JP2009168026A - 点火用流体燃料噴射装置のための検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】点火用流体燃料噴射装置のための検査方法を実現する。
【解決手段】点火用流体燃料噴射装置のための検査方法に関し、多燃料機関の駆動段階の間、点火用流体燃料噴射装置の噴射時間が変えられる。噴射時間の変化によって、シリンダーの燃焼室には、より多くの点火用流体燃料あるいはより少ない点火用流体燃料がもたらされ、当該シリンダーの排ガス温度の平均値ｍは上昇あるいは下降する。当該方法により、液体燃料駆動の際に正しく機能していない点火用流体燃料噴射装置を見分けることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、多燃料機関の、点火用流体燃料噴射装置のための検査方法に関する。当該多燃料機関は、液体燃料とガス燃料とを燃焼室に選択的に供給するための供給装置と、点火用流体燃料の供給のための少なくとも１つの点火用流体燃料噴射装置および、排ガス温度を検出するための測定装置と、測定装置によって検出された排ガス温度を分析するための分析装置とを備えている。

ガス駆動において多燃料機関を駆動させる際には、通常は希薄なガス・空気混合気が、燃焼室において、少量の点火用流体燃料の点火エネルギーによって点火される。当該点火用流体燃料は、適切な供給システムを通じ、点火用流体燃料噴射装置によって、たとえばピストンエンジンのピストンが上死点に達する直前に燃焼室へと送り込まれる。

噴射装置によりピストンエンジンの燃焼室に点火用流体燃料を供給するための既知のシステムによって、ほとんど任意に構成可能な噴射プロセスが可能となる。噴射開始や噴射終了、および噴射装置を通過する点火用流体燃料の体積流量が、自由に選択可能である。さらに多燃料機関には、たいてい電子工学式の機関制御装置が備えられており、当該機関制御装置は常に、駆動燃料や排ガスの温度、出力値、燃焼パラメータ、回転数、圧力などの、機関の駆動データを検出する。

燃焼残滓による噴射装置の損傷あるいは損耗、あるいは点火用流体燃料供給における不明な欠陥が、点火用流体燃料噴射の中断をもたらしかねない。点火用流体燃料噴射の中断により、ガス駆動においては、該当するシリンダー内での燃焼停止に至る。シリンダー内での燃焼停止は、一方では機関の出力低下をもたらし、他方では燃焼しなかったガス・空気混合気が排ガス装置へと達し、局地的に不都合な境界条件下では爆発さえ引き起こしかねない。それゆえガス駆動における燃焼停止は、避けるべきである。それゆえ、すでにガス駆動に切り替える前に、点火用流体燃料噴射の稼働能力を検査できることが望ましい。

多燃料機関をガス駆動に切り替える前、先行する液体燃料駆動の間にすでに点火用流体燃料噴射装置を検査することは、これまでは不可能であった。点火用流体燃料噴射装置の機能不全はこれまでのところ、出力低下や、ガス駆動において機関がスムーズに働かなくなったことに基づいて、もしくは排ガス内のガスの比率に基づいて、認識されている。今までは目視による検査の形態で、あるいはそれぞれのシリンダーの出力検出もしくは運転挙動に基づいて、点火用流体燃料噴射装置の損傷もしくは損耗の位置確認が行われる。

それゆえ本発明の課題は、点火用流体燃料噴射装置のための検査方法を実現することであり、当該検査方法によって、多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置の機能検査が、液体燃料駆動の間に可能となる。

当該課題は、本発明により、請求項１に記載の方法によって解決される。有利なさらなる形態は、従属請求項の対象となっている。

本発明に係る方法は、課題解決に際して以下のステップを有している。
ａ）液体燃料駆動において多燃料機関を駆動させ、少なくとも１つの点火用流体燃料噴射装置が、当該多燃料機関のシリンダーの燃焼室に点火用流体燃料を噴射するステップと、
ｂ）１つあるいは複数の点火用流体燃料噴射装置の噴射時間および／または噴射量を変えるステップと、
ｃ）点火用流体燃料噴射装置の噴射時間および／または噴射量を変化させている間に測定装置によって検出された、排ガス温度の値を分析するステップ。

