylinders, and a calculated value of the rotational speed reduction amount is a first stage of the multi-stage allowable rotational speed reduction amount. When a permissible rotational speed decrease amount of 1 cylinder is exceeded, a misfire of one cylinder is determined, and when the calculated value of the rotational speed decrease amount exceeds a permissible rotational speed decrease amount of the second stage, a misfire of 2 cylinders is determined, and the rotation When the calculated value of the number reduction amount exceeds the allowable rotation number reduction amount in the nth stage (n is an integer), the misfire of the n cylinder is determined.
(2) An alarm device that oscillates in response to a misfire determination signal from the misfire controller, and a fuel control device that receives a misfire determination signal from the misfire controller and shuts off the fuel of the engine. The controller oscillates the alarm when the number of misfire occurrences exceeds a preset fixed number when it determines that one cylinder misfires, and oscillates the alarm when it determines that more than two cylinders misfire. In addition, the fuel control device is configured to cause the engine to shut off the fuel when the number of misfire occurrences exceeds a predetermined number of times set in advance.
そして、前記(1),(2)の構成をそなえた4サイクルエンジンの運転方法は、前記許容回転数低下量を失火シリンダ数に対応して複数段階に設定し、前記回転数低下量の算出値が前記複数段階の許容回転数低下量の第1段階の許容回転数低下量を超えたとき1シリンダの失火を判定し、前記回転数低下量の算出値が第2段階の許容回転数低下量を超えたとき2シリンダの失火を判定し、前記回転数低下量の算出値が第n段階(nは整数)の許容回転数低下量を超えたときnシリンダの失火を判定し、1シリンダの失火を判定したときには失火発生回数が予め設定された一定回数を超えたとき警報装置に警報を発振せしめ、2シリンダ以上の失火を判定したときには前記警報装置に警報を発振せしめるとともに、失火発生回数が予め設定された一定回数を超えたとき燃料制御装置にエンジンの燃料遮断を行わしめることを特徴とする。 In the operation method of the 4-cycle engine having the configurations (1) and (2), the allowable rotational speed reduction amount is set in a plurality of stages corresponding to the number of misfiring cylinders, and the rotational speed reduction amount is calculated. When the value exceeds the first stage allowable rotational speed reduction amount of the plurality of stages of allowable rotational speed reduction amount, it is determined that one cylinder misfires, and the calculated value of the rotational speed reduction amount is the second stage allowable rotational speed reduction. 2 cylinder misfire is judged when the amount exceeds, and n cylinder misfire is judged when the calculated value of the rotational speed reduction amount exceeds the allowable rotation speed reduction amount of the nth stage (n is an integer). When the misfire occurrence is determined, the alarm device oscillates when the number of misfire occurrences exceeds a predetermined number of preset times, and when the misfire of two or more cylinders is determined, the alarm device oscillates the alarm and the number of misfire occurrences. Is preset Characterized in that occupy perform fuel cutoff of an engine fuel control device when exceeding the predetermined number of times.
