JP2010144568A - 内燃機関の燃焼診断信号異常時の制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】燃焼診断装置を構成している入力部の回路素子が故障しも、重大なトラブルを防止できるようにした、内燃機関の燃焼診断信号異常時の制御方法を提供することが課題である。
【解決手段】入力部に故障の自己診断機能を持たせて異常を示す信号が送られてきた場合、あるいは入力部からエンジンシリンダ内圧力の高い、正常、低いのデータを受け取る着火タイミング制御部より定期的にデータ転送要求を出し、所定時間応答がない場合、入力部が異常であると判断して前記着火タイミング制御部で、現在のシリンダ内圧力を正常として、着火タイミングを遅角も進角もしないようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ガスエンジンおよびディーゼルエンジンを含む内燃機関の燃焼診断信号異常時の制御方法に係わり、特に、燃焼診断装置からの信号を受けて着火タイミング制御装置に伝えるアナログ／デジタル変換部を含む入力部の故障により、燃焼診断信号異常が生じた場合の制御方法に関するものである。

内燃機関、特にガスを主燃料とするガスエンジンにおいては、燃焼室内における燃焼状態を検知、診断し、その燃焼診断結果に適合した燃焼着火タイミング、および燃料噴射量の制御が必須であると共に、燃焼室内における失火や消炎、および混合気濃度の不均一等によるノッキングの発生や、シリンダ内における残留未燃燃料による過早着火の発生等の燃焼に係る不具合現象を、確実に検知して速やかに対応処置することが要求される。

こういった燃焼状態診断装置としては、例えば特許文献１に、過早着火発生の有無を、予め設定された筒内圧力の過早着火閾値に基づく基準圧力値によって判定し、過早着火発生ありの場合に筒内圧力検出器の異常判定ロジックを停止し、過早着火発生なしの場合に筒内圧力検出器の異常判定ロジックで判定して、筒内圧力検出器の異常判定の際に過早着火原因混入による誤診断を回避し、燃焼誤診断の発生を防止する技術が示されている。

この特許文献１の内燃機関の燃焼診断装置は、図４に示したように、エンジンの複数の燃焼筒１０の各々に設けられたシリンダ内圧力検出器１２からの信号を用い、燃焼診断装置１４でそれぞれの燃焼筒１０における過早着火発生などの異常燃焼を検出し、その結果として例えば圧力が高い（例えばＨ）、圧力が低い（例えばＬ）、正常圧力（例えばＮ）などのアナログ信号が入力部１６に送られる。するとアナログ／デジタル変換部を含む入力部１６は、送られてきたアナログ信号をデジタル信号に変換し、着火タイミング制御部１８に送って圧力が高い（Ｈ）場合は着火タイミングを遅く（遅角）し、圧力が低い（Ｌ）場合は着火タイミングを早く（進角）して、内燃機関２０を制御、駆動する。

特開２００７−３２４０７号公報

しかしながら、この図４に示した着火タイミング制御部１８は、入力部１６からの信号は常に正しいもの、として受け取って制御を行っていたため、例えば燃焼診断装置１４は正常に動作して入力部１６に信号を送っているが、入力部１６を構成している素子が経年変化などで故障した場合、着火タイミング制御部１８は誤った信号で動作を続けてしまう可能性がある。

すなわち、入力部１６が故障前に着火タイミング制御部１８に送り出していた信号が、例えば圧力が低い（Ｌ）ことを示す燃焼が弱い、という信号であったとすると、着火タイミング制御部１８はその信号を保持し、入力部１６が故障していることを度外視して、現在、燃焼が弱いから着火タイミングを早く（進角）すべし、としてエンジンの１サイクル毎に燃焼を強めてシリンダ内圧力を増加させる。そのため、例えば副室付きのガスエンジンでは最悪の場合、副室溶損などといった重大なトラブルが発生する可能性があり、さらに溶損した副室の一部がシリンダライナを傷つけたり、排気弁に衝突したり、ターボチャージャーに侵入して傷つける等のおそれがある。

そのため本発明においては、入力部１６を構成している素子が故障しても、このような重大なトラブルを防止できるようにした、内燃機関の燃焼診断信号異常時の制御方法を提供することが課題である。