本発明の方法は、様々な液体およびガス状の燃料によって駆動可能な多燃料機関に適している。本発明においては、液体燃料として、好ましくはセタン価が３０以上の点火しやすい燃料が問題となっており、当該燃料は、ディーゼル原理にしたがって機関の駆動を可能にしている。さらに、点火しにくい液体燃料、すなわちセタン価３０以下でかつ点火のためにたとえば点火プラグのような付加的装置を必要とする液体燃料にも適している。

本発明に係る方法の応用に適した多燃料機関は、液体燃料による駆動から、好適には点火しやすい希薄な燃料・空気混合気、好ましくはガス状燃料を有する燃料・空気混合気による駆動法へと切替可能になるように実施される。さらに、ガス状燃料だけでなく、当該方法は希薄な液体燃料・空気混合気に点火するための点火用流体燃料噴射装置にも同様に応用可能である。そのような多燃料機関のための燃焼ガスとして、たとえば天然ガス、液化ガス、薪ガス、バイオガス、廃棄物から発生するガス、メタン（Grubengase）あるいは水素を使用することができる。

ガス駆動もしくはリーン駆動において燃焼室に供給される希薄なガス・空気混合気は通常、明らかに空気過剰であり、それゆえ火花点火のために点火用流体燃料が当該燃焼室に噴射され、当該点火用流体燃料の点火エネルギーがガス・空気混合気に火をつける。点火用流体燃料としては通常、当該目的に適した液体燃料が用いられ、当該液体燃料は好ましくは、多燃料機関の液体燃料駆動においても使用される。

本発明に係る検査方法の実施に適した多燃料機関は、液体燃料を第１の燃焼室に供給するための第１の供給装置を備えている。多燃料機関のシリンダーは、本発明においては、１つあるいは複数の燃焼室を備えている。以下においては、シリンダーの主燃焼室が第１燃焼室と呼ばれている。供給装置は、複数の様々な液体燃料を供給するのにも適していてよい。第１供給装置は好ましくはポンプ装置と燃料管とを備えており、また燃料を直接多燃料機関の燃焼室に送り込む噴射装置あるいは、燃料・空気混合気を生成しかつ供給するための装置で、混合気の生成後に初めて液体燃料を燃焼室へと送り込む装置のいずれかを備えている。

さらに上記のような多燃料機関は、ガス状燃料を機関の燃焼室に供給するための第２の供給装置を備えている。当該供給装置は、好適には希薄なガス・空気混合気を、すでに燃焼室に供給する前に生成するよう、好ましくは形成されている。

多燃料機関はさらに、点火用流体燃料を機関の燃焼室に供給するための第３の供給装置を備えている。第３の供給装置は、好ましくは多燃料機関のシリンダーそれぞれのために１つあるいは複数の点火用流体燃料噴射装置を備えている。それぞれのシリンダーに備えられる際に、点火用流体燃料噴射装置は、点火用流体燃料が多燃料機関のシリンダーの第１燃焼室に直接噴射されるよう、設けられることができる。しかしながら点火用流体燃料噴射装置は、第２燃焼室たとえばいわゆる予燃焼室においても設けられ得る。点火用流体燃料は燃焼室において、自己点火によって、あるいは適当な点火装置によって点火される。点火用流体燃料噴射装置がシリンダーの第２燃焼室に設置されている場合、当該第２燃焼室は第１燃焼室への１つあるいは複数の接続部を備えており、当該接続部を通じて点火エネルギーは、第２燃焼室から第１燃焼室へと伝達され、第１燃焼室にあるガス・空気混合気に点火される。第２燃焼室においては、燃焼室の形態に関連して複数の点火用流体燃料噴射装置が設置され得、さらに複数の第２燃焼室もシリンダーの第１燃焼室と連結され得る。点火用流体燃料噴射装置は、好ましくは液体燃料駆動においてもガス駆動においても、シリンダーに点火用流体燃料を供給し、噴射装置の損耗を回避する。当該方法は、第１供給装置の噴射装置と統合されて形成されている点火用流体燃料噴射装置にも同様に適しており、当該点火用流体燃料噴射装置の噴射は、第１供給装置の噴射機能とは独立して制御可能である。

本発明に係る検査方法の応用に適した多燃料機関はさらに、好ましくは機関制御装置の一部分として、多燃料機関の排ガス温度を検出する測定装置を備えている。好ましくは、当該測定装置は、多燃料機関のそれぞれ個々のシリンダーの排ガス温度を検出する。方法の実施のためにさらに、測定装置によって検出された排ガス温度の値を分析するための分析装置が備えられている。検出と測定の際に測定装置および分析装置は好ましくは、検査方法の間の排ガス温度の短時間の変化も検出可能かつ分析可能なように形成されている。好適には排ガス温度の変化は、シリンダーのほんの数ストローク後にすでに特定され得る。