本発明によれば、クランク軸の回転に伴う該クランク軸に直結されるフライホイールの外周に沿って形成された歯の移動により発生する回転パルス数によって、クランク軸の回転パルス数を検出し、この回転パルス数検出値とクランク軸1回転当たりの回転パルス数から該クランク軸の平均回転数を算出し、当該サイクルの1サイクル前のサイクルにおける平均回転数と当該サイクルの平均回転数との差から算出した回転数偏差における回転数低下量と予め設定された許容回転数低下量とを比較して回転数低下量の算出値が許容回転数低下量を超えたときエンジンの失火を判定するので、クランク軸の回転に伴う回転パルス数のサイクル毎の変化を検出して、この回転パルス数の低下量をクランク軸回転数の低下量として、該クランク軸回転数の低下量が許容回転数低下量を超えたとき失火の発生を判定するという、回転パルス数の低下量を監視するのみの簡単な手段で失火の発生を検知でき、前記従来技術に比べて制御要素やメモリー消費が少なくきわめて簡単な処理で以って失火の発生を検知できる。 According to the present invention, the number of rotation pulses of the crankshaft is detected by the number of rotation pulses generated by the movement of teeth formed along the outer periphery of the flywheel directly connected to the crankshaft accompanying the rotation of the crankshaft, The average rotational speed of the crankshaft is calculated from the detected rotational pulse number and the rotational pulse number per crankshaft rotation, and the difference between the average rotational speed in the cycle one cycle before the cycle and the average rotational speed of the cycle is calculated. The engine speed is judged to be misfired when the calculated value of the engine speed reduction amount exceeds the allowable engine speed decrease amount by comparing the engine speed decrease amount in the engine speed deviation calculated from the above and the preset allowable engine speed decrease amount. The change in the number of rotation pulses accompanying the rotation of the crankshaft is detected for each cycle, and the amount of decrease in the number of rotation pulses is used as the amount of decrease in the crankshaft rotation number. The occurrence of misfire can be detected by a simple means of monitoring the amount of decrease in the number of rotation pulses, that is, determining the occurrence of misfire when the amount of decrease in the amount exceeds the allowable amount of decrease in the rotational speed. The occurrence of misfire can be detected with very simple processing that consumes less elements and memory.
また、回転パルス数の低下量を監視するのみで失火の発生を検知するので、前記特許文献1(特許第3066004号公報)の技術のような、角速度波形を精度良く捉えるために、エンジンの運転継続に支障を来たさないような単発的な失火や不安定燃焼をも、失火発生と検出することを回避できて、エンジンの運転継続に支障を来たす失火のみを検出することが可能となる。
これにより、エンジンの運転継続に支障を来たさないような単発的な失火や不安定燃焼を失火と判定してエンジンを停止するような事態の発生を回避できて、エンジンの稼動率の低下を防止できる。
Further, since the occurrence of misfire is detected only by monitoring the amount of decrease in the number of rotation pulses, the engine operation is performed in order to accurately capture the angular velocity waveform as in the technique of Patent Document 1 (Japanese Patent No. 3066004). Even a single misfire or unstable combustion that does not interfere with continuation can be avoided by detecting that a misfire has occurred, and it is possible to detect only misfires that hinder continued operation of the engine. .
As a result, it is possible to avoid the occurrence of a situation in which a single misfire or unstable combustion that does not hinder the continued operation of the engine is judged as misfire, and the engine is stopped. Can be prevented.
また、本発明において、前記許容回転数低下量を失火シリンダ数に対応して複数段階に設定し、回転数低下量の算出値が第1段階の許容回転数低下量を超えたとき1シリンダの失火を判定し、回転数低下量の算出値が第2段階の許容回転数低下量を超えたとき2シリンダの失火を判定し、前記回転数低下量の算出値が第n段階(nは3以上の整数)の許容回転数低下量を超えたときnシリンダの失火を判定し、1シリンダの失火を判定したときには失火発生回数が予め設定された一定回数を超えたとき警報装置に警報を発振せしめ、2シリンダ以上の失火を判定したときには前記警報装置に警報を発振せしめるとともに、失火発生回数が予め設定された一定回数を超えたとき燃料制御装置にエンジンの燃料遮断を行わせるように構成すれば、失火シリンダ数に対応する回転数低下量の許容値を実験結果あるいはシミュレーション計算によって予め設定しておき、回転数低下量の算出値が1シリンダの失火に相当する許容回転数低下量を超えたときに1シリンダに失火が発生しているものと判定し、該回転数低下量の算出値が2シリンダの失火に相当する許容回転数低下量を超えたときには2シリンダに失火が発生しているものと判定し、さらに該回転数低下量の算出値が3シリンダ以上のnシリンダの失火に相当する許容回転数低下量を超えたときにはnシリンダに失火が発生しているものと判定する、というように、回転数低下量によって失火発生シリンダ数を把握することができる。 