JP2009221935A

JP2009221935A - エンジン

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Publication number: JP2009221935A
Application number: JP2008066446A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Ito; 誠一伊藤; Shunsaku Nakai; 俊作中井; Hironori Sato; 裕紀佐藤
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2008-03-14
Filing date: 2008-03-14
Publication date: 2009-10-01
Anticipated expiration: 2028-03-14
Also published as: JP5074966B2

Abstract

【課題】主室と副室とで燃焼室が構成されたエンジンにおいて、副室に供給される燃料ガスを制御する逆止弁の作動不良を適正に判別する。
【解決手段】副室１０Ｓに燃料ガスを供給する副燃料供給路ＳＬに並列的に２つの並列流路３１を形成し、この並列流路３１に逆止弁ＣＶを備え、この逆止弁ＣＶの上流側の圧力を計測する流路圧センサＰｓを備え、２つの流路圧センサＰｓの計測値の差から一方の逆止弁ＣＶの作動不良を判定する圧力判定回路４５と運転制御手段４１を備え、作動不良であることを判定した場合に出力部４７に警報を出力する警報出力回路４８を備えた。
【選択図】図１

Description

本発明は、ピストンに面する主室と、この主室に噴孔を介して連通する副室とで燃焼室が構成され、前記副室に燃料ガスを供給する副燃料供給路に対して前記副室の圧力低下時に開放する逆止弁を備えているエンジンに関する。

上記のように構成されたエンジンとして、主燃焼室（本発明の主室）の上部位置に、副室を備え、ピストンの吸気作動における主室の減圧によって開放して副室に対する燃料ガスの供給を行う副室ガス弁（逆止弁）を備え、この副室に点火栓（点火プラグ）を備えたガスエンジンが存在する（例えば、特許文献１参照）。

このエンジンでは、ピストンの吸気作動による減圧によって主室に希薄混合気を吸引すると共に、この主室の減圧時に逆止弁が開放して副室に燃料ガスを吸引し、この後、ピストンの圧縮作動の後に、点火プラグで副室の燃料ガスに点火することにより、この副室から燃焼ガスを主室に噴出させて、この燃焼ガスの噴出により（特許文献１ではトーチジェット）主室の希薄燃焼ガスの燃焼を行わせている。

特開２００１‐３７５３号公報（段落番号〔００１７〕〜〔００１９〕、図１）

特許文献１に記載されるエンジンのように逆止弁を介して副室に燃料ガスを供給するものでは、ピストンの作動による圧力低下によって逆止弁が開放するため、カム軸等の外部からの駆動力で開閉作動する弁を備えるものと比較して構造が簡単となり、製造が容易で小型化、コスト低下に繋がるものである。

特許文献１に記載される逆止弁は、バネの付勢力の作用によってボール等の弁体を閉じ位置に維持する構造を有し、バネの付勢力に抗する方向に作用する負圧がバネの付勢力を超えたタイミングで弁体を開放し、燃料ガスの供給を許す作動形態となる。

このように、エンジンに使用される逆止弁では、高温、高圧の環境で使用されるため、常温での使用と比較すると、弁体、あるいは、この弁体に接当する弁座、弁体に付勢力を作用させるバネに磨耗や変形が進みやすく、作動不良に繋がりやすいものであった。この種のエンジンは多気筒エンジンとして構成されるため、複数の逆止弁の１つが作動不良に陥ってもエンジンは作動し続けるものとなり、逆止弁の作動不良の把握は困難であった。

尚、作動不良として、弁体が閉じ状態にロックする状況では、主室に供給される混合気が燃焼しないので、燃料ガスが無駄になるばかりでなく出力不足に陥るものとなり、また、弁体が開放状態にロックする状況では、副室に過剰な燃料ガスが供給される結果、適正なタイミングでの燃焼が行われないこともあり改善の必要があった。

本発明の目的は、副室に供給される燃料ガスを制御する逆止弁の作動不良を適正に判別する点にある。

本発明の特徴は、ピストンに面する主室と、この主室に噴孔を介して連通する副室とで燃焼室が構成され、前記副室に燃料ガスを供給する副燃料供給路に対して前記副室の圧力低下時に開放する逆止弁を備えているエンジンにおいて、
前記副燃料供給路において燃料ガスを並列的に送る複数の並列流路の夫々に前記逆止弁を配置する、又は、前記副燃料供給路に対して複数の前記逆止弁を直列的に配置すると共に、前記逆止弁に送られる燃料ガスの圧力を計測する圧力センサと、この圧力センサでの計測値に基づいて前記逆止弁の機能判定を行う判定手段を備えている点にある。

