JP5705765B2 - ガスエンジンの制御装置および方法 - Google Patents

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Description

本発明は、給気通路を介して供給される空気と燃料供給通路から供給される燃料ガスを混合して燃焼室内に供給し、着火燃焼せしめるガスエンジンにおいて、シリンダが失火した場合に未燃ガスが排気系統に流入し、煙道で燃焼するのを防止するガスエンジンの制御装置および方法に関する。
一般的な中速ガスエンジンにおいては、給気通路を介して供給される空気（給気）と、燃料供給通路から供給される燃料ガスを混合してエンジンの主燃焼室に供給して燃焼運転を行い、駆動力を得る構成となっている。また、シリンダヘッドに主燃焼室へ連通する副燃焼室を設け、燃料噴射弁から副室の内部に形成された空気流中に軽油等の液体燃料を噴射して該液体燃料を着火燃焼せしめ、この着火火炎を副室噴口から、給気弁の開弁によって主燃焼室内に導入された燃料ガスと空気との混合ガス中に噴出せしめることにより該混合ガスを燃焼せしめる副室パイロット着火式ガスエンジンについて知られている。
また、シリンダヘッドに設けられた副燃焼室に着火用の燃料ガスを供給して、着火性のよい混合気を作り、スパークプラグで点火して燃焼せしめて、この着火火炎を副室噴口から、給気弁の開弁によって主燃焼室内に導入された燃料ガスと空気との混合ガス中に噴出せしめることにより該混合ガスを燃焼せしめる火花着火方式ガスエンジンについても知られている。
このようなガスエンジンでは、所望のエンジン出力が得られるように、燃焼室に供給される燃料流量、空気流量が適正に制御されるとともに、ノッキングや失火を回避した安定運転が可能な空燃比に制御される。しかし、燃料供給系や着火系の部品の損耗や故障等の不具合が生じると異常燃焼（ノッキング）や失火を生じやすい。
例えば、給気通路に燃料供給通路から燃料ガスを供給する燃料流量制御弁の故障により所望の燃料ガスが供給されていない場合や、副燃焼室へ軽油等の液体燃料を供給する制御弁やスパークプラグの故障等のように着火装置の不具合の場合には全気筒、または特定の気筒において失火が生じる。
ガスエンジンの失火を検出してエンジンを強制停止する技術の一例として、特開２００１−１２２９２号公報（特許文献１）、および特開２００７−１７０４０５号公報（特許文献２）が提案されている。
この特許文献１の要約、段落００６３〜００６７等には、複数の気筒からなるエンジンの排圧波形を気筒毎に判別して検出し、各気筒の所定のクランク角範囲での排圧波形の面積を算出して、これと直前の所定サイクルの移動平均値と比較しこの波形面積の平均値に対する比率を、基準値と比較して失火を判定する。そして、失火を判定したときにはエンジンを強制停止することが開示されている。
また、特許文献２の段落００３１〜００３２等には、筒内圧力検出器から入力される筒内圧力検出値及びクランク角検出器から入力されるクランク角検出値に基づき、吸気圧力を含む圧縮始め以前の基準圧力Ｐｂとの差圧ΔＰ（ΔＰ＝Ｐ−Ｐｂ）をクランク角に対応させて算出し、筒内最高圧力Ｐｐと前記基準圧力との差圧ΔＰｐと、圧縮行程における一又は複数の任意点の差圧ΔＰ０との比である筒内最高圧力比（ΔＰｐ／ΔＰ０）が、設定された失火の許容最小圧力比Ｐｎ以下になった時に燃焼室内における失火発生の判定を行うことが示され、さらに、許容継続サイクル数になったときに当該失火発生シリンダの燃料噴射を遮断することが示されている。
特開２００１−１２２９２号公報 特開２００７−１７０４０５号公報
ガスエンジンにおいては、前述のように給気通路に燃料供給通路から燃料ガスを供給する燃料流量制御弁の故障により所望の燃料ガスが供給されていない場合や、副燃焼室へ軽油等の液体燃料を供給する制御弁やスパークプラグの故障等の着火装置の不具合の場合に全シリンダまたは特定シリンダにおいて失火が生じる。