In the present invention, the allowable rotational speed reduction amount is set in a plurality of stages corresponding to the number of misfiring cylinders, and when the calculated value of the rotational speed reduction amount exceeds the allowable rotational speed reduction amount in the first stage, A misfire is determined, and when the calculated value of the rotational speed reduction amount exceeds the allowable rotational speed reduction amount in the second stage, a misfire of two cylinders is determined, and the calculated value of the rotational speed reduction amount is the nth stage (n is 3). When the permissible rotational speed decrease of (integer) is exceeded, n-cylinder misfire is judged. When one-cylinder misfire is judged, an alarm is issued to the alarm device when the number of misfires exceeds a preset number. When the misfire of two cylinders or more is determined, the alarm device is made to oscillate, and the fuel control device is configured to shut off the fuel of the engine when the number of misfire occurrences exceeds a predetermined number of times. If When an allowable value for the rotational speed reduction amount corresponding to the number of fire cylinders is set in advance by experimental results or simulation calculation, and the calculated rotational speed reduction amount exceeds the allowable rotational speed reduction amount corresponding to misfire of one cylinder It is determined that a misfire has occurred in one cylinder, and if the calculated value of the rotational speed drop exceeds the allowable rotational speed drop equivalent to a misfire of 2 cylinders, a misfire has occurred in 2 cylinders. Further, when the calculated value of the rotational speed reduction amount exceeds the allowable rotational speed reduction amount corresponding to misfire of n cylinders of 3 cylinders or more, it is judged that misfire has occurred in the n cylinder. In addition, the number of misfiring cylinders can be determined from the amount of decrease in the rotational speed.
これにより、1シリンダに失火が発生しているときには、失火発生回数が予め設定された一定回数を超えたときに警報装置により警報を発振して、当該シリンダの燃料噴射タイミングを進める等の調整を行うことによりエンジンを停止することなく運転を続行でき、2シリンダ以上に失火が発生しているときには、失火発生回数が予め設定された一定回数以下のときには前記と同様に警報装置により警報を発振して当該シリンダの燃料噴射タイミングを進める等の調整を行うにとどめ、失火発生回数が予め設定された一定回数を超えたときに初めて燃料制御装置の燃料遮断によってエンジンを停止せしめることにより、失火の発生シリンダ数と発生回数とによって失火の警報発振あるいはエンジン停止を使い分けることが可能となり、失火発生時に必要最小限のエンジン停止で済むこととなって、失火発生時におけるエンジンの稼働率低下を最少限に抑えることができるとともに、メインテナンス性を向上できる。 As a result, when a misfire has occurred in one cylinder, an alarm is oscillated by an alarm device when the number of misfire occurrences exceeds a preset number of times, and adjustments such as advancing the fuel injection timing of the cylinder are made. The operation can be continued without stopping the engine, and when misfiring has occurred in two or more cylinders, an alarm is oscillated by the alarm device in the same manner as described above when the number of misfirings is less than a preset number. Only when adjustments such as the fuel injection timing of the cylinder are advanced, and when the number of misfires exceeds a preset number of times, the engine is stopped only by shutting off the fuel in the fuel control device. Depending on the number of cylinders and the number of occurrences, it is possible to use either misfire alarm oscillation or engine stop. Sometimes required becomes possible minimal engine stop, with a reduction rate of operation of the engine at the time of occurrence of misfire can be suppressed to a minimum, thereby improving the maintainability.
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。 Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the embodiments shown in the drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative arrangements, and the like of the component parts described in this example are not intended to limit the scope of the present invention only to specific examples unless otherwise specified. Only.
図1は、本発明の実施例に係る4サイクルガスエンジンの失火検知システムを示す全体構成図である。
図1において、符号100で示されるエンジンは多シリンダの4サイクルエンジンであり、シリンダ102a内に往復摺動自在に嵌合されたピストン102、該ピストン102の往復動を回転に変換するクランク軸112、該クランク軸112に連結されるフライホイール113、前記ピストン102の上面とシリンダ102aの内面との間に区画形成される燃焼室101、該燃焼室101に接続される吸気ポート103、該吸気ポート103を開閉する吸気弁104、該燃焼室101に接続される排気ポート105、該排気ポート106を開閉する排気弁106等によって構成される。
FIG. 1 is an overall configuration diagram showing a misfire detection system for a four-cycle gas engine according to an embodiment of the present invention.
