JP2011208609A

JP2011208609A - エンジン

Info

Publication number: JP2011208609A
Application number: JP2010079126A
Authority: JP
Inventors: Nagatomo Tsuji; 長知辻; Shunsaku Nakai; 俊作中井
Original assignee: Osaka Gas Co Ltd
Current assignee: Osaka Gas Co Ltd
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】簡単な構成でバックファイアの発生を検知することができるエンジンを提供する。
【解決手段】内部が燃焼室１０となるシリンダー１と、前記シリンダー１内に往復動自在に設けられるピストン２と、前記シリンダー１に形成される吸気ポート１１及び排気ポート１２を介して燃焼室１０にそれぞれ連通する吸気流路３１及び排気流路３２と、前記吸気ポート１１及び排気ポート１２をそれぞれ開閉する吸気バルブ４１及び排気バルブ４２と、前記燃焼室１０に設けられる点火プラグ５と、を有する気筒６を備えると共に、燃料ガスの供給及び点火プラグ５の点火動作の停止制御を行う制御部を備え、前記吸気流路３１にバックファイア検知手段７を設け、前記バックファイア検知手段７によりバックファイアの発生が検知された場合に、前記停止制御を行う。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックファイア検知手段を備えたエンジンに関するものである。

ガスエンジンやガソリンエンジン等のエンジンにおいては、バックファイアが発生する惧れがある。バックファイアが発生したにもかかわらずエンジンの運転を継続すると、エンジンや周辺機器を損傷してしまう惧れがあった。

このため、バックファイアの発生を検知して即座にエンジンを停止し、エンジンや周辺機器の損傷を回避するものが望まれていた。

特開２０００−１４５６００号公報

本発明は上記従来の問題点に鑑みて発明したものであって、その目的とするところは、簡単な構成でバックファイアの発生を検知することができるエンジンを提供することを課題とするものである。

上記課題を解決するために請求項１に係るエンジンは、内部が燃焼室１０となるシリンダー１と、前記シリンダー１内に往復動自在に設けられるピストン２と、前記シリンダー１に形成される吸気ポート１１及び排気ポート１２を介して燃焼室１０にそれぞれ連通する吸気流路３１及び排気流路３２と、前記吸気ポート１１及び排気ポート１２をそれぞれ開閉する吸気バルブ４１及び排気バルブ４２と、前記燃焼室１０に設けられる点火プラグ５と、燃料ガスの供給及び点火プラグ５の点火動作の停止制御を行う制御部と、前記吸気流路３１に設けられるバックファイア検知手段７と、を備え、前記制御部は、前記バックファイア検知手段７によりバックファイアの発生が検知された場合に前記停止制御を行うことを特徴とする。

バックファイア検知手段７を設けたことで、バックファイアの発生を検知して即座にエンジンを停止することが可能となり、エンジンや周辺機器が損傷するのを回避することができる。

請求項２に係るエンジンは、内部が燃焼室１０となるシリンダー１と、前記シリンダー１内に往復動自在に設けられるピストン２と、前記シリンダー１に形成される吸気ポート１１及び排気ポート１２を介して燃焼室１０にそれぞれ連通する吸気流路３１及び排気流路３２と、前記吸気ポート１１及び排気ポート１２をそれぞれ開閉する吸気バルブ４１及び排気バルブ４２と、前記燃焼室１０に設けられる点火プラグ５と、前記排気流路３２に設けられ内部と外部の連通及び隔絶の切り替えを行う安全弁と、前記安全弁の開閉制御を行う制御部と、前記吸気流路３１に設けられるバックファイア検知手段７と、を備え、前記制御部は、前記バックファイア検知手段７によりバックファイアの発生が検知された場合に前記安全弁を開にすることを特徴とする。

バックファイア検知手段７を設けたことで、バックファイアの発生を検知して即座に安全弁を開にして圧力を逃がすことがことが可能となり、エンジンや周辺機器が損傷するのを回避することができる。

本発明においては、吸気流路にバックファイア検知手段を設けるため、簡単な構成でバックファイアの発生を検知することが可能となり、製造コストや改造の手間及びコストがかさまないものである。

本発明のエンジンの一実施形態の概略図である。

以下、本発明の一実施形態について図１に基づいて説明する。

エンジンは、本実施形態では、シリンダー１、ピストン２、吸気バルブ４１及び排気バルブ４２、点火プラグ５を有する気筒６を複数有すると共に制御部（図示せず）を有する４ストロークガスエンジンを対象としているが、細部は特に限定されない。

