JP4851978B2

JP4851978B2 - ガスエンジンにおける燃焼制御方法およびその装置

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Publication number: JP4851978B2
Application number: JP2007089481A
Authority: JP
Inventors: 徹橋本; 悟後藤
Original assignee: Niigata Power Systems Co Ltd
Current assignee: Niigata Power Systems Co Ltd
Priority date: 2007-03-29
Filing date: 2007-03-29
Publication date: 2012-01-11
Anticipated expiration: 2027-03-29
Also published as: JP2008248750A

Description

本発明は、予燃焼室内の燃料ガスにパイロット油を噴射して着火させて生じた火炎を予燃焼室から主燃焼室に噴出させ、該主燃焼室内の希薄混合ガスを燃焼させるようにしたガスエンジンにおける燃焼制御方法およびその装置に関するものである。

従来、この種のパイロット着火式ガスエンジンにおける燃焼制御装置として、高濃度燃料ガスを所定圧力に加圧する加圧手段と、主燃焼室に設けられて前記加圧手段からの高濃度燃料ガスを、予燃焼室から主燃焼室内に噴出する火炎に向けてガス注入弁によって噴出させるガス注入装置と、シリンダ内の圧力を検出する圧力検出器と、該圧力検出器から入力されるシリンダ内圧力の検出値にもとづき、前記主燃焼室内における燃焼異常の判定を行う燃焼診断装置とを備え、制御装置が前記燃焼診断装置から入力される燃焼異常の判定結果にもとづいて、前記ガス注入装置からの高濃度燃料ガスの噴射タイミングを調整し、ＮＯｘの発生を抑制しながら、ノッキングの発生がなく圧縮比およびシリンダ内の最高燃焼圧力を増大して高い熱効率を得ることができるようにしてたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
特開２００５−６９０４２号公報

しかしながら、上記従来のパイロット着火式ガスエンジンにおける燃焼制御装置においては、高濃度燃料ガスを加圧手段で加圧してガス注入装置によって、予燃焼室から主燃焼室内に噴出する火炎に向けて高濃度燃料ガスを噴射タイミングを調整して噴射させるための加圧ガス供給手段等の余分な装置を、通常のガスエンジンに付加的に設備させる必要とあり、燃焼制御装置の構造が複雑となる問題がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高濃度燃料ガスを主燃焼室内に噴射する加圧ガス供給手段等を設備することなく、ノッキングの発生を抑えることができると共に、ガスエンジンの安定した運転、性能向上を図ることができるガスエンジンにおける燃焼制御方法およびその装置を提供することを目的とする。

本発明は、前記課題を解決するために、以下の構成としたことを特徴としている。
すなわち、請求項１に係るガスエンジンにおける燃焼制御方法は、予燃焼室内の燃料ガスにパイロット噴射弁によりパイロット油を噴射して着火させて生じた火炎を予燃焼室から主燃焼室に噴出させ、該主燃焼室内の希薄混合ガスを燃焼させる複数のシリンダを有するガスエンジンにおける燃焼制御方法であって、前記各主燃焼室内の燃焼圧力を検出して、それらの検出値にもとづいて各シリンダのＰｍａｘと全シリンダのＰｍａｘの平均値との偏差を演算し、その演算結果が予め定めた偏差設定値の範囲から外れたシリンダについて、前記パイロット噴射弁による各予燃焼室へのパイロット油の噴射開始時期を決定するオフセット量を、それまでより所定量だけ低減または増加させて変更設定し、前記偏差ΔＰの演算結果が正の偏差設定値ΔＰｓ以上であるシリンダのオフセット量をそれまでより一定量低減させた値に変更設定すると共に、前記偏差ΔＰの演算結果が負の偏差設定値−ΔＰｓ以下であるシリンダのオフセット量をそれまでより一定量増加させた値に変更設定した後に、全シリンダのオフセット量の総和がゼロとなるように、前記変更設定したシリンダのオフセット量を補正することを特徴としている。

また、請求項２に係るガスエンジンにおける燃焼制御方法は、予燃焼室内の燃料ガスにパイロット噴射弁によりパイロット油を噴射して着火させて生じた火炎を予燃焼室から主燃焼室に噴出させ、該主燃焼室内の希薄混合ガスを燃焼させる複数のシリンダを有するガスエンジンにおける燃焼制御方法であって、前記各主燃焼室内の燃焼圧力を検出して、それらの圧力波形にもとづいて得られた各シリンダのＫＩ値を予め定めたＫＩ設定値と比較し、その比較結果にもとづいて、前記ＫＩ値がＫＩ設定値以上となっているシリンダに対してそれまでのオフセット量を低減させて変更設定し、前記ＫＩ値がＫＩ設定値に満たないシリンダに対して、それまでのオフセット量を増加させて変更設定すると共に、その結果としてオフセット量が正となったときはそのオフセット量をゼロに変更設定するようにして、前記パイロット噴射弁による各予燃焼室へのパイロット油の噴射開始時期を決定するオフセット量を設定することを特徴としている。