In FIG. 1, an engine denoted by
前記吸気ポート103の途中にはガスミキサー110が設置され、燃料ガス管111からガス量調整弁109を通して供給された燃料ガスと図示しない過給機から供給された圧縮空気とを該ガスミキサー11で混合し、この混合気を前記吸気ポート103及び吸気弁104を通して燃焼室101に供給する。
符号107で示される着火装置は、この例では副室内に軽油等のパイロット燃料を噴射して着火燃焼させ、この燃焼火炎を前記燃焼室101に噴出するパイロット噴射装置で構成されている。
A
In this example, the ignition device denoted by
前記フライホイール113の外周には円周方向に沿って回転パルス発生用の複数の歯が形成され、回転パルス検出器1によって、前記フライホイール113の回転により歯の移動による回転パルスを検出するようになっている。
そして、前記回転パルス検出器1によるフライホイール113の歯による回転パルスつまりクランク軸112の回転パルスの検出信号は失火コントローラ10に入力される。該失火コントローラ10は前記回転パルスの検出信号に基づき後述するような演算、制御を行って、その出力信号を警報装置2及び前記ガス量調整弁109の開度制御を行う燃料制御装置3に出力する。
A plurality of teeth for generating rotation pulses are formed on the outer periphery of the
Then, a detection signal of a rotation pulse by the teeth of the
次に、図2〜図4を参照してこの実施例の動作を説明する。
前記回転パルス検出器1からのクランク軸112の回転パルス数の検出信号は、失火コントローラ10の平均回転数算出手段11に入力される。該平均回転数算出手段11においては、前記回転パルス数の検出値と回転パルス歯数設定手段12に設定されているフライホイール113の全周の歯数とにより、クランク軸112回転で1サイクルのサイクル毎の平均回転数を算出する。
即ち、図3(A)のように、たとえば、前記フライホイール113の歯数がZ1で回転パルス数がZ1のときは、4サイクルエンジンでは1サイクルの回転パルス数は2Z1となる。そして、失火が発生すると、図3(B)のように、平均回転数がNA1からNA11、NA00に、NA2からNA21に低下して行く。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIGS.
A detection signal of the rotation pulse number of the
That is, as shown in FIG. 3A, for example, when the number of teeth of the
前記サイクル毎の平均回転数の算出値は、1サイクル回転数偏差算出手段13に入力される。該1サイクル回転数偏差算出手段13においては、あるサイクルの1サイクル前のサイクルにおける平均回転数算出値と当該サイクルの平均回転数算出値との差(前のサイクルの平均回転数NA1−当該サイクルの平均回転数NA2)である回転数偏差を算出する。この回転数偏差は失火発生の可能性に伴う回転数低下量であり、該回転数低下量の算出値は失火判定手段15に入力される。
符号14で示される失火時回転数偏差設定手段においては、実験結果等によって求められた失火の発生する最小の回転数低下量即ち許容回転数低下量が設定されている。
従って、前記失火判定手段15においては、前記回転数低下量の算出値と前記失火時回転数偏差設定手段14に設定された許容回転数低下量とを対比して、前記回転数低下量の算出値が許容回転数低下量を超えているときに、エンジンの失火が発生しているものと判定する。
The calculated value of the average rotational speed for each cycle is input to the one-cycle rotational speed deviation calculating means 13. In the one-cycle rotational speed deviation calculating means 13, the difference between the average rotational speed calculated value in the cycle one cycle before a certain cycle and the average rotational speed calculated value in the cycle (average rotational speed NA1 in the previous cycle−the cycle concerned). The average rotational speed NA2) is calculated. This rotational speed deviation is the rotational speed reduction amount associated with the possibility of misfire occurrence, and the calculated value of the rotational speed reduction amount is input to the misfire determination means 15.