この構成によると、副室に燃料ガスを供給する副燃料供給路に対して複数の逆止弁を備え、逆止弁に送られる燃料ガスの圧力を圧力センサで計測し、この計測値に基づいて判定手段が機能判定を行うことにより、逆止弁の状況を判定できる。つまり、逆止弁に送られる燃料ガスの圧力は、逆止弁が閉じ状態にある場合には上昇し、逆止弁が開放した場合には低下するため、この圧力変化から逆止弁の機能を容易に判定できる。その結果、副室に供給される燃料ガスを制御する逆止弁の作動不良を適正に判別できるものとなった。

本発明は、前記複数の並列流路の夫々には、その並列流路に備えた前記逆止弁を基準にして燃料ガスの供給方向の上流側位置の圧力を検出するように前記圧力センサを備えると共に、前記判定手段は、複数の並列流路に配置された複数の圧力センサによる圧力変化の検出タイミングを比較することによって逆止弁の機能判定を行っても良い。これによると、複数の逆止弁の１つが作動不良に陥っても検出タイミングの比較により作動不良に陥っている逆止弁を特定できるばかりでなく、複数の並列流夫々に逆止弁が備えられることになるので、１つの逆止弁が作動不良によって閉じ状態にロックする状況に陥った場合にも副室に対して燃料ガスを供給できる。

本発明は、前記ピストンの作動タイミングを取得するタイミングセンサを備えると共に、前記判定手段は、前記タイミングセンサで計測されるピストンの吸気作動時における前記圧力センサの計測値から前記逆止弁の機能判定を行っても良い。これによると、逆止弁の作動タイミングの適不適も判定でき、一層正確な判定が可能となる。

本発明は、前記直列的に配置された逆止弁同士の中間の副燃料供給路の圧力を検出する位置に圧力センサを備え、前記ピストンの作動タイミングを取得するタイミングセンサを備え、前記判定手段は、前記タイミングセンサで計測されるピストンの吸気作動時における前記圧力センサの計測値から前記逆止弁の機能判定を行っても良い。これによると、複数の逆止弁の１つでも作動不良によって閉じ状態にロックした場合には、タイミングセンサで取得されるタイミングの情報と圧力センサの計測値とに基づいて逆止弁の作動不良を判定できる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
〔第１の実施形態・エンジンの構造〕
図１に示すように、シリンダヘッド１、シリンダブロック２、クランクケース（図示せず）、オイルパン（図示せず）を上下に重ね合わせる形態で連結し、シリンダヘッド１には開閉自在な吸気バルブ３と排気バルブ４とを備え、シリンダブロック２に形成されたシリンダボアに対して摺動自在にピストン５を収容し、このピストン５の往復作動力をクランク機構６Ｃから出力軸６に伝えて回転動力として出力する出力系を備え、更に、この出力軸６からの動力を前記吸気バルブ３と排気バルブ４とを開閉作動させるカムシャフト等（図示せず）に伝える駆動系を備えてエンジンが構成されている。

このエンジンは、前記シリンダヘッド１の下面側でピストン５の上端に面する主室１０Ｍと、この主室１０Ｍに対して噴孔１１を介して連通するようにシリンダヘッド１に形成した副室１０Ｓとで燃焼室１０が構成されている。このエンジンは、気体燃料ガスあるいは都市ガス等の燃料ガスを使用するものであり、この燃料ガスと空気との希薄混合気を主室１０Ｍに供給すると共に、前記副室１０Ｓに燃料ガスを供給し、この副室１０Ｓの点火プラグ１２での点火によって副室内で燃焼させた燃焼ガスを、副室１０Ｓの噴孔１１を介して主室１０Ｍに火炎ジェットＦとして噴射する点火構造が採用されている。

図面には１つのピストン５を示しているが、このエンジンは複数のピストン５を備えた４ストローク型の多気筒型エンジンとして構成されるものであり、出力軸６からの駆動力を発電機（図示せず）に伝えて発電を行い、このエンジンの排熱を熱媒体を介して取り出して温水を作り出すコージェネレーションシステムに使用されるものを想定している。