また、請求項３に係るガスエンジンにおける燃焼制御方法は、予燃焼室内の燃料ガスにパイロット噴射弁によりパイロット油を噴射して着火させて生じた火炎を予燃焼室から主燃焼室に噴出させ、該主燃焼室内の希薄混合ガスを燃焼させる複数のシリンダを有するガスエンジンにおける燃焼制御方法であって、前記各主燃焼室内の燃焼圧力を検出し、その圧力波形にもとづいて得られた各シリンダのＫＩ値の移動平均値を求め、いずれかのシリンダの移動平均値が予め定めた過大なノッキングが発生する第２の設定値以上である時に機関停止を行い、また、いずれかのシリンダの移動平均値が前記第２の設定値より小さい予め定めた軽微なノッキングが発生する第１の設定値以上である時に機関出力のディレートを行うことを特徴としている。

また、請求項４に係るガスエンジンにおける燃焼制御装置は、予燃焼室内の燃料ガスにパイロット油を噴射して着火させて生じた火炎を予燃焼室から主燃焼室に噴出させ、該主燃焼室内の希薄混合ガスを燃焼させる複数のシリンダを有するガスエンジンにおける燃焼制御装置であって、前記各予燃焼室内にパイロット油を噴射するパイロット噴射弁と、該各パイロット噴射弁にパイロット油を供給するパイロット油供給装置と、各シリンダの主燃焼室内の燃焼圧力を検出する圧力センサと、該各圧力センサの検出値にもとづいて各シリンダのＰｍａｘと全シリンダのＰｍａｘの平均値との偏差、各シリンダ毎のＫＩ値を演算して、その演算結果に応じて前記パイロット噴射弁からのパイロット油の噴射開始時期の調節、機関の出力調節、機関停止の制御指令を出力する燃焼診断装置と、該燃焼診断装置からの制御指令により前記パイロット噴射弁からのパイロット油の噴射開始時期を調整する噴射時期調整装置と、前記燃焼診断装置からの制御指令により機関の出力調節または機関停止を行うガスエンジン制御盤とを備えていることを特徴としている。

本発明によれば、以下の優れた効果を奏する。
すなわち、請求項１に係るガスエンジンにおける燃焼制御方法によれば、各シリンダのＰｍａｘを全シリンダのＰｍａｘの平均値と比較し、その偏差が一定の偏差設定値から外れたシリンダに対してパイロット噴射弁によるパイロット油の噴射開始時期を変更調節することにより、当該シリンダのＰｍａｘを全シリンダのＰｍａｘの平均値に近い値に修正させることができるので、複数のシリンダ間のＰｍａｘのバラツキを減少させることができ、ガスエンジンの安定した運転とその性能向上を効果的に図ることができる。

しかも、パイロット噴射弁によるパイロット油の噴射開始時期を適切に設定でき、ガスエンジンの排ガス中のＮＯｘ濃度を適正値に維持しつつ確実に機関性能の向上を図ることができる。

また、請求項２に係るガスエンジンにおける燃焼制御方法によれば、各シリンダのＫＩ値をＫＩ設定値と比較して、ノッキングの発生が予想されるシリンダに対して、パイロット噴射弁によるパイロット油の噴射開始時期をノッキングが抑制される側へ適切に変更することができると共に、ノッキングの発生が予想されないシリンダに対して前記噴射開始時期を基準位置に徐々に戻すので、ノッキングの発生を確実に抑制してガスエンジンの一層良好な安定運転を達成すると共に、ガスエンジンの熱効率を維持することができる。

また、請求項３に係るガスエンジンにおける燃焼制御方法によれば、シリンダに連続的なノッキングが発生したときに、各シリンダのＫＩ値の移動平均値を第１，第２の設定値と比較して、ノッキングの強さに応じて機関の出力調節、機関停止を行うことができるので、軽微なノッキングが発生したときにはガスエンジンの出力ディレートによりノッキングを抑制することができると共に、過大なノッキングが発生した時にはガスエンジンを確実に停止させてその安全を確保することができる。

また、請求項４に係るガスエンジンにおける燃焼制御装置によれば、請求項１〜３に記載の燃焼制御方法を確実に実施することができ、それらの燃焼制御方法による効果を良好に達成させることができる。また、従来装置のように予燃焼室１４から主燃焼室５内に噴出する火炎に向けて高濃度燃料ガスを噴射タイミングを調整して噴射させるためのガス注入装置等の余分な装置を設備しなくて済み、装置の構成を簡単にすることができる。

以下、本発明の一実施の形態に係るガスエンジンにおける燃焼制御装置について添付図面を参照して説明する。
図１において、１は本発明の一実施の形態に係るガスエンジンにおける燃焼制御装置である。この燃焼制御装置１はパイロット着火式ガスエンジン２に設備されている。
前記パイロット着火式ガスエンジン（ガスエンジン）２は、内部にピストン３を昇降自在に収納した複数（図１では１つのみ図示）のシリンダ４を備えている。各シリンダ４の上部には前記各シリンダ４およびピストン３と共に主燃焼室５を区画形成するシリンダヘッド６が設けられている。前記各シリンダヘッド６には、給気ポート７と排気ポート８が設けられ、過給機（図示せず）から給気管９を通して供給された圧縮空気Ａが前記給気ポート７を通して前記主燃焼室５内に導入され、主燃焼室５内からの排気が排気ポート８を経て排気管１０に排出されるようになっている。