本発明に係る方法を実施する際、機関は液体燃料駆動で動かされる。すでに述たように、検査されるべき点火用流体燃料噴射装置は、好ましくは液体燃料駆動においても動作する。好適には検査方法は、多燃料機関が低負荷もしくは部分負荷、好ましくは５から２５％の範囲内での負荷で駆動されている間、実施される。当該範囲内においては、本発明に係る検査方法によって特に述べるに値する成果を出すことができる。

本発明の実施例にしたがえば、検査プロセスの際には、できる限り変動しない負荷での駆動段階で、点火用流体燃料噴射装置の噴射時間が変えられる。点火用流体燃料噴射装置を通る体積流量が変動しない場合、噴射時間が長くなれば、より多くの点火用流体燃料がシリンダーの第１燃焼室、あるいは機関の構造によっては第２燃焼室へと達し、それによって当該シリンダーの排ガス温度が上昇する。

同様に、点火用流体燃料噴射装置の噴射時間を短縮することも可能であり、噴射時間の短縮によってより少量の点火用流体燃料が燃焼室へと達し、排ガス温度の低下をもたらす。

点火用流体燃料噴射の際、延長される噴射時間の噴射開始を早め、および／あるいは噴射終了を遅らせることが可能である。噴射時間が短縮されるという逆の場合には、噴射開始を遅らせ、および／あるいは噴射終了を早めることができる。

同様に、噴射装置を通る体積流量を変えることによって点火用流体燃料の噴射量を変えることが可能であり、液体燃料駆動中の多燃料機関の燃焼室において、同様により多くの点火用流体燃料あるいはより少ない点火用流体燃料を送り込むことができ、これにより同様にシリンダーの排ガス温度の上昇もしくは低下が引き起こされる。

本発明に係る方法の好ましい形態においては、検査される噴射装置の噴射時間が、あらかじめ設定された検査サイクルに応じて変えられ、当該検査サイクルにおいてたとえば、点火用流体燃料噴射装置の最短の噴射時間から点火用流体燃料噴射装置の最長の噴射時間まで噴射時間が延ばされる。最長の噴射時間では、点火用流体燃料噴射装置が機能している場合、排ガス温度はかかった負荷の平均値を越えて上昇し、最短の噴射時間では排ガス温度はかかった負荷の平均値を下回る。

点火用流体燃料噴射装置が、機能不全のために、燃焼室に過多または過少の点火用流体燃料を送り込んだり、あるいはまったく送り込まなかったりする場合には、測定装置が、多燃料機関の排ガス温度の過大または過小な変化もしくはまったく変化していないことを検出する。測定装置の検出により、すでに多燃料機関のガス駆動が開始される前に、点火用流体燃料噴射装置の稼働能力が検査され得る。

１つのシリンダーに複数の点火用流体燃料噴射装置が設置されている場合には、個々の点火用流体燃料噴射装置の機能テストは、好ましくは次々に連続して実施される。多燃料機関に設置された測定装置によって、個々のシリンダーの排ガス温度ではなく、多燃料機関の過半数あるいはすべてのシリンダーの排ガス温度のみが検出される場合、好適には同様の処置が行われる。

分析装置は、測定装置によって検出された排ガス温度値の分析に利用され、かつ好ましくは、機能していない点火用流体燃料噴射装置の位置確認をするために、検査される点火用流体燃料噴射装置に、検出された測定値を割り当てることに利用される。本発明に係る検査方法によって得られる分析結果により、点火用流体燃料噴射装置の故障に基づく不完全な燃焼、あるいは燃焼停止が予想され得る場合、多燃料機関がガス駆動に切り替わるのを回避することができる。

分析結果に基づき、点火用流体燃料噴射装置が機能していない、あるいは正しく機能していないことが認識されることによってさらに、たとえば多燃料機関の個々のシリンダーのみにガスが供給され得ない。１つのシリンダーに複数の点火用流体燃料噴射装置が設置されている場合には、当該その他の点火用流体燃料噴射装置の噴射時間および／あるいは噴射量を増やすことができる。結局のところ、検査結果は、必要なメンテナンスの計画と実施の助けとなる。