このエンジンでは、燃焼室１０を基準にして吸気側（インテーク側）にコンプレッサーＴａを配置し、燃焼室１０を基準にして排気側（エグゾースト側）にタービンＴｂを配置した過給器Ｔを備えている。コンプレッサーＴａから加圧空気が送られる吸気路２０には空気の供給量（吸気量）を制御するスロットル弁２１を備え、これより下流側には、この吸気路２０の空気に燃料ガスを混合するミキサ２２を配置し、これより下流側には、この吸気路２０の圧力を計測する吸気圧センサ２３を配置して吸気系が構成されている。そして、この吸気系（前記吸気路２０）からの混合気は前記吸気バルブ３を介して前記主室１０Ｍに供給される。また、主室１０Ｍの燃焼ガスは排気バルブ４を介して燃焼排ガスを排気路２８に排出し、更に前記タービンＴｂに導くように排気系が構成されている。

前記コンプレッサーＴａから吸気路２０に送られる加圧空気の圧力は比較的高い値（例えば、２２０ｋＰａ（Ｇａｕｇｅ））に維持されており、更に、タービンＴｂの上流側の排気路２８の圧力についても、タービンＴｂの背圧により吸気圧力と略同等の圧力に維持される。

前記スロットル弁２１は弁の開度を制御する電動型のアクチュエータ（図示せず）を備え、また、前記ミキサ２２に対して燃料ガスを供給する主燃料供給路ＭＬには、燃料ガスの圧力を調整する電磁式の主圧力調整弁２４を備えている。

前記副室１０Ｓは、その下端に前記噴孔１１が形成された口金１３を有し、この口金１３は下端部を下方に突出させる形態でシリンダヘッド１に支持されている。この口金１３の上部位置に前記点火プラグ１２を有する点火ユニット１４が配置され、この点火ユニット１４には、前記副室１０Ｓに燃料ガスを供給するガス流路１５が形成されている。

前記副室１０Ｓに対して燃料ガスを供給する副燃料供給路ＳＬが形成され、この副燃料供給路ＳＬから分岐して並列的に形成された２つの並列流路３１が前記ガス流路１５に連通するように接続している。また、前記２つの並列流路３１には逆止弁ＣＶを備えると共に、夫々の逆止弁ＣＶの上流側位置の並列流路３１の圧力を計測する流路圧センサＰｓ（圧力センサの一例）を備え、この流路圧センサＰｓより更に上流位置の並列流路３１にオリフィス３２を備えている。

この第１の実施形態では２つの並列流路３１を形成しているが３つ以上形成し、夫々の並列流路３１に流路圧センサＰｓとオリフィス３２とを備えても良い。また、複数の並列流路３１の下流側を合流させることで１つの流路（副燃料供給路ＳＬに相当する）を形成し、この単一の流路を前記ガス流路１５に接続しても良い。

前記オリフィス３２を備えている理由は、１つの逆止弁ＣＶが作動不良に陥った場合に、作動不良にある逆止弁ＣＶを備えた並列流路３１と、正常な逆止弁ＣＶを備えた並列流路３１との間に圧力差（差圧）を作り出すためのものであり、例えば、１つの逆止弁ＣＶが作動不良に陥った場合に並列流路３１の管路抵抗等に起因して圧力差が発生するものであれば、特に必要とするものではない。

前記副燃料供給路ＳＬには副圧力調整弁３３と、この副燃料供給路ＳＬに送られる燃料ガスの圧力を計測する燃料圧センサ３４とを備えている。

前記逆止弁ＣＶは、ボール３６と、このボール３６が当接することで閉塞状態に達する弁座３７と、このボール３６を弁座３７の方向に付勢するコイルバネ３８とで構成されている。ちなみに、この逆止弁ＣＶはボール式に限るものではなくポペットを作動させるポペット型であっても良い。

〔制御構成〕
図１に示すように、エンジンを制御するＥＣＵ（ Engine Control Unit）４０に対して前記出力軸６の回転角及び回転量を計測するタイミングセンサＴｓと、２つの流路圧センサＰｓと、前記吸気圧センサ２３と、燃料圧センサ３４とからの信号が入力する入力系が形成されると共に、このＥＣＵ４０から前記点火プラグ１２と、前記主圧力調整弁２４と、副圧力調整弁３３と、スロットル弁２１とを制御する出力系が形成されている。

前記タイミングセンサＴｓは出力軸６に備えたギヤ状の磁性体の歯部の位置を電磁的に検出することで出力軸６の回転角を検出するピックアップ型や、出力軸６と一体的に回転するシャッターによる光線の遮断と透過とのタイミングから回転角を取得する光学型等が使用される。