特に、副燃焼室へ軽油等の液体燃料を供給する制御弁やスパークプラグの故障等のように着火装置の不具合の場合においては、給気弁の開弁によって主燃焼室内に導入された燃料ガスと空気との混合ガスが、燃焼せずに未燃ガスとして排気系統に流入する。
そのため、複数シリンダが同時に失火した場合には、短時間に排気通路において燃料ガス濃度が高まり可燃域に達しやすく、排気通路内での燃焼の危険性が増す。そして、排気通路内燃焼が生じた場合にはエンジンやプラント設備の損傷や周囲への甚大な被害を引き起こすおそれがある。
前述の特許文献１の失火判定は、排圧波形の面積を基に判定するものであるが、特定の単一シリンダでの失火判定であり複数シリンダが同時失火状態であることを判定することまでは開示していない。また、直前の所定サイクルの移動平均値と比較しているため、直前の所定サイクルのデータが必要であり、判定結果を出力するまでに複数サイクルの経過時間が必要になりエンジン停止までに時間を要するため、複数シリンダが同時に失火した場合のように短時間で失火判定をしてエンジン停止が必要とされる判定方法としては適さないものである。
また、特許文献２の失火判定は、筒内圧力の筒内最高圧力比（ΔＰｐ／ΔＰ０）を基に失火を判定しているが、前記特許文献１と同様に特定の単一シリンダでの失火判定であり複数シリンダが同時失火状態であることを判定することまでは開示していない。また、誤判定の防止のために失火が数サイクル連続した場合に、当該失火発生シリンダの燃料噴射を遮断せしめるためエンジン停止までに時間を要し、複数シリンダが同時に失火した場合のような短時間での同時失火の判定と危急停止を行う判定方法としては適さないものである。
そこで、本発明はこのような課題に鑑みてなされたものであり、ガスエンジンにおいて、１サイクル中に発生する複数シリンダの同時失火を正確に判定して、燃料ガスの供給を停止して、未燃の燃料ガスの排気系統への流入を最小限に抑えて排気通路内での燃焼を防止することを目的とする。
前記目的を達成するため、ガスエンジンの制御装置にかかる発明は、燃料ガスと空気とを混合しエンジンの燃焼室内にて燃焼せしめるように構成されたガスエンジンの制御装置において、前記燃焼室内における筒内圧力を検出する筒内圧力検出器と、前記エンジンのクランク角度を検出するクランク角検出器と、を設け、前記クランク角検出器から入力されるクランク角検出値に基づき複数シリンダからなるエンジンの１燃焼サイクルのクランク角期間を検出するサイクル検出手段と、前記筒内圧力検出器から入力される筒内圧力検出値に基づき、燃焼室内における失火を検出する失火検出手段と、前記サイクル検出手段で検出されたエンジンの１燃焼サイクルのクランク角期間内における前記失火検出手段によって失火を検出したシリンダの総数をカウントし、前記１燃焼サイクル内の総数が予め設定された閾値シリンダ数以上のときに複数シリンダが同時失火であると判定する同時失火判定手段と、該同時失火判定手段によって１燃焼サイクル中に複数シリンダが同時に失火していると判定したとき全てのシリンダへの燃料ガスの供給を遮断する燃料ガス遮断手段と、を備え、前記同時失火判定手段の閾値シリンダ数は複数シリンダの同時失火を判定した後の一定サイクル後に排気通路内の燃料ガス濃度が可燃域に達する最小シリンダ数であることを特徴とする。
かかる発明によれば、複数シリンダからなるガスエンジンの１燃焼サイクルのクランク角期間内に閾値シリンダ数以上のシリンダで失火を検出した場合に、複数シリンダの同時失火が発生していると判定することで、同時失火を正確に判定でき、全シリンダへの燃料ガスの供給を停止する危急停止を行うことができる。
その結果、未燃の燃料ガスが排気通路に集中的に流入して、短時間に排気通路において燃料ガス濃度が高まり可燃域することを防止でき、排気通路内での燃焼の危険性を防止できる。
また、本装置発明は、前記同時失火判定手段の閾値シリンダ数は複数シリンダの同時失火を判定した後の一定サイクル後に排気通路内の燃料ガス濃度が可燃域に達する最小シリンダ数であることを特徴としている。