本発明のさらなる利点、特徴、応用の可能性は、図と関連した以下の記述から明らかとなる。図が示すのは、以下の通りである。

本発明に係る検査方法の応用に適した多燃料機関である。 点火用流体燃料噴射装置が機能している場合の、模範的な検査サイクルの間のシリンダーの排ガス温度の時間による模範的な経過である。 点火用流体燃料噴射装置が機能していない場合の、検査サイクルの間のシリンダーの排ガス温度の時間による経過である。

図１には、本発明に係る検査方法の応用に適した多燃料機関の構成要素が記載されている。当該機関は、既知のように構成されたシリンダーヘッド３を有するシリンダー２を備えている。シリンダー２において、コネクティングロッド５にガイドされているピストン４が移動する。

シリンダーヘッド３には燃料噴射装置６が固定されており、液体燃料は当該燃料噴射装置６を通り、燃料供給管７を介して燃料ポンプ８から直接第１燃焼室９に噴射可能である。燃料噴射装置６と燃料供給管７および燃料ポンプ８とは、液体燃料を第１燃焼室９に供給するための第１供給装置１０の構成要素である。燃料噴射装置６と並んで第２燃焼室１１がシリンダーヘッド３に設置されており、当該第２燃焼室は１つあるいは複数の接続通路１２を介して第１燃焼室９と連結されている（図では好ましい実施例となっており、燃焼室９に点火用流体燃料噴射装置１３が設置されてもよい）。第２燃焼室１１には、点火用流体燃料噴射装置１３が設置されており、当該点火用流体燃料噴射装置１３は、点火用流体燃料供給管１４を介し、点火用流体燃料ポンプ１６によって点火用流体燃料が供給される。第３供給装置１５の点火用流体燃料供給管１４における圧力は、点火用流体燃料ポンプ１６によってもたらされる。

機関のガス交換は、既知のように、第１燃焼室９への吸気弁１７と排気弁１８とを介して行われる。ガス・空気混合気は当該模範的実施形態においては、燃焼室の外で作られる。混合気製造の際には、混合気製造装置２０とガス供給管２１とが含まれる第２供給装置１９の構成要素が関わっている。

点火用流体燃料噴射装置１３の噴出時間および／または噴出量を変化させる検査サイクルの実施の間、分析装置２５と連結された温度センサー２６は、シリンダー２の排ガス温度を検出し、かつ分析する。

図２は、本発明に係る検査方法を実施する間の、シリンダー２から排出された排ガスの温度の経過を示している。この図では検査方法は、模範的な検査サイクルの形態で実施された。図示されているのは、検査方法の間の、シリンダー２の排ガス温度の時間による経過である。図２において「ｍ」は、検査前および検査中に機関がｔ_１の時点まで駆動されたときにかかった負荷に対する温度の平均値を示している。ｔ_１の時点で、噴射時間が最小値にまで低下した。当該低下の結果、比較的短い移行時間の後温度が安定し、当該温度は、検査前および検査中に機関がｔ_１の時点まで駆動されたときにかかった負荷に対する平均値「ｍ」の温度よりも低くなっている。ｔ_２の時点で点火用流体燃料噴射装置の噴射時間は、最短の噴射時間から最長の噴射時間へと長くなった。そのため、再び比較的短い移行時間の後に、排ガス温度は平均値「ｍ」を超えて上昇する。

ｔ_３の時点で、点火用流体燃料噴射装置１３の噴射時間は、再び元の値に戻される。再び短い移行時間の後に、排ガス温度はシリンダー２の平均値「ｍ」の領域に戻る。

図３は、図２の検査サイクルを実施する間の、シリンダー２から排出された排ガスの温度の経過を示しており、当該検査は故障した点火用流体燃料噴射装置１３によって実施された。測定開始時には、同様に検査前および検査中に機関がｔ_１の時点まで駆動されたときにかかった負荷に対する温度の平均値に当たる排ガス温度となっていた。ｔ_１の時点での噴射時間の短縮も、ｔ_２の時点での噴射時間の延長も、シリンダー２の排ガス温度の変化を引き起こさない。以上の検査結果から、点火用流体燃料噴射装置１３は故障しているということが分かる。