前記流路圧センサＰｓと、前記吸気圧センサ２３と、燃料圧センサ３４とは、圧力を計測する部位に配置されたダイヤフラム（図示せず）の変形量を電気信号（電圧信号）として出力するものが使用され、前記主圧力調整弁２４と、副圧力調整弁３３とは、電気信号（電力値）に正比例した開度を得る電磁比例制御型等が使用される。

前記ＥＣＵ４０は、前記タイミングセンサＴｓからの信号が入力する運転制御手段４１を備えると共に、前記吸気圧センサ２３の計測値と燃料圧センサ３４の計測値との比較によって差圧を求め、この差圧を示す信号を運転制御手段４１に出力する差圧計測回路４２と、運転制御手段４１からの信号に基づいて前記スロットル弁２１を制御して吸気量を設定する吸気制御回路４３と、運転制御手段４１からの信号に基づき前記主圧力調整弁２４によって主燃料供給路ＭＬに供給される燃料ガスの量を設定し、かつ、副圧力調整弁３３によって副燃料供給路ＳＬに供給される燃料ガスの量を設定する圧力制御回路４４と、前記２つの流路圧センサＰｓからの計測値（計測信号値）から２つの流路圧センサＰｓの圧力を判定し、この判定の信号を運転制御手段４１に出力する圧力判定回路４５と、運転制御手段４１からの信号に基づいて前記点火プラグ１２に電力を供給する点火プラグ制御回路４６と、前記逆止弁ＣＶの作動不良が判定された際にスピーカやモニタ等の出力部４７に警報の出力を行う警報出力回路４８を備えている。

尚、出力部４７としては、音声を出力するスピーカや、映像を表示する液晶式のディスプレイであってよく、スピーカでは人の言葉で警報内容を示す情報を出力するものが望ましく、ディスプレイでは、警報の内容をイメージや文字で認識できるものが望ましく、この音声と映像とによる出力を同時に行うものが一層望ましい。

このＥＣＵ４０は、運転情報に基づいて前記スロットル弁２１で空気量を設定し、主圧力調整弁２４を制御してミキサ２２に供給される燃料ガスの量を設定することにより、希薄混合気の供給量を設定する共に、このＥＣＵ４０は、前記吸気圧センサ２３で計測される吸気路２０の吸気圧と、燃料圧センサ３４で計測される副燃料供給路ＳＬの燃料ガスの供給圧との差圧を目標値に維持するように前記副圧力調整弁３３を制御することにより、運転に適した燃料ガスを前記副室１０Ｓに供給する。

更に、このＥＣＵ４０は、２つの流路圧センサＰｓでの計測値に基づいて逆止弁ＣＶの状態をチェックし、作動不良が発生していることを判別した場合には、警報出力回路４８を介して出力部４７に警報を出力する制御を実現する。尚、この制御の詳細は後述する。

〔エンジンの運転・制御形態〕
このエンジンは吸気ストローク、圧縮ストローク、膨張ストローク、排気ストローク夫々のストロークを、この順序で行う４ストローク型の内燃機関と基本的に同じ作動を行う。

前記吸気ストロークでは、吸気バルブ３を開放した状態でピストン５が下降することにより、吸気路２０から希薄混合気を主室１０Ｍに吸引し、この吸引時には主室１０Ｍの減圧とともに副室１０Ｓも減圧することから前記逆止弁ＣＶが自動的に開放し、副燃料供給路ＳＬからの燃料ガスが副室１０Ｓに導かれる。

この吸引ストロークでは、過給器ＴのコンプレッサーＴａで加圧された空気の量がスロットル弁２１で制御され、この空気に対して設定量の燃料ガスがミキサ２２において混合されることで希薄混合気が作り出され吸気路２０に送られる。このように混合気が送られる吸気路２０の吸気圧が吸気圧センサ２３で計測されると共に、副燃料供給路ＳＬにおける燃料ガスの圧力が燃料圧センサ３４で計測され、夫々の計測値が前記差圧計測回路４２で取得され、この差圧計測回路４２で算出した差圧が予め設定された目標値となるように、前記運転制御手段４１が制御量を設定し、前記圧力制御回路４４を介して前記副圧力調整弁３３が制御される。この制御の結果、副燃料供給路ＳＬから副室１０Ｓに供給される燃料ガスの量が決まる。