そして、前記給気管９には、燃料ガスノズル１１がその一端を該給気管９内に挿入されて取り付けられ、前記燃料ガスノズル１１の他端は、ガス電磁弁（燃料供給弁）１２を介して燃料ガス供給源（図示せず）に連絡された燃料ガス管１３に接続されている。
また、前記シリンダヘッド６には、前記主燃焼室５内に連通する開口を有する予燃焼室１４が設けられると共に、先端の噴出口を前記予燃焼室１４内に臨ませて少量の燃料油（パイロット油）を噴射するパイロット噴射弁１５が取り付けられ、該パイロット噴射弁１５の基端の油導入口は電磁弁１６を介して燃料油管１６ａに接続されている。そして、該燃料油管１６ａを経てコモンレールと呼ばれる圧力油燃料供給装置（図示せず）からパイロット油Ｆが前記パイロット噴射弁１５に供給されるようになっている。前記電磁弁１６と前記圧力油燃料供給装置によりパイロット油供給装置１６Ａを構成している。

また、各シリンダヘッド６には、前記主燃焼室５内の燃焼圧力を検出する圧力センサ１７と、前記排気ポート８内の排ガス温度を検出する温度センサ１８が取り付けられている。前記ガス電磁弁１２にはガス電磁弁ドライバ１９が電気的に接続されており、該ガス電磁弁ドライバ１９は、前記温度センサ１８によって検出された排ガス温度と、ガスエンジン２に付設されているガバナ２０から入力されるガスエンジン２に対する目標負荷とにもとづいて前記ガス電磁弁１２を動作させて、前記燃料ガス管１３から燃料ガスノズル１１を経て吸気ポート７に導入される燃料ガスの供給量を調整するようになっている。

次に、前記燃焼制御装置１は燃焼診断装置２１を備えている。該燃焼診断装置２１は、各種の演算を実行して制御指令を出力する演算部２１ａと、前記圧力センサ１７による圧力検出値を入力して前記演算部２１ａに出力させる入力部２１ｂと、主燃焼室５内の圧力に関する設定値とその他の設定値を記憶すると共に、前記圧力センサ１７から入力部２１ｂ、演算部２１ａを経て入力された圧力検出値や演算部２１ａで演算されて得られた所要の数値を記憶する記憶部２１ｃと、前記電磁弁１６を所定のタイミングで作動させるコモンレールドライバ（噴射時期調整装置）２２およびガスエンジン２の運転動作を制御するガスエンジン制御盤２３を、前記演算部２１ａの制御指令にもとづいて動作させる出力部２１ｄとを有している。

なお、前記入力部２１ｂはバンドパスフィルタを備えており、前記圧力センサ１７により検出された主燃焼室５内の圧力波形を前記バンドパスフィルタを通すことによって、ノッキングによる高周波の圧力成分を取り出して前記演算部２１ａに送るようになっている。そして、前記燃焼診断装置２１は、前記圧力センサ１７の検出値にもとづいて主燃焼室５内の最高燃焼圧力（以下「Ｐｍａｘ」と記す）、ノッキング値（以下「ＫＩ値」と記す）を演算し、その演算結果にもとづいて、コモンレールドライバ２２を介して前記電磁弁１６の開閉時期を制御すると共に、前記ガスエンジン制御盤２３を介してガスエンジン２の出力ディレート（出力削減）と出力回復等の出力調節、機関停止を行わせるようになっている。

次に、前記構成のガスエンジンにおける燃焼制御装置１の作用と共に、本願の一実施の形態に係るガスエンジンにおける燃焼制御方法について図２〜図５をも参照しながら説明する。
前記燃焼制御装置１が動作状態とされてガスエンジン２が運転されると、過給機から前記各シリンダヘッド６の給気管９に圧縮空気が供給されると共に、前記ガス電磁弁ドライバ１９によってガス電磁弁１２が開かれて燃料ガス管１３から燃料ガスノズル１１を通して燃料ガスＧが前記給気管９に供給されて混合気が生成され、吸気弁７ａの開弁時に吸気ポート７を経て主燃焼室５内に混合気が導入される。そして、ピストン３の圧縮行程における上死点前の適宜クランク角度（ｄｅｇＣＡ）で、前記燃焼診断装置２１の制御指令でコモンレールドライバ２２を介して前記電磁弁１６が開いて燃料油管１６ａから少量のパイロット油Ｆがパイロット噴射弁１５から予燃焼室１４内に噴射され、この噴射されたパイロット油により主燃焼室５から予燃焼室１４内に入っていた混合気（燃料ガス）が着火、燃焼し、その火炎が予燃焼室１４から主燃焼室５に噴出して主燃焼室５内の混合気が着火、燃焼し、この燃焼圧力によりガスエンジン２の出力が得られる。

前記主燃焼室５内で混合気の燃焼により生じた排ガスはピストン３の排気行程で排気弁８ａの開放により排気ポート８から排気管１０を経て排出される。その際、前記排ガスの温度が各シリンダ４毎に前記温度センサ１８によって検出されて前記ガス電磁弁ドライバ１９に入力されているので、該ガス電磁弁ドライバ１９が、前記ガバナ２０で指令される目標負荷に対する燃料ガス量を前記各シリンダ４毎に排ガスの温度によって調節し、この調節された燃料ガス量に対応する動作指令によって前記各ガス電磁弁１２の開度が制御され、これにより、全てのシリンダ４の排ガス温度が同じになるように、各給気管９に供給される燃料ガス量がシリンダ４毎に調節される。