このように閾値シリンダ数を設定することによって、複数シリンダの同時失火状態において排気通路内での未燃燃料ガスの燃焼が確実に防止される。
なお、「一定サイクル後」の一定サイクルとは、同時失火を判定し、その判定後に実際に燃料ガスが遮断されるまでの時間遅れに相当する燃焼サイクル数を意味している。つまり、同時失火が発生したと判定してから、ガス供給コントローラ（燃料ガス遮断手段）に指令を発し各シリンダに設けられているガス供給電磁弁が全て遮断してエンジン停止状態になるまでの時間を意味する。
また、排気通路内の燃料ガス濃度が可燃域に達する最小シリンダ数とは、図６に示すように、予め試験によって、失火シリンダ数と前記一定サイクル後の排気通路内の燃料ガス濃度との関係を求めておき、その関係を基に閾値となる最小シリンダ数を設定する。炭化水素系の燃料ガス（メタン、エタン、ブタン、プロパン等）の場合には、濃度が略５〜１５％になると可燃領域になり排気通路内で排気温度によって自己着火を生じるおそれがあるため、５％以上にならないような最小シリンダ数として設定するとよい。
また、本装置発明において好ましくは、前記エンジンがＶ型エンジンの場合は、前記同時失火判定手段の閾値シリンダ数は片バンクのシリンダ数であるとよい。
このように閾値シリンダ数を設定することによって、例えば電気配線の断線や、電気コネクターの接続不良等のトラブルによって片バンク側だけのガス供給電磁弁のみが非作動状態の場合には、排気通路内の燃料ガス濃度が可燃域に達する場合が多いため、このような場合においても、燃料ガスの供給を停止して危急停止を行うことで、排気通路内での燃料ガスの燃焼の危険性を防止できる。
また、本装置発明において好ましくは、前記ガスエンジンが発電機を駆動するエンジンであり、発電機が所定の運転領域の運転状態の場合には前記同時失火判定手段の判定結果を採用しないようにする。
このように構成することで、発電機の運転状態によっては、つまり無負荷運転領域や低負荷運転領域や負荷遮断時には、一時的に複数シリンダを同時失火状態に制御するため、発電機の運転状態に応じて制御される失火と区別できる。これによって、本発明の複数シリンダの同時失火時の制御の信頼性が向上する。
また、ガスエンジンの制御方法にかかる発明は、燃料ガスと空気とを混合しエンジンの燃焼室内にて燃焼せしめるように構成されたガスエンジンの制御方法において、クランク角検出器から入力されるクランク角検出値に基づき複数シリンダからなるエンジンの１燃焼サイクルのクランク角期間を検出するステップと、筒内圧力検出器から入力される筒内圧力検出値に基づき、燃焼室内における失火を検出するステップと、前記１燃焼サイクルのクランク角期間内において失火を検出したシリンダ数をカウントするステップと、カウントの総数が予め設定された閾値シリンダ数以上のときに複数シリンダが同時失火していると判定するステップと、１燃焼サイクル中に複数シリンダが同時に失火していると判定したとき全てのシリンダへの燃料ガスの供給を遮断するステップと、を備え、前記同時失火の判定における閾値シリンダ数は複数シリンダの同時失火を判定した後の一定サイクル後に排気通路内の燃料ガス濃度が可燃域に達する最小シリンダ数であることを特徴とする。
かかる発明によれば、複数シリンダからなるガスエンジンの１燃焼サイクルのクランク角期間内に失火したシリンダ数をカウントして総数が閾値シリンダ数以上の場合には、複数シリンダが同時失火していると判定することで、同時失火を正確に判定でき、全シリンダへの燃料ガスの供給を停止して危急停止を行うことができる。
その結果、未燃ガスが排気通路に集中的に流入して、短時間に排気通路において燃料ガス濃度が高まり可燃域することを防止でき、排気通路内での燃焼の危険性を防止できる。
また、本方法発明は、前記同時失火の判定における閾値シリンダ数は複数シリンダの同時失火を判定した後の一定サイクル後に排気通路内の燃料ガス濃度が可燃域に達する最小シリンダ数であることを特徴としている。
このように閾値シリンダ数を設定することによって、複数シリンダの同時失火状態において排気通路内での未燃燃料ガスの燃焼が確実に防止される。