つまり、吸気路２０の圧力が増大した場合には、副燃料供給路ＳＬに送られる燃料ガスの圧力を増大させる制御を行うことにより、主室１０Ｍの混合気の濃度と副室１０Ｓに供給される燃料ガスの量とをバランスさせて適正な燃焼を実現しているのである。尚、前記目標値として決まった値を想定しているが、吸気圧に対応して異なった目標値を選択するように、例えば、吸気圧と目標値との関係のデータを保存するテーブルを備え、このテーブルから差圧の目標値を取得しても良い。

このエンジンでは、吸気ストロークにおいて、吸気バルブ３の閉タイミングを下死点よりも早い時期に設定することにより、公知のミラーサイクルエンジンと同様に、膨張比を圧縮比よりも高く設定し、更に、過給器ＴのコンプレッサーＴａが圧縮仕事の不足分を補うことにより、実質的に圧縮比が高まったと同一の効果を得て、効率の向上が図られている。

前記２つの逆止弁ＣＶの一方が作動不良に陥った場合には、この吸気ストロークにおいて、２つの前記流路圧センサＰｓの計測値（計測信号値）に差を生ずるものであり、また、２つの逆止弁ＣＶの一方が同時に作動不良に陥った場合には、吸気タイミングにおいて２つの前記流路圧センサＰｓの計測値が想定される圧力変化を示すものでないものとなり、これらの現象を利用して前記圧力判定回路４５と運転制御手段４１とにおいて逆止弁ＣＶの機能判定を行う（作動不良の判定を行う）判定手段が構成されている。

この処理を図３のフローチャートに示している。つまり、吸気ストロークの作動が開始されたことを前記タイミングセンサＴｓからの信号から判定し、そのピストン５に対応する副室１０Ｓに燃料ガスを供給する２つの並列流路３１の流路圧センサＰｓの計測値を吸気タイミング信号に関連付けて保存する（＃１０１、＃１０２ステップ）。

前記流路圧センサＰｓは、圧力の計測値（計測信号値・電圧信号）を８ビット程度の分解能のデジタル信号に変換して処理することを想定しており、この流路圧センサＰｓの計測値は、吸気ストロークの初期において逆止弁ＣＶが閉じ状態にある場合には、最も高い圧力を示し、逆止弁ＣＶが開放して燃料ガスの供給を開始する場合には圧力低下を示し、この後、吸気ストロークを終了時に逆止弁ＣＶが閉じ状態に復帰すると圧力の上昇を示す変化特性を有する。

吸気タイミング信号は、吸気ストロークに対応する時間を、１６程度を超える数に分割したタイミング毎に出力されるサンプリング信号を想定している。従って、この処理では、吸気タイミング信号と同期して流路圧センサＰｓの計測値を取得すると共に、この吸気タイミング信号と同期してアドレスカウンタを制御（例えば、インクリメント）してメモリ（運転制御手段４１に備えられたメモリを想定している）のアドレスを指定し、このように指定したアドレスに対して、２つの流路圧センサＰｓの計測値を同時に保存する（書込む）処理が行われる。

このように２つの流路圧センサＰｓの計測値を保存する際には、夫々の流路圧センサＰｓを識別可能な形態で計測値を保存する（書込む）ことになるが、同じアドレスに保存することができない場合には隣り合うアドレスや、決まったオフセット値のアドレスに保存することになる。

１つの吸気ストロークにおける計測値の保存が終了すると、次に、同時にメモリに保存した２種の計測値を読出し、夫々の計測値を比較し（処理形態としては減算）、差が設定値を超えるか否かの判定を行う。この判定によって差が設定値を越えることを判別した場合には、計測値が小さい側の逆止弁ＣＶを作動不良として特定する（＃１０３〜＃１０５ステップ）。

具体的に説明すると、２つの逆止弁ＣＶが正常に作動するものであれば、メモリから読出された２種の計測値は、吸気ストロークに同期しながら、前述した変化特性に従って変化し、夫々の計測値の差も僅かである。しかしながら、一方の逆止弁ＣＶが作動不良によって閉じ状態にロックした場合には、この逆止弁ＣＶに対応する流路圧センサＰｓの計測値は高い圧力を維持し、計測値が大きく低下することはない。また、一方の逆止弁ＣＶが作動不良によって開放状態にロックした場合には、この逆止弁ＣＶに対応する流路圧センサＰｓの計測値は、本来最も高い値を示すべきタイミングで低い値を示すことになる。