上記課題を解決するため本発明になる内燃機関の燃焼診断信号異常時の制御方法は、
シリンダ内圧力検出器により検出されたシリンダ内圧力検出値に基づき、燃焼診断装置でシリンダ内の燃焼状態を診断し、該診断結果をアナログ／デジタル変換部を含む入力部でデジタル信号に変換して着火タイミング制御部に送り、着火タイミング制御部で、送られてきたシリンダ内圧力検出値がシリンダ内圧力低（Ｌ）を示す場合は着火タイミングを早く（進角）、圧力高（Ｈ）を示す場合は遅く（遅角）、正常圧力（Ｎ）を示す場合は現状のままとする燃焼内燃機関の燃焼診断方法における、前記入力部に異常が生じた場合の内燃機関の燃焼診断信号異常時の制御方法であって、
前記入力部に故障の自己診断機能を持たせて異常を示す信号が送られてきた場合、あるいは前記着火タイミング制御部より定期的に出すデータ転送要求に対して所定時間応答がない場合に、前記入力部が異常であると判断して前記着火タイミング制御部で、現在のシリンダ内圧力を正常として、着火タイミングを遅角も進角もしないようにすることを特徴とする。

このように入力部に自己診断機能を持たせて異常を示す信号が送られてくるか、定期的に出すデータ転送要求に所定時間応答がない場合に入力部が異常と判断し、前記着火タイミング制御部で現在のシリンダ内圧力を正常として、遅角も進角もしないようにすることで、燃焼を強めてシリンダ内圧力を増加させ、副室付きのガスエンジンなどで副室溶損、などといった重大なトラブルが発生するのを防止し、常に安定した燃焼を実現できる内燃機関の燃焼診断信号異常時の制御方法とすることができる。

以上記載のごとく本発明になる内燃機関の燃焼診断信号異常時の制御方法は、入力に異常が発生すれば直ちにその異常に基づくトラブルの発生を防止するから、常に安定した燃焼を実現できる内燃機関の燃焼診断信号異常時の制御方法とすることができる。

以下、図面を参照して本発明の好適な実施例を例示的に詳しく説明する。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、その相対的配置等は特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。

図１は、本発明になる内燃機関の燃焼診断装置を説明するためのブロック図である。前記図４と同様な構成要素には同一番号が付してあるが簡単に説明すると、１０はエンジンの複数の燃焼筒であり、その各々に設けられたシリンダ内圧力検出器１２からの信号によって対応した燃焼診断装置１４で、それぞれの燃焼筒１０における過早着火発生などの異常燃焼を検出する。その診断結果は例えば圧力が高い（例えばＨ）、圧力が低い（例えばＬ）、正常圧力（例えばＮ）などのアナログ信号として入力部１６に送られ、アナログ／デジタル変換部を含む入力部１６により、送られてきたアナログ信号をデジタル信号に変換して着火タイミング制御部１８に送る。すると着火タイミング制御部１８では、圧力が高い（Ｈ）場合は着火タイミングを遅く（遅角）し、圧力が低い（Ｌ）場合は着火タイミングを早く（進角）し、正常圧力（Ｎ）であれぱ現状のまま、遅角も進角もせずに内燃機関２０を制御、駆動する。
なお、以下の説明では本発明をパイロット燃料によるトーチ着火の場合を例に説明してゆくが、電気着火方式で有っても同様に実施できることは自明である。

そして本発明においては、入力部１６に、アナログ／デジタル変換部を含む回路全体の故障を発見するための自己診断機能を実施する入力正常判定部２２を設け、それによって着火タイミング制御部１８が、適切な処理を行えるようにした。
なお、この入力正常判定部２２の代わりに、例えば着火タイミング制御部１８より定期的に出す、データ転送要求に対して所定時間応答がない場合、入力部１６が異常であると判断するようにしても良い。

次に、本発明になる燃焼診断信号異常時の制御方法を説明する前に、図１に１４として示した燃焼診断装置の構成概略につき、図２の内燃機関としてのガスエンジンの燃焼診断装置の全体構成を示す構成図を用いて簡単に説明する。