また、本方法発明において好ましくは、前記１燃焼サイクルにおける各シリンダの失火検出は着火順序毎に筒内圧力検出器から入力される筒内圧力検出値に基づき行うと共に、複数シリンダの同時失火の判定は１燃焼サイクル毎に判定するとよい。
このように、１燃焼サイクル毎に複数シリンダの同時失火が判定されて、その結果によってエンジンの危急停止がなされるため、短時間に判定されて排気通路内での未燃燃料ガスの燃焼を迅速に防止できる。
本装置発明および方法発明によれば、燃料ガスと空気とを混合しエンジンの燃焼室内にて燃焼せしめるように構成されたガスエンジンにおいて、１サイクル中に発生する複数シリンダの同時失火を正確に判定して、燃料ガスの供給を停止して、未燃の燃料ガスの排気系統への流入を最小限に抑えて排気通路内燃焼を防止することができる。
本発明にかかるガスエンジンの制御装置の全体構成図である。 ガスエンジンの制御装置の全体構成の詳細を示す構成図である。 制御装置のフローチャートである。 ４気筒を例に筒内圧力波形の燃焼行程のみを示したイメージ図であり、シリンダ毎の個別失火判定の説明図を示す。 本発明にかかる同時失火判定の図４に対応するイメージ図である。 失火シリンダ数に対する排気通路内燃料ガス濃度を示す特性図である。 制御装置の他の実施形態を示す構成図である。
以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。
但し、この実施形態に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
図１を参照して、本発明にかかるガスエンジンの制御装置の全体構成について説明する。
本実施形態では、一例として排気ターボ過給機（以下過給機という）１を備えたガスエンジン３の制御装置について説明するが、過給機１を備えないガスエンジンにも適用可能であり、また、駆動対象は図示するように発電機５が好ましいが、発電機以外の場合にも適用可能である。
ガスエンジン（以下エンジンという）３は４サイクルのガスエンジンからなり、４つのシリンダ７を備えた４シリンダの場合を示す。
過給機１はシリンダ７の排気ポートから排気通路９を通って導入される排ガスによって駆動されるタービン１ａ及び該タービン１ａと同軸の空気圧縮用のコンプレッサ１ｂよりなり、タービン１ａの排気出口には排気出口管１１が接続されている。
前記過給機１におけるコンプレッサ１ｂの給気（空気）出口と各シリンダ７とを接続する給気通路１３は途中で分岐して各シリンダ７に接続されている。該給気通路１３の途中には、コンプレッサ１ｂの出口からの給気を冷却する空気冷却器１５が設けられている。
また、給気通路１３の各シリンダ７の入口側にはシリンダ７毎に主室用ガス供給電磁弁１７が配設され、燃料ガスが、その供給源（図示省略）から燃料供給主管１９によって供給されるようになっている。そして、該燃料供給主管１９からシリンダ７毎に分岐して前記各主室用ガス供給電磁弁１７に接続される燃料供給管２１には、その開度により主燃焼室３７への燃料供給量を調整する燃料流量調整弁２５が設けられている。
また、前記燃料供給主管１９上には、シリンダ７へ供給される燃料ガスを所定の圧力に調圧するレギュレータ（図示略）が配設されている。さらに、前記燃料供給主管１９における燃料ガスの遮断弁２７が設置されている。
燃料ガス流量、給気流量等の演算および制御は制御装置３３で行われており、発電機５の出力（回転数、負荷）に応じて燃料流量調整弁２５が調整されるようになっている。
さらに、図２示すように、ピストン３４の上面とシリンダヘッド３５の下面との間には主燃焼室３７が形成されるとともに、シリンダヘッド３５には主燃焼室３７への混合気の流入および排出を行う給気弁３９および排気弁４１が設けられている。