このような現象に基づいて逆止弁ＣＶの作動不良の形態を判定し、かつ、作動不良の逆止弁ＣＶを特定するのである。

次に、＃１０４ステップの処理において、差が設定値を越えないと判定した場合でも、２つの逆止弁ＣＶが同時に作動不良に陥っていることも考えられるので、メモリから読出した２種の計測値と、適正な変化特性の計測値とを比較し、２種の計測値と適正な変化特性の計測値との差が大きい場合には、２つの逆止弁ＣＶを作動不良と判定する（＃１０６〜＃１０８ステップ）。

ここで、適正な変化特性の計測値とは、適正に作動する逆止弁ＣＶに対応した流路圧センサＰｓの計測値を吸気タイミング信号と同期して取得して保存したものであり、この適正な変化特性の計測値は、前述したように、吸気ストロークの初期において逆止弁ＣＶが閉じ状態にある場合には、最も高い圧力を示し、逆止弁ＣＶが開放して燃料ガスの供給を開始する場合には圧力低下を示し、この後、吸気ストロークを終える際に逆止弁ＣＶが閉じ状態に復帰すると圧力上昇を示すものである。

このように、変化特性と流路圧センサＰｓの計測値との比較を行う場合には、この変化特性における時系列の計測値（以下、基準計測値と称する）を比較的短い時間間隔に対応してセットし、この時間間隔に対応したサンプリング周期で流路圧センサＰｓの計測値を取得して、この基準計測値と比較することになる。

従って、２つの逆止弁ＣＶが作動不良によって閉じ状態にロックした場合には、２つの逆止弁ＣＶに対応する流路圧センサＰｓの計測値は高い圧力を維持し、計測値が大きく低下することはないことから、基準計測値との比較で差を生ずる。また、２つの逆止弁ＣＶが作動不良によって開放状態にロックした場合には、この逆止弁ＣＶに対応する流路圧センサＰｓの計測値は、本来最も高い値を示すべきタイミングで低い値を示すことから、基準計測値との間に差を生ずる。

このような現象に基づいて作動不良の形態を判定し、かつ、作動不良の逆止弁ＣＶを特定するのである。

この後、作動不良が判定された逆止弁ＣＶが存在する場合には、警報出力回路４８が作動不良の逆止弁ＣＶを特定する情報と、作動不良の詳細を示す情報を出力部４７に出力し（＃１０９ステップ）、作動不良となる逆止弁ＣＶが存在しない場合には、警報は出力されない。

この処理は、複数の副室１０Ｓ毎に行われるので、作動不良の逆止弁ＣＶを特定する情報はピストン５の番号を示す情報と、そのピストン５に対応した２つの逆止弁ＣＶを特定する情報とが与えられる。また、作動不良の詳細を示す情報としては、閉じ状態にロックしているのか、開放状態にロックしているのかを示す情報が与えられる。

前記圧縮ストロークでは、出力軸６の回転に連動し、前記ミラーサイクルエンジンに対応したタイミングで吸気バルブ３が閉じ（排気バルブ４は閉じ状態を維持し）、ピストン５を上昇させることにより希薄混合気を圧縮する。

次に、前記膨張ストロークではピストン５が上死点に達した（厳密に上死点でなくても良い）ことを、タイミングセンサＴｓからの信号によって判定した場合には、ＥＣＵ４０の点火プラグ制御回路４６からの電力を点火プラグ１２に供給して火花点火を行わせる。この点火時には副室内で燃焼させた燃焼ガスを、副室１０Ｓの噴孔１１を介して主室１０Ｍに火炎ジェットＦとして噴射することにより、主室１０Ｍの希薄混合気を燃焼させ、この主室１０Ｍにおいて燃焼ガスの膨張が行われ、燃焼ガスの圧力によってピストン５が下降を開始する。この点火タイミングは従来からのエンジンと同様に、出力軸６の回転に連動して電気的なコンタクトを制御して点火タイミングを決め、デストリビュータによって各点火プラグ１２に電力を供給するものを用いても良い。

次に、排気ストロークでは、ピストン５が下死点に達した（厳密に下死点でなくても良い）後に、出力軸６の回転に連動して排気バルブ４が機械的に開放し（吸気バルブ３は閉じ状態を維持し）、ピストン５の上昇に伴って排気バルブ４から燃焼排ガスが排出される。