一方、ガスエンジン２の運転中は、前記各シリンダ４の主燃焼室５（シリンダ４）内の燃焼圧力が前記各圧力センサ１７によって検出されて前記燃焼診断装置２１に入力されているので、該燃焼診断装置２１は、前記各圧力センサ１７によって検出された燃焼圧力の波形にもとづいて、複数のシリンダ４の各々におけるＰｍａｘの算出、燃焼圧力の波形分析によるＫＩ値の計測等をして各主燃焼室５内の燃焼状態を判断し、その判断結果にもとづいて、前記コモンレールドライバ２２による前記各電磁弁１６の開弁時期（パイロット噴射弁１５によるパイロット油Ｆの噴射開始タイミング）の調節、機関出力のディレート（出力削減）、機関停止等の制御を行う。

以下、これらの制御について、図２〜図５を参照しながら具体的に説明する。
各シリンダ４のＰｍａｘを制御する場合には、図２に示すように、前記燃焼診断装置２１において、前記記憶部２１ｃに記憶されている各主燃焼室５（各シリンダ４）内のＰｍａｘの積算値がリセットされた（ステップＳ１）後に、各圧力センサ１７から入力部２１ｂを介して演算部２１ａに圧力検出値が入力されると、該演算部２１ａが、各シリンダ４の１サイクルにおけるＰｍａｘを計測して該Ｐｍａｘを前記記憶部に２１ｃに記憶させ（ステップＳ２）、各シリンダ４の各サイクル毎に計測されるＰｍａｘを各シリンダ４毎に順次加算してそれらの積算値を記憶部に記憶させる（ステップＳ３）。そして、各シリンダ４のサイクル数が予め記憶部２１ｃに設定された所定のサイクル数（平均化サイクル数）に到達するまで前記Ｐｍａｘの積算動作を繰り返す（ステップＳ４）。

次に、各シリンダ４のサイクル数がそれぞれ前記平均化サイクル数、例えば数１００サイクル（２００サイクル程度）に到達したときは、前記演算部２１ａが、各シリンダのＰｍａｘの積算値から平均化サイクル数における各シリンダ４毎のＰｍａｘの平均値（Ｐｍａｘ平均値）を計算する（ステップＳ５）と共に、各シリンダ４毎の前記Ｐｍａｘ平均値から全シリンダ４のＰｍａｘ平均値を計算する（ステップＳ６）。この後、各シリンダ４毎のＰｍａｘ平均値と全シリンダのＰｍａｘ平均値との偏差△Ｐが、前記記憶部２１ｃに予め記憶されている正の偏差設定値△Ｐｓ以上であるか否かが演算部２１ａで判断され（ステップＳ７）、前記偏差△Ｐが正の偏差設定値△Ｐｓ以上であるときは、正の偏差設定値△Ｐｓ以上となっているシリンダ４（ｎシリンダ）に対して、その電磁弁１６の開弁時期（パイロット噴射弁１５の噴射開始（突き始め）時期）を決めるオフセット量（クランク軸の所定角度位置、例えば、上死点位置を基準として、その基準位置から前側（＋側）にずらされる量）を低減させて、それまでより小さな所定のオフセット量を決定する（ステップＳ８）。

前記ステップＳ７において、前記偏差△Ｐが正の偏差設定値△Ｐｓ以上でないときは、各シリンダ４毎のＰｍａｘ平均値と全シリンダのＰｍａｘ平均値との偏差△Ｐが、前記記憶部２１ｃに予め記憶されている負の偏差設定値−△Ｐｓ以下であるか否かが演算部２１ａで判断され（ステップＳ９）、前記偏差△Ｐが負の偏差設定値−△Ｐｓ以下であるときは、負の偏差設定値−△Ｐｓ以下となっているシリンダ４（ｎシリンダ）に対して、その電磁弁１６の開弁時期を決める前記オフセット量を増加させてそれまでより大きな所定のオフセット量を決定する（ステップＳ１０）。また、前記ステップＳ９において、前記偏差△Ｐが負の偏差設定値−△Ｐｓ以下でなく、正、負の偏差設定値の範囲内にあるときは、当該シリンダ４の現在のオフセット量が維持され、このオフセット量と前記ステップＳ９，１０で決定したオフセット量とにより全シリンダ４のオフセット量の総和がゼロ（０）となるように各ｎシリンダ４のオフセット量を補正する（ステップＳ１１）。

前記において、全シリンダ４のオフセット量の総和をゼロとなるように補正しない状態で各シリンダ４のオフセット量を設定すると、該オフセット量の平均値が変わってしまい好ましくない。オフセット量の平均値は機関の性能に影響する特性値であり、オフセット量を大きくすると性能は良くなるが、ＮＯｘが高くなってしまい、また、オフセット量を小さくするとＮＯｘは低くなるが性能が悪くなってしまう等の事情があるので、オフセット量は適正値に維持する必要がある。このため、前記のように各シリンダ４のオフセット量の総和をゼロとして、オフセット量の平均値が一定値に維持できるようにしている。
なお、前記オフセット量の一回当たり（平均化サイクル数当たり）の増減量は予め一定値に定めて記憶部２１ｃに記憶させておく。