２ シリンダー
３ シリンダーヘッド
４ ピストン
５ コネクティングロッド
６ 燃料噴射装置
７ 燃料供給管
８ 燃料ポンプ
９ 第１燃焼室
１１ 第２燃焼室
１２ 接続通路
１３ 点火用流体燃料噴射装置
１４ 点火用流体燃料供給管
１６ 点火用流体燃料ポンプ
１７ 吸気弁
１８ 排気弁
２０ 混合気製造装置
２１ ガス供給管
２５ 分析装置
２６ 温度センサー

Claims (18)

1. 多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法であって、前記多燃料機関は、
   液体燃料をシリンダー（２）の第１燃焼室（９）に供給するための第１供給装置（１０）と、
   ガス状燃料を前記シリンダー（２）の前記第１燃焼室（９）に供給するための第２供給装置（１９）と、
   点火用流体燃料を前記第１燃焼室（９）あるいは該第１燃焼室（９）と連通する第２燃焼室（１１）に供給するための、少なくとも１つの点火用流体燃料噴射装置（１３）を有する第３供給装置（１５）と、
   前記多燃料機関の排ガス温度値を検出するための測定装置（２６）と、
   該測定装置（２６）によって検出された排ガス温度値を分析するための分析装置（２５）と、
   を有しており、
   前記検査方法は、
   ａ）液体燃料駆動において前記多燃料機関を駆動させ、少なくとも１つの前記点火用流体燃料噴射装置（１３）が、前記第１あるいは第２燃焼室（９，１１）に点火用流体燃料を噴射するステップと、
   ｂ）１つあるいは複数の前記点火用流体燃料噴射装置（１３）の噴射時間および／または噴射量を変えるステップと、
   ｃ）前記点火用流体燃料噴射装置（１３）の噴射時間および／または噴射量を変化させている間に前記測定装置（２６）によって検出された、排ガス温度値を分析するステップと、
   を備えている、多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
2. 前記多燃料機関が、検査方法の実施の間、低負荷もしくは部分負荷の領域で駆動されることを特徴とする請求項１に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
3. 前記多燃料機関が、定格負荷の５から２５％の領域で駆動されることを特徴とする請求項２に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
4. 前記多燃料機関が、ディーゼルサイクルにしたがって、液体燃料駆動で作動することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
5. 液体燃料駆動における燃料としてディーゼル燃料が使用されることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
6. ガス駆動のための点火用流体燃料として、液体燃料駆動のための燃料が使用されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
7. 前記第２燃焼室（１１）が、前記第１燃焼室（９）の予燃焼室として形成され、かつ該第１燃焼室（９）に連結されていることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
8. 点火用流体燃料を前記第１燃焼室（９）に供給するための前記第３供給装置の前記点火用流体燃料噴射装置（１３）が、前記第１供給装置の燃料噴射装置（６）と一体的に形成されていることを特徴とする請求項１から請求項７のいずれか一項に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
9. 前記測定装置（２６）が、前記多燃料機関の個々のシリンダーの排ガス温度値を検出することを特徴とする請求項１から請求項８のいずれか一項に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
10. 前記測定装置（２６）が、シリンダーのほんの数ストローク後にすでに排ガス温度の変化を検出することを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか一項に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
11. 前記ステップｂ）において噴射時間が延長され、その結果より多くの点火用流体燃料が前記燃焼室（９，１１）にもたらされることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
12. 噴射開始を早め、および／あるいは噴射終了を遅らせることを特徴とする請求項１１に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
13. 前記ステップｂ）において噴射時間が短縮され、その結果より少ない点火用流体燃料が前記燃焼室（９，１１）にもたらされることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
14. 噴射開始を遅らせ、および／あるいは噴射終了を早めることを特徴とする請求項１３に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
15. 前記点火用流体燃料噴射装置（１３）の噴射時間が、あらかじめ設定された検査サイクルに応じて変えられることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれか一項に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
16. ステップｂ）において、噴射される点火用流体燃料の量が、前記点火用流体燃料噴射装置（１３）を通る体積流量を変化させることによって変えられ、その結果より多くの点火用流体燃料あるいはより少ない点火用流体燃料が前記燃焼室（９，１１）にもたらされることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
17. 前記点火用流体燃料噴射装置（１３）の体積流量が、あらかじめ設定された検査サイクルに応じて変えられることを特徴とする請求項１６に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。
18. 個々の前記点火用流体燃料噴射装置（１３）が、次々に連続して検査されることを特徴とする請求項１から請求項１７のいずれか一項に記載の多燃料機関の点火用流体燃料噴射装置のための検査方法。

Images