この後に、出力軸６の回転に連動して排気バルブ４が機械的に閉じるとともに、吸気バルブ３が開放することにより、前記吸気ストロークが開始される。

この第１の実施形態では、逆止弁ＣＶの作動不良を判別した場合に、警報出力回路４８が出力部４７に警報を出力するものであるが、この警報の出力と併せて、エンジンを停止するように制御形態を設定しても良い。このようにエンジンを停止させる場合に、例えば、１つのピストン５に対応する副燃料供給路ＳＬの逆止弁ＣＶの作動不良を判別した場合には、エンジンの運転を継続し、複数のピストン５に対応する副燃料供給路ＳＬの逆止弁ＣＶの作動不良を判別した場合に、エンジンの運転を停止するように制御形態を設定しても良い。

〔第１の実施形態の効果〕
このように、副室１０Ｓに対して燃料ガスを供給する副燃料供給路ＳＬに２つ（３つ以上でも良い）の並列流路３１を形成し、夫々に逆止弁ＣＶと流路圧センサＰｓとを備えることにより、１つの逆止弁ＣＶが作動不良の状態に陥った場合には、２つの流路圧センサＰｓの計測値の差から逆止弁ＣＶの作動不良を容易に判定でき、また、２つの逆止弁ＣＶが同時に作動不良の状態に陥った場合でも、予め設定した変化特性の計測値と、吸気ストロークにおける２つの流路圧センサＰｓの計測値とを比較することによって逆止弁ＣＶの作動不良を判定できる。そして、作動不良が判定された場合には、作動不良に陥っている逆止弁ＣＶを特定し得る情報を付した警報が出力部４７から出力されることにより、作動不良に陥った逆止弁ＣＶを特定して交換や修理等の適切な対応が可能となる。

特に、並列流路３１を複数形成しているので、例えば、１つの逆止弁ＣＶが作動不良によって閉じ状態にロックした場合でも、他の並列流路３１によって副室１０Ｓに燃料ガスを供給してエンジンを正常に運転できる良好な面を有している。

〔第２の実施形態〕
この第２の実施形態では、エンジンの構造、制御系が前記第１の実施形態と変わるものではなく、図４に示す如く、副室１０Ｓに燃料ガスを供給する副燃料供給路ＳＬに対して２つの逆止弁ＣＶを直列的（タンデム）に備え、その２つの逆止弁ＣＶの中間位置の副燃料供給路ＳＬに燃料ガスの圧力を計測する流路圧センサＰｓ（圧力センサの一例）を備えた点が異なっている。

〔制御構成〕
前記流路圧センサＰｓの計測値は圧力判定回路４５に入力される。この圧力判定回路４５では計測値から圧力を判定し、判定結果を運転制御手段４１に入力する。この運転制御手段４１は、判定結果と前記タイミングセンサＴｓからの信号に基づいて逆止弁ＣＶの作動の判定を行い、作動不良であることを判定した場合にのみ、警報出力回路４８から出力部４７に警報情報の出力を行う。

〔制御形態〕
エンジンの運転時に逆止弁ＣＶの一方でも作動不良に陥った場合には、吸気ストロークにおける前記流路圧センサＰｓの計測値（計測信号値）と、吸気ストロークにおける適正な圧力変化信号とに差を生ずるものであり、この現象を利用して前記圧力判定回路４５と運転制御手段４１とにおいて逆止弁ＣＶの作動不良を判定する処理が行われる。

つまり、逆止弁ＣＶが適正な作動を行う場合には、流路圧センサＰｓの計測値が第１の実施形態で示した変化特性に従って変化する。このため、吸気ストロークにおいては、前記変化特性の時系列の計測値（以下、基準計測値と称する）を比較的短い時間間隔に対応してセットし、この時間間隔に対応したサンプリング周期で流路圧センサＰｓの計測値を取得して、前記基準計測値と比較することにより、各タイミングでの計測値の適、不適の判定が可能となり、逆止弁ＣＶが作動不良に陥った場合には基準計測値と、流路圧センサＰｓの計測値とに差を生ずることになる。

具体的に説明すると、一方の逆止弁ＣＶでも作動不良によって閉じ状態にロックした場合には、ピストン５の作動によって負圧が作用する状況でも適正な逆止弁ＣＶも閉じ状態を維持する結果、燃料ガスが殆ど流れず流路圧センサＰｓの計測値も殆ど変動せず、基準計測値との間で差を生ずる。