すなわち、前記ステップＳ８，１０で決定したｎシリンダ４のオフセット量から全シリンダのオフセット量の平均値を減算した値を演算部２１ａから出力する各ｎシリンダ４に対するオフセット量とする。そして、このようにして演算部２１ａで決定されたｎシリンダ４を含む各シリンダ４に対するオフセット量が、出力部２１ｄを経て前記コモンレールドライバ２２に出力され（ステップＳ１２）、前記演算部２１ａによる各シリンダ４に対する電磁弁１６の開弁時期に係るオフセット量の前記コモンレールドライバ２２への出力動作は、各シリンダの動作サイクルが平均化サイクル数毎に繰り返して行われる。そして、前記コモンレールドライバ２２は各シリンダ４に対するオフセット量が出力部２１ｄから入力されると、それらのオフセット量に応じて前記各シリンダ４の電磁弁１６の開弁時期を調節し、これにより、前記パイロット噴射弁１５から前記予燃焼室１４内に噴射されるパイロット油Ｆの噴射開始タイミングが調節される。
なお、平均化サイクル数毎に調整されるｎシリンダ４のオフセット量の単位調整量（一回当たりの調整量）は予め決められて前記記憶部２１ｃに記憶されており、これにもとづいて演算部２１ａが各ｎシリンダ４に対するオフセット量を変更調節する。
このようにして、複数のシリンダ４間のＰｍａｘ平均値のバラツキが減少され、ガスエンジン２の効率が向上される。

次に、前記ガスエンジン２の運転中にノッキングが発生する場合の制御動作においては、図３に示すように、前記燃焼診断装置２１は、前記各圧力センサ１７によって検出された燃焼圧力の波形にもとづいて各シリンダの１サイクルのＫＩ値を計測する（ステップＳ１３）。前記ＫＩ値は例えば次のようにして計測される。すなわち、前記圧力センサ１７から入力される圧力検出値からシリンダ４の燃焼圧力の波形が、例えば図５（ａ）に示すような波形であった場合、前記入力部２１ｂ内のバンドパスフィルタを通ることによって、ノッキングによって発生する高周波の圧力成分（図５（ｂ）参照）が取り出されて前記演算部２１ａに入力されるので、該演算部２１ａがクランク角度ｄｅｇＣＡの特定範囲（ウインド、例えば０〜４０ｄｅｇＣＡ）における高周波の圧力成分を積分して得た値をＫＩ値とする。このＫＩ値を求める演算は各シリンダ毎に、毎サイクル毎に行われる。

そして、各シリンダ４のＫＩ値が計測されたならば、前記演算部２１ａは、各シリンダ４のＫＩ値ＫＩｎが予め記憶部２１ｃに記憶されていたノッキング判断値（ＫＩ設定値）ＫＩｓ以上となっているか否かを判断し（ステップＳ１４）、ＫＩ値ＫＩｎがＫＩ設定値ＫＩｓ以上であるときは、ノッキングが発生しているとして、それに該当するシリンダ（ｎシリンダ）４のそれまでのオフセット量から１回のノッキングで調整すべきオフセット量を減じて低減させた新たなオフセット量を決定する（ステップＳ１５）と共に、該オフセット量が予め記憶部２１ｃに記憶された１回のノッキングで調整すべき基準のオフセット量（リミット量）より小さいか否かを判断し（ステップＳ１６）、リミット量より小さいと判断したときは、それに該当するｎシリンダ４のオフセット量を前記リミット値に決定する（ステップＳ１７）。

前記ステップＳ１４において、ＫＩ値ＫＩｎがＫＩ設定値ＫＩｓに満たないときは、ノッキングが発生していないとして、それに該当するシリンダ（ｎシリンダ）４のオフセット量をノッキング無し時に１サイクルで調整すべきオフセット量だけ増加させる（ステップＳ１８）と共に、増加後のオフセット量が正（前記クランク角度で前記基準位置より前側（＋側）にあるとき）であるか否かを判断し（ステップＳ１９）、該オフセット量が正のときは、それに該当するｎシリンダのオフセット量をゼロ（前記クランク角度で前記基準位置）に決定する（ステップＳ２０）。そして、前記演算部２１ａは、前記ステップＳ１９でオフセット量が負のとき、それに該当するｎシリンダ４に対して前記ステップＳ１８で決定したオフセット量をそのまま採用すると共に、前記ステップＳ１６でオフセット量がリミット量より大きいとき、それに該当するｎシリンダ４に対して前記ステップＳ１５で決定したオフセット量をそのまま採用し、それらのオフセット量と前記ステップＳ１７で設定したリミット値と、前記ステップＳ２０で設定したオフセット量のゼロ値とを、各シリンダ４毎のオフセット量としてコモンレールドライバ２２に出力する（ステップＳ２１）。

そして、前記演算部２１ａによる各シリンダ４に対する電磁弁１６の開弁時期に係るオフセット量の前記コモンレールドライバ２２への出力動作は、各シリンダ４の１サイクル毎に繰り返して行われる。この場合に、前記コモンレールドライバ２２は、前記ステップＳ２１において各シリンダ４に対するオフセット量が出力部２１ｄから入力されると、それらのオフセット量と前記ステップＳ１２（図２参照）において出力部２１ｄから入力されるオフセット量との和に応じて、前記各シリンダ４の電磁弁１６の開弁時期を調節し、前記パイロット噴射弁１５から前記予燃焼室１４内に噴射されるパイロット油Ｆの噴射開始タイミングが調節される。
このようにして、複数のシリンダ４間のＰｍａｘ平均値のバラツキが減少され、かつノッキングの発生を抑制してガスエンジンの安定し運転が行え、その効率が向上される。