また、シリンダヘッド３５には着火装置としての副燃焼室４３が設けられ、副燃焼室４３の噴口４５は主燃焼室３７の中央部に位置するように配置されている。この副燃焼室４３には、副室用ガス供給電磁弁４７を介して燃料ガスが供給され、さらに、副燃焼室４３内には、副燃焼室４３内に供給された燃料ガスを着火するために点火コイル４９が装着された点火プラグ５１が取り付けられている。
副燃焼室４３内に供給された燃料ガスに点火プラグ５１に着火制御手段５３からの点火信号によって点火すると、副燃焼室４３内の燃料ガスが着火して、着火火炎が副燃焼室４３の噴口４５から主燃焼室３７内に噴射して、主燃焼室３７内に給気弁３９から流入した燃料ガスと空気との混合ガスを燃焼させる。これによって、希薄な混合ガスに対しても確実に着火して燃焼させることができる。
また、図２に示すように、過給機１のタービン１ａには排気をバイパスして過給量を調整する排気バスパス弁５５が設けられている。さらに、空気冷却器１５には、冷却水をバイパスして冷却能力を調整する給気温度調整弁５７が設けられている。
なお、本実施形態においては着火装置として、点火プラグ５１を用いる火花着火方式のガスエンジンについて示したが、副燃焼室４３に燃料噴射弁を設けて、該燃料噴射弁から副燃焼室の内部に形成された空気流中に軽油等の液体燃料を噴射して該液体燃料を着火燃焼せしめ、この着火火炎を噴口４５から、主燃焼室３７内に導入された燃料ガスと空気との混合ガス中に噴出せしめることにより該混合ガスを燃焼せしめる、所謂副室パイロット着火方式としてもよい。
以上の構成からなるエンジン３において、エンジン３からの排ガスは排気通路９を経て過給機１のタービン１ａを駆動し、排気出口管１１から排気浄化装置等に排出される。該タービン１ａの同軸駆動されるコンプレッサ１ｂにより加圧された給気（空気）は、前記空気冷却器１５にて冷却、降温され給気通路１３を通って各シリンダ７の主室用ガス供給電磁弁１７を介して主燃焼室３７に導入される。また、燃料供給主管１９からの燃料は各シリンダ７の燃料供給管２１に分岐されて前記主室用ガス供給電磁弁１７へ導入される。そして該主室用ガス供給電磁弁１７において前記給気と燃料とが混合せしめられて混合ガスとなって各シリンダ７の主燃焼室３７に供給され、燃焼に供される。
一方、前述のように副室用ガス供給電磁弁４７を介して副燃焼室４３内に供給された燃料ガスに対して、着火制御手段５３からの所定の点火タイミングの信号によって点火プラグ５１が点火して着火され、この着火した火炎が副燃焼室４３の噴口４５から主燃焼室３７内に噴射する。これによって、主燃焼室３７内に給気弁３９を介して流入した混合ガスが燃焼される。
次に、制御装置３３について、主に図１、２を参照して説明する。
制御装置３３は、図２に示すように、各シリンダ７の主燃焼室３７内の筒内圧力を検出する筒内圧力検出器５９からの信号を基に、主燃焼室３７内における燃焼状態を診断する燃焼診断装置６１と、燃料ガスの供給および遮断、さらには供給量を制御するガス供給コントローラ６３と、副燃焼室４３内の着火を制御する着火制御手段５３と、各シリンダ７の燃焼診断結果に応じて、すなわち各シリンダ７の失火の診断結果信号Ｍ１や失火以外のノッキング等の異常燃焼の診断結果信号Ｍ２に基づいて各シリンダ７に対する運転指令を出力するエンジンコントローラ６５と、を有して構成されている。
この燃焼診断装置６１は、サイクル検出手段６７と、失火検出手段６９と、個別シリンダ失火判定手段７１と、同時失火判定手段７３とを主に備えている。
サイクル検出手段６７は、クランク軸またはカム軸に設けられたクランク角検出器７５から入力されるクランク角検出信号に基づき複数シリンダからなるエンジン３の１燃焼サイクルのクランク角期間を示すパルス信号を検出する。４サイクルエンジンの場合には１燃焼サイクルがクランク軸の２回転（７２０度）ごとの信号として検出されるようになっている（図５の１燃焼サイクルのパルス信号参照）。
失火検出手段６９は、筒内圧力検出器５９から入力される筒内圧力検出値とクランク角検出器７５から入力されるクランク角検出値とに基づいて、エンジン運転中において大気状態等の外部条件による変動が小さい給気圧力を含む圧縮始め以前の基準圧力Ｐｂと筒内圧力の検出値Ｐを検出する。そして、基準圧力Ｐｂと筒内圧力の検出値Ｐとを基に、その差圧ΔＰ（ΔＰ＝Ｐ−Ｐｂ）をベースとした筒内圧力比ΔＰ／ΔＰ０を算出し、該筒内圧力比ΔＰ／ΔＰ０用いて失火状態にあるか否かを判定して、失火を検出する。