また、副室１０Ｓに近い側（近接側）の逆止弁ＣＶが作動不良によって開放状態にロックした場合には、流路圧センサＰｓの計測値は、ピストン５の作動による圧力変化の影響を受けるものとなり、基準計測値との間で差を生ずる。尚、副室１０Ｓに遠い側（離間側）の逆止弁ＣＶが作動不良によって開放状態にロックした場合には、作動不良の判定は困難であり、判定は行われない。

このような現象から、吸気ストロークにおける前記流路圧センサＰｓの計測値（計測信号値）と、吸気ストロークにおける適正な変化特性に対応した基準計測値との比較を短い周期で行い、この比較結果から信号値に差を生じている場合には、逆止弁ＣＶが作動不良であるとの判定を行い、作動不良であることを判定した場合には、警報出力回路４８が作動不良の逆止弁ＣＶを特定する情報と、作動不良の詳細を示す情報を出力部４７に出力し、作動不良となる逆止弁ＣＶが存在しない場合には、警報は出力されない処理が行われる。

この第２の実施形態では、逆止弁ＣＶの作動不良を判別した場合に、警報出力回路４８が出力部４７に警報を出力するものであるが、第１の実施形態と同様に、この警報の出力と併せて、エンジンを停止するように制御形態を設定しても良い。このようにエンジンを停止させる場合に、例えば、１つのピストン５に対応する副燃料供給路ＳＬの逆止弁ＣＶの作動不良を判別した場合には、エンジンの運転を継続し、複数のピストン５に対応する副燃料供給路ＳＬの逆止弁ＣＶの作動不良を判別した場合に、エンジンの運転を停止するように制御形態を設定しても良い。

〔第２の実施形態の効果〕
このように、副室１０Ｓに対して燃料ガスを供給する副燃料供給路ＳＬに２つ（３つ以上でも良い）の逆止弁ＣＶを直列的（タンデム）に備え、流路圧センサＰｓを備え、この流路圧センサＰｓの計測値と、基準計測値との比較によって、逆止弁ＣＶの作動不良を判定できる。そして、作動不良が判定された場合には、作動不良に陥っている逆止弁ＣＶを特定し得る情報を付した警報が出力部４７から出力されることにより、作動不良に陥った逆止弁ＣＶを特定して交換や修理等の適切な対応が可能となる。

第１の実施形態のエンジンの構造及び制御系を示す図第１の実施形態の逆止弁の構造を示す断面図第１の実施形態の判定ルーチンのフローチャート第２の実施形態のエンジンの構造及び制御系を示す図

符号の説明

５ピストン
１０燃焼室
１０Ｍ主室
１０Ｓ副室
１１噴孔
３１並列流路
４５判定手段（圧力判定回路・運転制御手段）
ＣＶ逆止弁
Ｐｓ圧力センサ（流路圧センサ）
ＳＬ副燃料供給路
Ｔｓタイミングセンサ

Claims

ピストンに面する主室と、この主室に噴孔を介して連通する副室とで燃焼室が構成され、前記副室に燃料ガスを供給する副燃料供給路に対して前記副室の圧力低下時に開放する逆止弁を備えているエンジンであって、
前記副燃料供給路において燃料ガスを並列的に送る複数の並列流路の夫々に前記逆止弁を配置する、又は、前記副燃料供給路に対して複数の前記逆止弁を直列的に配置すると共に、前記逆止弁に送られる燃料ガスの圧力を計測する圧力センサと、この圧力センサでの計測値に基づいて前記逆止弁の機能判定を行う判定手段を備えているエンジン。
前記複数の並列流路の夫々には、その並列流路に備えた前記逆止弁を基準にして燃料ガスの供給方向の上流側位置の圧力を検出するように前記圧力センサを備えると共に、前記判定手段は、複数の並列流路に配置された複数の圧力センサによる圧力変化の検出タイミングを比較することによって逆止弁の機能判定を行う請求項１記載のエンジン。
前記ピストンの作動タイミングを取得するタイミングセンサを備えると共に、前記判定手段は、前記タイミングセンサで計測されるピストンの吸気作動時における前記圧力センサの計測値から前記逆止弁の機能判定を行う請求項２記載のエンジン。
前記直列的に配置された逆止弁同士の中間の副燃料供給路の圧力を検出する位置に圧力センサを備え、前記ピストンの作動タイミングを取得するタイミングセンサを備え、前記判定手段は、前記タイミングセンサで計測されるピストンの吸気作動時における前記圧力センサの計測値から前記逆止弁の機能判定を行う請求項１記載のエンジン。