この図２において、３０はガスエンジンのエンジン本体、３２はピストン、３４はクランク軸、３６は燃焼室、３８は吸気弁、４０は排気弁、４２は排気管である。４４は吸気弁３８に通ずる吸気管であり、該吸気管４４の管路の途中に該吸気管４４内を通流する空気（吸気）中に燃料ガスを噴射するガス噴射装置４８が設けられている。５０は燃料ガスを収容する燃料ガスタンク（図示省略）とガス噴射装置４８とを接続するガス供給管である。

５２は該ガス供給管５０のガス噴射装置４８入口に設けられたガス供給電磁弁で、後述する燃料制御装置（図１の着火タイミング制御部１８を含む）６０からの制御信号により開閉制御されて、ガス供給時間すなわちガス流量を調整するものである。５４は該ガスエンジンの起動時に、副室（図示省略）内にパイロット燃料噴射弁からパイロット燃料を噴射し、トーチ着火させて主燃焼室側の希薄混合ガスの燃焼を促進するための着火装置である。

このような構成のガスエンジンの運転時において、着火装置５４においてトーチ着火がなされると共に、ガスバルブ（図示省略）が開かれて燃料ガスタンク（図示省略）内の燃料ガスがガス圧力調整装置（図示省略）にて圧力を調整され、ガス噴射装置４８に供給される。そしてガス供給電磁弁５２の開弁により、吸気管４４内の空気中にガスが噴出されて空気と混合され、吸気弁３８の開弁とともに着火装置５４からの噴出火炎によって予燃焼がなされて、燃焼室３６内に導入されて燃焼して所定の燃焼サイクルがなされる。

１２はガスエンジンの燃焼室３６内のガス圧力、即ちシリンダ内圧力を検出するシリンダ内圧力検出器であり、５６はクランク軸４６のクランク角を検出するクランク角検出器である。１４は燃焼診断装置（図１における燃焼診断装置１４）で、過早着火判定手段５８、燃焼診断部６０により構成されている。燃焼診断部６０は、過早着火判定手段５８、シリンダ内圧力検出器１２のシリンダ内圧力検出値に基づき、クランク角検出器５６からのクランク角検出信号を補助的に用いて、燃焼室３６内における燃焼状態の診断を行うものである。

７０は燃焼制御装置で、燃焼診断部６０における診断結果信号が入力され、該診断結果信号に基づきガス供給電磁弁５２を遮断あるいは開閉制御するとともに、着火装置５４の作動を制御する。６２は燃焼診断部６０における診断結果を表示する表示装置であり、この他に燃焼診断結果に基づく警報を発信する警報装置を接続してもよい。

このように構成された燃焼診断装置において、シリンダ内圧力検出器１２のシリンダ内圧力検出値とクランク角検出器５６からのクランク角検出信号に基づき、過早着火判定手段５８が過早着火があるか否かを判定し、燃焼診断部６０が異常燃焼の有無を判断して結果を図１の入力部１６を介して着火タイミング制御部１８を含む燃焼制御装置７０に送る。

すると燃焼制御装置７０は、前記したように送られてきた結果に基づき、ガス供給電磁弁５２を遮断あるいは開閉制御すると共に、圧力が高い（Ｈ）場合は着火装置５４の作動を制御して着火タイミングを遅く（遅角）し、圧力が低い（Ｌ）場合は同様着火タイミングを早く（進角）し、正常圧力（Ｎ）であれぱ遅角も進角もせずに現状のままとして制御するわけである。
なお、燃焼診断のさらに詳細については、前記した特許文献１に説明されているので省略する。

以上が本発明の内燃機関の燃焼診断信号異常時の制御方法を実施する装置であるが、次に図３の本発明になる内燃機関の燃焼診断方法のフロー図を用い、本発明の燃焼診断信号異常時の制御方法について説明する。