In the misfire rotation speed deviation setting means indicated by
Accordingly, the misfire determination means 15 calculates the rotation speed reduction amount by comparing the calculated value of the rotation speed reduction amount with the allowable rotation speed reduction amount set in the misfire rotation speed deviation setting means 14. When the value exceeds the allowable rotational speed reduction amount, it is determined that an engine misfire has occurred.
この場合、より詳細には、一定期間内において、前記回転数低下量の算出値が前記許容回転数低下量を超える回数が、実験結果等によって予め設定された許容回数を超えるときに失火が発生し、該許容回数以下のときには失火の発生は無いものと判定する。 In this case, more specifically, a misfire occurs when the number of times that the calculated value of the rotational speed reduction amount exceeds the allowable rotational speed reduction amount exceeds a preset allowable number based on experimental results or the like within a certain period. When it is less than the allowable number of times, it is determined that no misfire has occurred.
前記失火判定手段15での失火判定結果は失火シリンダ数算出手段17に入力される。
符号16で示される失火シリンダ数/回転数偏差設定手段においては、前記許容回転数低下量を、エンジン負荷毎に、失火シリンダ数に対応して複数段階に設定している。
即ち前記失火シリンダ数/回転数偏差設定手段においては、図4(A)に示すように、たとえばエンジン負荷0〜50%の間においては、1筒(1シリンダ)失火の場合は回転数低下量が−A1回転数(前記平均回転数よりもA1回転低下)で、2筒失火の場合は回転数低下量が前記1筒失火の場合の2倍の−2A1回転数、3筒失火の場合は回転数低下量が前記1筒失火の場合の3倍の−3A1回転数、図示を省略するがn筒(nシリンダ)失火の場合は回転数低下量が前記1筒失火の場合のn倍の−nA1回転数というように、前記回転数低下量に相当する失火シリンダ数がエンジン負荷毎に設定されている。
The misfire determination result in the misfire determination means 15 is input to the misfire cylinder number calculation means 17.
In the misfire cylinder number / rotational speed deviation setting means indicated by reference numeral 16, the allowable rotational speed reduction amount is set in a plurality of stages corresponding to the misfire cylinder number for each engine load.
That is, in the misfire cylinder number / rotational speed deviation setting means, as shown in FIG. 4A, for example, when the engine load is 0 to 50%, in the case of one cylinder (1 cylinder) misfire, the rotational speed reduction amount Is -A1 rotational speed (A1 rotational speed lower than the average rotational speed), and in the case of 2-cylinder misfire, the rotational speed reduction amount is -2A1 rotational speed which is twice that of the single-cylinder misfire. The rotational speed reduction amount is -3A1 rotational speed that is three times that in the case of one cylinder misfire, and although not shown, in the case of n cylinder (n cylinder) misfire, the rotational speed reduction amount is n times that in the case of one cylinder misfire. The number of misfire cylinders corresponding to the amount of decrease in the rotational speed is set for each engine load, such as -nA1 rotational speed.