シリンダー１は、内部が燃焼室１０となるもので、内部にピストン２が往復動自在に設けられる。シリンダーヘッドには吸気ポート１１及び排気ポート１２が形成され、吸気ポート１１及び排気ポート１２を介して吸気流路３１及び排気流路３２が連通している。またシリンダーヘッドに点火プラグ５が設けられると共に、吸気ポート１１及び排気ポート１２に該吸気ポート１１及び排気ポート１２をそれぞれ開閉する吸気バルブ４１及び排気バルブ４２が設けられる。吸気バルブ４１及び排気バルブ４２は、ソレノイドバルブからなる電磁駆動弁で構成して電子制御により開閉するか、あるいは、カム、プッシュロッド、ロッカーアーム等からなるカム機構により開閉するもののいずれかが好ましいが、他の手段であってもよい。排気流路３２には内部と外部（例えば大気）との連通及び隔絶の切り替えを行う安全弁（図示せず）が設けられる。ピストン２のピン２１にコンロッド８１の一端が揺動自在に連結され、コンロッド８１の他端がクランクシャフト８２のクランクピン８３に回転自在に連結される。クランクシャフト８２の回転力が負荷（図示せず）に伝達される。

また、クランクシャフト８２の回転角を検知するクランク角度検知手段９が設けられる。クランク角度検知手段９は特に限定されないが、例えば、図示しないが、クランクシャフト８２に固定される回転部材の近傍に測距センサを設け、回転部材の表面に周方向に等間隔に形成された凸部の数をカウントする等の方法が挙げられる。クランク角度検知手段９で検知されたクランク角度は制御部に認識される。

制御部は、コンピュータからなるもので、制御プログラムにより、図示しないスタータ（セルモータ）の駆動制御、点火プラグ５の点火制御、吸気バルブ４１及び排気バルブ４２の開閉制御、等の制御を行うことで、エンジンの起動運転、出力調節運転、定常運転、停止運転を行う。起動運転は、燃料供給部（図示せず）から燃料ガスを吸気流路３１及び吸気ポート１１を介して燃焼室１０に供給すると共に、点火プラグ５による点火動作を行うものである。出力調節運転は、供給量調節手段（図示せず）により燃料ガスの供給量を調節を行うものである。停止運転は、燃料供給部からの燃料ガスの供給を停止すると共に、点火プラグ５による点火動作を停止するものである。

このエンジンには、バックファイア検知手段７が設けられる。バックファイア検知手段７の第一例として、温度検知手段が挙げられる。温度検知手段としては、例えばシース径の細い熱電対等の温度センサが好適に用いられるが、熱容量が小さい温度センサであれば好ましく特に限定されない。バックファイアが発生すると、バックファイアが発生していない時と比較して、吸気流路３１内に火炎が侵入するため吸気流路３１内の温度が上昇する。このため、温度検知手段により吸気流路３１内の温度から、バックファイアが発生しているか否かを検知することができる。温度検知手段で検知された温度は制御部に認識される。

バックファイア検知手段７の第二例として、酸素濃度検知手段が挙げられる。酸素濃度検知手段としては、従来よりエンジンに用いられている種々の酸素濃度検知センサが好適に用いられる。バックファイアが発生すると、バックファイアが発生していない時と比較して、吸気流路３１内に火炎が侵入して酸素を消費するため吸気流路３１内の酸素濃度が低下する。このため、酸素濃度検知手段により吸気流路３１内の酸素濃度から、バックファイアが発生しているか否かを検知することができる。酸素濃度検知手段で検知された酸素濃度は制御部に認識される。

バックファイア検知手段７の第三例として、圧力検知手段が挙げられる。圧力検知手段としては、例えば圧電素子等の圧力センサが好適に用いられるが、その他であってもよく特に限定されない。圧力検知手段で検知された圧力は制御部に認識される。吸気流路３１内の圧力は、クランクシャフト８２の角度に応じて（但し２回転周期で）変動するため、制御部は、クランク角度検知手段９で検知されたクランク角度に前記吸気流路３１内の圧力を対応させる。バックファイアが発生すると、バックファイアが発生していない時と比較して、吸気流路３１内に火炎が侵入してその燃焼圧により圧力が上昇する。このため、クランク角度に応じた吸気流路３１内の圧力を検知することで、バックファイアが発生しているか否かを検知することができる。