次に、万一、ノッキングが連続して発生した場合の制御動作においては、図４に示すように、前記燃焼診断装置２１は、前記演算部２１ａが、前記ステップＳ１３（図３参照）と同様に、各シリンダ４の１サイクルにおけるＫＩ値を計測する（ステップＳ２２）と共に、各ＫＩ値の移動平均値（移動平均サイクル数は数十サイクル、例えば４０サイクル程度とする）計算する（ステップＳ２３）。そして、前記記憶部２１ｃのノッキング欄におけるノッキングフラグをＯＦＦとした（ステップＳ２４）後に、ノッキングが発生しているシリンダ（ｎシリンダ）の移動平均値が第２の設定値（ノッキングの強さが高いことを示す高位の基準値）以上であるか否かを判断する（ステップＳ２５）。前記移動平均値が第２の設定値以上であるときは、過大なノッキングが発生しているとして、前記出力部２１ｄを介してガスエンジン制御盤２３に指令してガスエンジン２の機関停止を行う（ステップＳ２６）。

また、移動平均値が第２の設定値に満たないときは、前記移動平均値が第２の設定値より小さい第１の設定値（ノッキングの強さが低いことを示す低位の基準値）以上であるか否か判断し（ステップＳ２７）、移動平均値が第１の設定値以上であれば、前記記憶部２１ｃのノッキング欄にノッキングフラグをＯＮとした（ステップＳ２８）後に、全シリンダ４についてＫＩ値の移動平均値に関する判断動作が終了するまで前記ステップＳ２５〜Ｓ２８の動作を繰り返し（ステップＳ２９）、前記判断動作が全シリンダ４について終了したときは、記憶部２１ｃにおける全シリンダ４のノッキングフラグ欄についてノッキングフラグがＯＮとなっているか否かを調べ（ステップＳ３０）、いずれかのシリンダ４のノッキングフラグ欄にノッキングフラグがＯＮとなっているときは、機関シリンダに連続的にノッキングが発生しているとして、前記出力部２１ｄを介してガスエンジン制御盤２３に指令してガスエンジン２の出力を所定値まで削減（出力ディレート）させる（ステップＳ３１）。前記シリンダ４のノッキング発生時における機関停止、機関出力のディレートの判断および制御信号出力は、毎サイクル繰り返して行われる。
このようにして、シリンダ４における連続的なノッキングの発生時に、軽微なノッキングが発生したときにはガスエンジン２の出力ディレートによりノッキングが抑制されると共に、過大なノッキング時にはガスエンジン２が停止されてその安全が確保される。

以上説明したように、前記実施の形態に係るガスエンジンにおける燃焼制御方法は、予燃焼室１４内の混合気（燃料ガス）にパイロット噴射弁１５によりパイロット油Ｆを噴射して着火させて生じた火炎を予燃焼室１４から主燃焼室５に噴出させ、該主燃焼室５内の希薄混合ガスを燃焼させる複数のシリンダ４を有するガスエンジンにおける燃焼制御方法であって、前記各主燃焼室５内の燃焼圧力を検出して、それらの検出値にもとづいて各シリンダ４のＰｍａｘと全シリンダ４のＰｍａｘの平均値との偏差△Ｐを演算し、その演算結果が予め定めた偏差設定値△Ｐｓの範囲から外れたｎシリンダ４について、前記パイロット噴射弁１５による各予燃焼室１４へのパイロット油Ｆの噴射開始時期を決定するオフセット量を、それまでより所定量だけ低減または増加させて変更設定する構成とされている。

したがって、前記実施の形態に係るガスエンジンにおける燃焼制御方法によれば、各シリンダ４のＰｍａｘを全シリンダのＰｍａｘの平均値と比較し、その偏差△Ｐが一定の偏差設定値△Ｐｓから外れたｎシリンダ４に対してパイロット噴射弁１５によるパイロット油Ｆの噴射開始時期を変更調節することにより、当該ｎシリンダ４のＰｍａｘを全シリンダ４のＰｍａｘの平均値に近い値に修正させることができるので、複数のシリンダ４間のＰｍａｘのバラツキを減少させることができ、ガスエンジン２の安定した運転とその性能向上を効果的に図ることができる。
また、前記燃焼制御方法において、前記偏差△Ｐの演算結果が正の偏差設定値△Ｐｓ以上であるｎシリンダ４のオフセット量をそれまでより一定量低減させた値に変更設定すると共に、前記偏差△Ｐの演算結果が負の偏差設定値−△Ｐｓ以下であるｎシリンダ４のオフセット量をそれまでより一定量増加させた値に変更設定した後に、全シリンダ４のオフセット量の総和がゼロとなるように、前記変更設定したｎシリンダ４のオフセット量を補正する構成とすることにより、前記パイロット噴射弁１５によるパイロット油Ｆの噴射開始時期を適切に設定でき、ガスエンジン２の排ガス中のＮＯｘ濃度を適正値に維持しつつ確実に機関性能の向上を図ることができる。