従って、前記失火シリンダ数算出手段17においては、前記失火判定手段15において失火発生が判定されたときの回転数低下量算出値と、前記失火シリンダ数/回転数偏差設定手段16に設定されている失火シリンダ数(図4(A))とを突き合わせて、当該エンジン負荷における前記回転数低下量算出値に対応する失火シリンダ数を算出(選出)して、失火回数算出手段18に入力する。
Accordingly, the misfire cylinder number calculating means 17 is set to the rotation speed reduction amount calculation value when the misfire occurrence means determines the misfire occurrence and the misfire cylinder number / rotational speed deviation setting means 16. The number of misfire cylinders (FIG. 4A) is matched to calculate (select) the number of misfire cylinders corresponding to the calculated value for decrease in the number of revolutions in the engine load, and input to the misfire
失火回数算出手段18においては、前記失火シリンダ数算出手段17において失火発生シリンダ数が1シリンダと算出したときには、予め設定された一定期間内における失火発生回数が予め設定された一定回数を超えたときには、前記警報装置2に警報を発振せしめる。一方、前記失火発生回数が前記一定回数以下の場合には、失火の連続的発生は無いものとして警報は発振しない。
即ち、図4(B)に示すように、たとえばN1サイクル(100サイクル)中にM1回数(2回)以上失火発生の判定があった場合には前記警報装置2に警報を発振せしめ、M1回数未満(1回)のときは警報は発振しない。
In the misfire number calculation means 18, when the misfire cylinder number calculation means 17 calculates the number of misfire occurrence cylinders as one cylinder, when the number of misfire occurrences within a predetermined period exceeds a predetermined number. The
That is, as shown in FIG. 4B, for example, when it is determined that misfire has occurred more than M1 times (twice) during the N1 cycle (100 cycles), the
また、前記失火回数算出手段18においては、前記失火シリンダ数算出手段17において失火発生シリンダ数が2シリンダ以上と算出したときには、前記警報装置2に警報を発振せしめるとともに、予め設定された一定期間内における失火発生回数が予め設定された一定回数を超えたとき前記燃料制御装置3にエンジンの燃料遮断を行わしめてエンジンを停止する。
即ち、図4(B)に示すように、たとえばN2サイクル(100サイクル)中にM3回数(3回)以上失火発生の判定があった場合には、前記警報装置2に警報を発振させるとともに、前記燃料制御装置3にエンジンの燃料遮断を行わせてエンジンを停止する。一方、たとえばN2サイクル(100サイクル)中にM2回数(1回、あるいは2回でもよい)失火発生の判定があった場合には、前記警報装置2に警報を発振させて当該失火発生シリンダの燃料噴射時期を早める等の失火阻止の手段を講じるにとどめ、エンジンの停止は行わない。
In the misfire number calculation means 18, when the misfire cylinder number calculation means 17 calculates that the number of misfire occurrence cylinders is 2 cylinders or more, the
That is, as shown in FIG. 4 (B), for example, when it is determined that the misfire has occurred M3 times (three times) or more during the N2 cycle (100 cycles), the
以上のような本発明の実施例によれば、クランク軸112の回転に伴う該クランク軸11に直結されるフライホイール113の外周に沿って形成された歯の移動により発生する回転パルス数によって、該クランク軸112の回転パルス数から該クランク軸112の平均回転数を算出し、当該サイクルの1サイクル前のサイクルにおける平均回転数と当該サイクルの平均回転数との差から算出した回転数偏差における回転数低下量と、予め設定された許容回転数低下量とを比較して、回転数低下量の算出値が許容回転数低下量を超えたときエンジンの失火を判定するので、クランク軸112の回転に伴う回転パルス数のサイクル毎の変化を検出して、この回転パルス数の低下量をクランク軸回転数の低下量として、該クランク軸回転数の低下量が許容回転数低下量を超えたとき失火の発生を判定するという、回転パルス数の低下量を監視するのみで失火の発生を検知でき、従来技術に比べて制御要素やメモリー消費が少なく、きわめて簡単な処理で以って失火の発生を検知できる。
According to the embodiment of the present invention as described above, according to the number of rotation pulses generated by the movement of teeth formed along the outer periphery of the
また、回転パルス数の低下量を監視するのみで失火の発生を検知するので、従来技術のような、角速度波形を精度良く捉えるために、エンジン100の運転継続に支障を来たさないような単発的な失火や不安定燃焼をも、失火発生と検出することを回避できて、エンジン100の運転継続に支障を来たす失火のみを検出することが可能となる。
これにより、エンジン100の運転継続に支障を来たさないような単発的な失火や不安定燃焼を失火と判定してエンジンを停止するような事態の発生を回避できて、エンジン100の稼動率の低下を防止できる。