なお、第一例又は第二例の場合には、バックファイア検知手段７での検知を時間的に連続して行えばよいが、第三例と同様に所定のクランク角度で検知するようにしてもよい。

制御部は、各気筒６に設けられたバックファイア検知手段７からの検知情報を基に、バックファイアが発生しているか否かを判定する判定手段を備えており、一気筒６でもバックファイアが発生していると判定した場合にはエンジンの駆動を停止し、全気筒６でバックファイアが発生していないと判定した場合にはエンジンの駆動を継続する。

判定方法の一例は、予めバックファイア検知手段７での検知値の許容範囲を定めておき、バックファイア検知手段７での実際の検知値が許容範囲内に収まるとバックファイアが発生していないと判定し、実際の検知値が許容範囲を逸脱するとバックファイアが発生していると判定するものである。

また判定方法の他例としては、各気筒６におけるバックファイア検知手段７での検知値の平均値を求めると共に、任意の気筒６での検知値の前記平均値に対する偏差が許容範囲内に収まるとバックファイアが発生していないと判定し、偏差が許容範囲を逸脱するとバックファイアが発生していると判定するものである。偏差としては、絶対量（有次元）又は比率が好適に用いられるが、他の尺度であってもよい。ここで、バックファイア検知手段７が圧力検知手段である場合には、各気筒６の所定のクランク角度での検知値を順次記憶し、全気筒６での検知値を記憶した後で全気筒６の検知値の平均値を求めて判定を行う、という工程を繰り返すものである。

バックファイア検知手段７を設けたことで、バックファイアの発生を検知して即座にエンジンを停止することが可能となり、エンジンや周辺機器が損傷するのを回避することができる。また、吸気流路３１にバックファイア検知手段７を設けるため、簡単な構成で製造コストがかさむことなく、バックファイアの発生を検知することができる。特に、既設のエンジンに適用する場合でも、容易に後付けでバックファイア検知手段７を設けることができて、改造の手間及びコストがかさまないものである。

また制御部は、上述した判定方法により一気筒６でもバックファイアが発生していると判定した場合に、上記停止制御に代えて／加えて排気流路３２に設けられた上記安全弁を開とし、全気筒６でバックファイアが発生していないと判定した場合には安全弁を閉とする制御を行ってもよい。バックファイアが発生すると、バックファイアが発生していない時と比較して、排気流路３２内の圧力も上昇する。バックファイア検知手段７を設けたことで、バックファイアの発生を検知して即座に安全弁を開にして圧力を逃がすことができて、エンジンや周辺機器が損傷するのを回避することができる。

なお、上記実施形態ではガスエンジンとして説明したが、ガソリンエンジン等であってもよく、この場合には、吸気流路３１に燃料噴射装置が設けられ、制御部により燃料噴射制御がなされるものである。

１シリンダー
１０燃焼室
１１吸気ポート
１２排気ポート
２ピストン
２１ピン
３１吸気流路
３２排気流路
４１吸気バルブ
４２排気バルブ
５点火プラグ
６気筒
７バックファイア検知手段
８１コンロッド
８２クランクシャフト
８３クランクピン
９クランク角度検知手段

Claims

内部が燃焼室となるシリンダーと、前記シリンダー内に往復動自在に設けられるピストンと、前記シリンダーに形成される吸気ポート及び排気ポートを介して燃焼室にそれぞれ連通する吸気流路及び排気流路と、前記吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ開閉する吸気バルブ及び排気バルブと、前記燃焼室に設けられる点火プラグと、燃料ガスの供給及び点火プラグの点火動作の停止制御を行う制御部と、前記吸気流路に設けられるバックファイア検知手段と、を備え、前記制御部は、前記バックファイア検知手段によりバックファイアの発生が検知された場合に前記停止制御を行うことを特徴とするエンジン。
内部が燃焼室となるシリンダーと、前記シリンダー内に往復動自在に設けられるピストンと、前記シリンダーに形成される吸気ポート及び排気ポートを介して燃焼室にそれぞれ連通する吸気流路及び排気流路と、前記吸気ポート及び排気ポートをそれぞれ開閉する吸気バルブ及び排気バルブと、前記燃焼室に設けられる点火プラグと、前記排気流路に設けられ内部と外部の連通及び遮断の切り替えを行う安全弁と、前記安全弁の開閉制御を行う制御部と、前記吸気流路に設けられるバックファイア検知手段と、を備え、前記制御部は、前記バックファイア検知手段によりバックファイアの発生が検知された場合に前記安全弁を開にすることを特徴とするエンジン。