また、前記実施の形態に係るガスエンジンにおける燃焼制御方法は、前記各主燃焼室５内の燃焼圧力を検出して、それらの圧力波形にもとづいて得られた各シリンダ４のＫＩ値ＫＩｎを予め定めたＫＩ設定値ＫＩｓと比較し、その比較結果にもとづいて、前記ＫＩ値ＫＩｎがＫＩ設定値ＫＩｓ以上となっているｎシリンダ４に対してそれまでのオフセット量を低減させて変更設定し、前記ＫＩ値ＫＩｎがＫＩ設定値ＫＩｓに満たないｎシリンダ４に対して、それまでのオフセット量を増加させて変更設定すると共に、その結果としてオフセット量が正となったときはそのオフセット量をゼロに変更設定するようにして、前記パイロット噴射弁１５による各予燃焼室１４へのパイロット油Ｆの噴射開始時期を決定するオフセット量を設定する構成とした場合には、各シリンダ４のＫＩ値ＫＩｎをＫＩ設定値ＫＩｓと比較して、ノッキングの発生が予想されるシリンダに対して、パイロット噴射弁１５によるパイロット油Ｆの噴射開始時期をノッキングが抑制される側へ適切に変更することができると共に、ノッキングの発生が予想されないシリンダ４に対して前記噴射開始時期を基準位置に徐々に戻すので、ノッキングの発生を確実に抑制してガスエンジン２の一層良好な安定運転を達成すると共に、ガスエンジン２の熱効率を維持することができる。

また、前記実施の形態に係るガスエンジンにおける燃焼制御方法は、各シリンダ４のＰｍａｘと全シリンダ４のＰｍａｘの平均値との偏差△Ｐにもとづいて設定した各シリンダ４のオフセット量と、各シリンダ４のＫＩ値ＫＩｎとＫＩ設定値ＫＩｓの比較結果にもとづいて設定した各シリンダ４のオフセット量との各シリンダ４毎の和を、各シリンダ４の個々のオフセット量として設定する構成とした場合には、複数のシリンダ４間のＰｍａｘ平均値のバラツキを減少させ、かつノッキングの発生を確実に抑制してガスエンジン２の安定した運転とその効率の向上を確実に達成させることができる。

前記実施の形態に係るガスエンジンにおける燃焼制御方法は、前記各主燃焼室５内の燃焼圧力を検出し、その圧力波形にもとづいて得られた各シリンダ４のＫＩ値ＫＩｎの移動平均値を求め、いずれかのｎシリンダ４の移動平均値が予め定めた第２の設定値以上である時に機関停止を行い、また、いずれかのｎシリンダ４の移動平均値が前記第２の設定値より小さい予め定めた第１の設定値以上である時に機関出力のディレートを行う構成とした場合には、シリンダ４に連続的なノッキングが発生したときに、各シリンダ４のＫＩ値ＫＩｎの移動平均値を第１，第２の設定値と比較して、ノッキングの強さに応じて機関の出力調節、機関停止を行うことができるので、軽微なノッキングが発生したときにはガスエンジンの出力ディレートによりノッキングを抑制することができると共に、過大なノッキングが発生した時にはガスエンジン２を確実に停止させてその安全を確保することができる。

また、前記実施の形態に係るガスエンジンにおける燃焼制御装置１は、予燃焼室１４内の混合気（燃料ガス）にパイロット油Ｆを噴射して着火させて生じた火炎を予燃焼室１４から主燃焼室５に噴出させ、該主燃焼室５内の希薄混合ガスを燃焼させる複数のシリンダ４を有するガスエンジン２における燃焼制御装置であって、前記各予燃焼室１４内にパイロット油Ｆを噴射するパイロット噴射弁１５と、該各パイロット噴射弁１５にパイロット油Ｆを供給するパイロット油供給装置１６Ａと、各シリンダ４の主燃焼室５内の燃焼圧力を検出する圧力センサ１７と、該各圧力センサ１７の検出値にもとづいて各シリンダ４のＰｍａｘと全シリンダ４のＰｍａｘの平均値との偏差△Ｐ、各シリンダ４毎のＫＩ値ＫＩｎを演算して、その演算結果に応じて前記パイロット噴射弁１５からのパイロット油Ｆの噴射開始時期の調節、機関の出力調節、機関停止の制御指令を出力する燃焼診断装置２１と、該燃焼診断装置２１からの制御指令により前記パイロット噴射弁１５からのパイロット油Ｆの噴射開始時期を調整するコモンレールドライバ（噴射時期調整装置）２２と、前記燃焼診断装置２１からの制御指令により機関の出力調節または機関停止を行うガスエンジン制御盤２３とを備えた構成とされている。
したがって、前記実施の形態に係るガスエンジンにおける燃焼制御装置１によれば、前記各燃焼制御方法を確実に実施することができ、それらの燃焼制御方法による効果を良好に達成させることができる。また、従来装置のように予燃焼室１４から主燃焼室５内に噴出する火炎に向けて高濃度燃料ガスを噴射タイミングを調整して噴射させるための加圧ガス供給手段等の余分な装置を設備しなくて済み、装置の構成を簡単にすることができる。

本発明の一実施の形態に係るガスエンジンにおける燃焼制御装置を示す系統図である。同じく燃焼制御装置の作用を示すフロー図（その１）である。同じく燃焼制御装置の作用を示すフロー図（その２）である。同じく燃焼制御装置の作用を示すフロー図（その３）である。シリンダ内の燃焼圧力の圧力波形を示す線図である。