In addition, since the occurrence of misfire is detected only by monitoring the amount of decrease in the number of rotation pulses, the conventional method does not hinder the continuation of operation of the
As a result, it is possible to avoid the occurrence of a situation in which a single misfire or unstable combustion that does not hinder the continuation of the operation of the
また、前記許容回転数低下量を失火シリンダ数に対応して複数段階に設定し、回転数低下量の算出値が第1段階の許容回転数低下量を超えたとき1シリンダの失火を判定し、回転数低下量の算出値が第2段階の許容回転数低下量を超えたとき2シリンダの失火を判定し、前記回転数低下量の算出値が第n段階(nは3以上の整数)の許容回転数低下量を超えたときnシリンダの失火を判定し、1シリンダの失火を判定したときには失火発生回数が予め設定された一定回数を超えたとき警報装置2に警報を発振させ、2シリンダ以上の失火を判定したときには前記警報装置2に警報を発振させるとともに、失火発生回数が予め設定された一定回数を超えたとき燃料制御装置3にエンジンの燃料遮断を行わせるように構成したので、失火シリンダ数に対応する回転数低下量の許容値を実験結果あるいはシミュレーション計算によって予め設定しておき、回転数低下量の算出値が1シリンダの失火に相当する許容回転数低下量を超えたときに1シリンダに失火が発生しているものと判定し、該回転数低下量の算出値が2シリンダの失火に相当する許容回転数低下量を超えたときには2シリンダに失火が発生しているものと判定し、さらに該回転数低下量の算出値が3シリンダ以上のnシリンダの失火に相当する許容回転数低下量を超えたときにはnシリンダに失火が発生しているものと判定する、というように、回転数低下量によって失火発生シリンダ数を把握することができる。
Further, the allowable rotational speed reduction amount is set in a plurality of stages corresponding to the number of misfiring cylinders, and when the calculated value of the rotational speed reduction amount exceeds the allowable rotational speed reduction amount in the first stage, the misfire of one cylinder is determined. When the calculated value of the rotational speed reduction exceeds the allowable rotational speed reduction amount of the second stage, it is determined that two cylinders have misfired, and the calculated value of the rotational speed reduction amount is the nth stage (n is an integer of 3 or more). N cylinder misfire is determined when the permissible rotational speed decrease amount is exceeded, and when one cylinder misfire is determined, an alarm is generated in the
これにより、1シリンダに失火が発生しているときには、失火発生回数が予め設定された一定回数を超えたときに警報装置2により警報を発振して、当該シリンダの燃料噴射タイミングを進める等の調整を行うことによりエンジン100を停止することなく運転を続行でき、2シリンダ以上に失火が発生しているときには、失火発生回数が予め設定された一定回数以下のときには前記と同様に警報装置2により警報を発振して当該シリンダの燃料噴射タイミングを進める等の調整を行うにとどめ、失火発生回数が予め設定された一定回数を超えたときに初めて燃料制御装置3の燃料遮断によってエンジン100を停止せしめることにより、失火の発生シリンダ数と発生回数とによって失火の警報発振あるいはエンジン停止を使い分けることが可能となり、失火発生時に必要最小限のエンジン停止で済むこととなって、失火発生時におけるエンジンの稼働率低下を最少限に抑えることができるとともに、メインテナンス性を向上できる。
As a result, when a misfire has occurred in one cylinder, an alarm is generated by the
本発明によれば、ガスエンジン等の希薄予混合燃焼のエンジンにおいて、エンジンの運転継続に支障を来たす失火のみを正確に検出可能とするとともに、失火発生後の処理を適正に行い得る複数シリンダをそなえた4サイクルエンジン及び該エンジンの運転方法を提供できる。 According to the present invention, in a lean premixed combustion engine such as a gas engine, it is possible to accurately detect only a misfire that hinders the continuation of engine operation, and a plurality of cylinders that can appropriately perform processing after the misfire has occurred. The provided four-cycle engine and a method for operating the engine can be provided.
1 回転パルス検出器
2 警報装置
3 燃料制御装置
10 失火コントローラ
11 平均回転数算出手段
13 1サイクル回転数偏差算出手段
15 失火判定手段
17 失火シリンダ数算出手段
18 失火回数算出手段
100 エンジン
101 燃焼室
102 ピストン
102a シリンダ
103 吸気ポート
104 吸気弁
105 排気ポート
106 排気弁
107 着火装置
109 ガス量調整弁
110 ガスミキサー
111 燃料ガス管
112 クランク軸
113 フライホイール
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