ステップＳ１０で処理がスタートすると、まずステップＳ１２で図１の入力部１６に設けられた入力正常判定部２２からの入力正常判定信号、または入力正常判定部２２の代わりに、例えば着火タイミング制御部１８からデータ転送要求を定期的に出し、その応答を「入力検出」として検出する。そして受け取った結果、すなわち入力部１６の入力正常判定部２２から、入力部１６は正常に動作している、または故障して異常である、などの信号、または着火タイミング制御部１８から送ったデータ転送要求に対し、正常にデータを送ってよこした、または一定時間応答がない、などから、入力部１６が正常か否かを判定する。

そして、入力部１６が正常であった場合は次のステップＳ１６に進み、今度は現在のシリンダ内圧力が最適範囲を超えているか否かを判断する。その結果、越えている場合はステップＳ２０で着火タイミングの遅角指示を、内燃機関２０の図２に示した燃焼制御装置７０に送ってシリンダ内圧力が低くなるように制御し、その後、ステップＳ２４に進む。越えていない場合はステップＳ１８に進む。

ステップＳ１８に進んだ場合は、今度は現在のシリンダ内圧力が最適範囲を下回っている否かを判断し、下回っている場合はステップＳ２２で着火タイミングの進角指示を、内燃機関２０の図２に示した燃焼制御装置７０に送ってシリンダ内圧力が高くなるように制御し、越えていない場合は、現在燃焼は最適範囲につき、着火タイミングは進角・遅角共にしない、としてステップＳ２４に進む。

一方、ステップＳ１４で、入力正常判定部２２から入力部１６が故障して異常である、または着火タイミング制御部１８からのデータ転送要求に対して一定時間応答がない場合、現在、燃焼が最適範囲か判定不能につき、着火タイミングは進角・遅角共にさせない、として入力部１６から「正常圧力（Ｎ）」という信号が送られてきた場合と同様に制御するよう、図２に示した燃焼制御装置７０に送って終了する。なお、このフロー図の処理は、エンジン３０の１サイクル毎に行われる。

このように入力部１６が異常と判断された場合、着火タイミング制御部１８により強制的に、現在のシリンダ内圧力が正常である場合と同様に扱い、遅角も進角もさせないようにすることで、燃焼を強めてシリンダ内圧力を増加させ、副室付きのガスエンジンなどで副室溶損、などといった重大なトラブルが発生するのを防止し、常に安定した燃焼を実現できる内燃機関の燃焼診断信号異常時の制御方法とすることができる。

本発明によれば、入力部１６を構成している素子が故障しも、重大なトラブルが起こることを防止できる燃焼診断装置を提供することができる。

本発明になる、内燃機関の燃焼診断装置を説明するためのブロック図である。 内燃機関としてのガスエンジンの燃焼診断装置の全体構成を示す構成図である。 本発明になる、内燃機関の燃焼診断方法のフロー図である。 従来の内燃機関の燃焼診断装置を説明するためのブロック図である。

符号の説明

１０ 燃焼筒
１２ シリンダ内圧力検出器
１４ 燃焼診断装置
１６ 入力部
１８ 着火タイミング制御部
２０ 内燃機関
２２ 入力正常判定部

Claims (1)

1. シリンダ内圧力検出器により検出されたシリンダ内圧力検出値に基づき、燃焼診断装置でシリンダ内の燃焼状態を診断し、該診断結果をアナログ／デジタル変換部を含む入力部でデジタル信号に変換して着火タイミング制御部に送り、着火タイミング制御部で、送られてきたシリンダ内圧力検出値がシリンダ内圧力低（Ｌ）を示す場合は着火タイミングを早く（進角）、圧力高（Ｈ）を示す場合は遅く（遅角）、正常圧力（Ｎ）を示す場合は現状のままとする燃焼内燃機関の燃焼診断方法における、前記入力部に異常が生じた場合の内燃機関の燃焼診断信号異常時の制御方法であって、
   前記入力部に故障の自己診断機能を持たせて異常を示す信号が送られてきた場合、あるいは前記着火タイミング制御部より定期的に出すデータ転送要求に対して所定時間応答がない場合に、前記入力部が異常であると判断して前記着火タイミング制御部で、現在のシリンダ内圧力を正常として、着火タイミングを遅角も進角もしないようにすることを特徴とする内燃機関の燃焼診断信号異常時の制御方法。

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