符号の説明

１燃焼制御装置
２ガスエンジン
４シリンダ
５主燃焼室
６シリンダヘッド
７吸気ポート
８排気ポート
１１燃料ガスノズル
１２燃料ガス電磁弁
１３燃料ガス管
１４予燃焼室
１５パイロット噴射弁
１２ガス電磁弁
１３燃料ガス管
１６電磁弁
１６Ａパイロット油供給装置
１６ａ燃料油管
１７圧力センサ
２１燃焼診断装置
２１ａ演算部
２１ｂ入力部
２１ｃ記憶部
２１ｄ出力部
２２コモンレールドライバ（噴射時期調整装置）
２３ガスエンジン制御盤

Claims

予燃焼室内の燃料ガスにパイロット噴射弁によりパイロット油を噴射して着火させて生じた火炎を予燃焼室から主燃焼室に噴出させ、該主燃焼室内の希薄混合ガスを燃焼させる複数のシリンダを有するガスエンジンにおける燃焼制御方法であって、
前記各主燃焼室内の燃焼圧力を検出して、それらの検出値にもとづいて各シリンダのＰｍａｘ（最高燃焼圧力）と全シリンダのＰｍａｘ（最高燃焼圧力）の平均値との偏差ΔＰを演算し、その演算結果が予め定めた偏差設定値ΔＰｓの範囲から外れたシリンダについて、前記パイロット噴射弁による各予燃焼室へのパイロット油の噴射開始時期を決定するオフセット量を、それまでより所定量だけ低減または増加させて変更設定し、
前記偏差ΔＰの演算結果が正の偏差設定値ΔＰｓ以上であるシリンダのオフセット量をそれまでより一定量低減させた値に変更設定すると共に、前記偏差ΔＰの演算結果が負の偏差設定値−ΔＰｓ以下であるシリンダのオフセット量をそれまでより一定量増加させた値に変更設定した後に、全シリンダのオフセット量の総和がゼロとなるように、前記変更設定したシリンダのオフセット量を補正することを特徴とするガスエンジンにおける燃焼制御方法。
予燃焼室内の燃料ガスにパイロット噴射弁によりパイロット油を噴射して着火させて生じた火炎を予燃焼室から主燃焼室に噴出させ、該主燃焼室内の希薄混合ガスを燃焼させる複数のシリンダを有するガスエンジンにおける燃焼制御方法であって、
前記各主燃焼室内の燃焼圧力を検出して、それらの圧力波形にもとづいて得られた各シリンダのＫＩ値を予め定めたＫＩ設定値と比較し、その比較結果にもとづいて、前記ＫＩ値がＫＩ設定値以上となっているシリンダに対してそれまでのオフセット量を低減させて変更設定し、前記ＫＩ値がＫＩ設定値に満たないシリンダに対して、それまでのオフセット量を増加させて変更設定すると共に、その結果としてオフセット量が正となったときはそのオフセット量をゼロに変更設定するようにして、前記パイロット噴射弁による各予燃焼室へのパイロット油の噴射開始時期を決定するオフセット量を設定することを特徴とするガスエンジンにおける燃焼制御方法。
予燃焼室内の燃料ガスにパイロット噴射弁によりパイロット油を噴射して着火させて生じた火炎を予燃焼室から主燃焼室に噴出させ、該主燃焼室内の希薄混合ガスを燃焼させる複数のシリンダを有するガスエンジンにおける燃焼制御方法であって、
前記各主燃焼室内の燃焼圧力を検出し、その圧力波形にもとづいて得られた各シリンダのＫＩ値の移動平均値を求め、いずれかのシリンダの移動平均値が予め定めた過大なノッキングが発生する第２の設定値以上である時に機関停止を行い、また、いずれかのシリンダの移動平均値が前記第２の設定値より小さい予め定めた軽微なノッキングが発生する第１の設定値以上である時に機関出力のディレートを行うことを特徴とするガスエンジンにおける燃焼制御方法。
予燃焼室内の燃料ガスにパイロット油を噴射して着火させて生じた火炎を予燃焼室から主燃焼室に噴出させ、該主燃焼室内の希薄混合ガスを燃焼させる複数のシリンダを有するガスエンジンにおける燃焼制御装置であって、
前記各予燃焼室内にパイロット油を噴射するパイロット噴射弁と、該各パイロット噴射弁にパイロット油を供給するパイロット油供給装置と、各シリンダの主燃焼室内の燃焼圧力を検出する圧力センサと、該各圧力センサの検出値にもとづいて各シリンダのＰｍａｘと全シリンダのＰｍａｘの平均値との偏差、各シリンダ毎のＫＩ値を演算して、その演算結果に応じて前記パイロット噴射弁からのパイロット油の噴射開始時期の調節、機関の出力調節、機関停止の制御指令を出力する燃焼診断装置と、該燃焼診断装置からの制御指令により前記パイロット噴射弁からのパイロット油の噴射開始時期を調整する噴射時期調整装置と、前記燃焼診断装置からの制御指令により機関の出力調節または機関停止を行うガスエンジン制御盤とを備えていることを特徴とするガスエンジンにおける燃焼制御装置。