ここで、差圧ΔＰ０は、圧縮行程における特定のクランク角における筒内圧力Ｐ０と基準圧力Ｐｂとの差圧ΔＰ０（ΔＰ０＝Ｐ０−Ｐｂ）である。
具体的には、特定のタイミングでの圧力ＰＰと基準圧力Ｐｂとの差圧ΔＰＰ（ΔＰＰ＝ＰＰ−Ｐｂ）を用いて圧力比ΔＰＰ／ΔＰ０が、予め試験等で確認して設定された失火の圧力比の最小値すなわち許容最小圧力比Ｐｎ以下（ΔＰＰ／ΔＰ０≦Ｐｎ）になったとき、主燃焼室３７内に失火が発生していると判定する。この失火判定は多気筒を着火順に従ってシリンダ７毎、筒内圧力検出値を基に行う。
なお、圧力比ΔＰＰ／ΔＰ０を用いる手法は一例であり、単に筒内圧力差ΔＰＰ（ΔＰＰ＝ＰＰ−Ｐｂ）を用いて判定してもよい。
個別シリンダ失火判定手段７１は、前記失火検出手段６９による失火判定の結果が、誤判定防止のため同一シリンダ７で連続して所定回数に達した場合に、当該シリンダ７において失火が発生していると判定し、エンジンコントローラ６５へ当該シリンダ７の失火の診断結果信号Ｍ１を出力する。そして、シリンダ７毎に個別にガス供給コントローラ６３へ燃料ガスの供給停止等の制御信号を出力するようになっている。
同時失火判定手段７３は、前記失火検出手段６９によって失火を検出したシリンダ数を、前記サイクル検出手段６７によって検出される１燃焼サイクルの期間内カウントし、そのカウント総数が、予め設定された閾値シリンダ数以上に達している場合には、複数シリンダが同時失火を起こしていると判定し、危急停止信号Ｍ３をリレー回路７５へ出力する。
図４に、前記個別シリンダ失火判定手段７１による判定イメージを示す。筒内圧力波形の燃焼行程のみを示したイメージ図である。特定シリンダの失火発生からそのシリンダにおける失火判定までに失火を連続して検出する必要があるため燃料ガス停止までＴ０時間を要する。
図５に、前記同時失火判定手段７３による判定イメージを示す。筒内圧力波形の燃焼行程のみを示したイメージ図である。１燃焼サイクルのクランク角の期間内における失火シリンダ数をカウントしてその総数が、予め設定された閾値シリンダ数以上のときに複数シリンダが同時失火であると判定する。
複数シリンダの同時失火を判定して、同時失火の場合には全シリンダを遮断してエンジン停止させる。このため燃料ガス停止までＴ１時間であり、図４の個別シリンダ失火判定手段７１による場合よりも短時間でエンジン停止状態に達することができる。
また、同時失火判定手段７３からの危急停止信号Ｍ３はリレー回路７５へ出力されており、個別シリンダ失火判定手段７１のようにエンジンコントローラ６５への出力を介さずにガス供給コントローラ６３に指示信号が出力され、さらに燃料ガス遮断手段７７へ出力されるため、燃料ガス遮断が迅速かつ確実に行われる。
同時失火判定手段７３における予め設定された閾値シリンダ数は、複数シリンダの同時失火の判定後の一定サイクル数後（一定時間後）に排気通路９内の燃料ガス濃度が可燃域に達する最小シリンダ数に設定される。
副燃焼室４３への燃料ガスを供給する副室用ガス供給電磁弁４７や点火プラグ５１の故障等のように着火装置の不具合の場合においては、給気弁３９の開弁によって主燃焼室３７内に導入された燃料ガスと空気との混合ガスが、燃焼せずに未燃ガスとして排気通路９に流入する。このため、複数シリンダが同時に失火した場合には、短時間で排気通路９において燃料ガス濃度が高まり可燃域に達しやすく、排気通路９内での燃焼の危険性が増大し、排気通路９内で燃焼した場合には排気通路９の損傷や周囲への被害を引き起こすおそれがある。
このため、前記同時失火判定手段７３の閾値シリンダ数を前述のように複数シリンダの同時失火の判定後の一定サイクル数後（一定時間後）に排気通路９内の燃料ガス濃度が可燃域に達する最小シリンダ数に設定することによって、同時失火状態において排気通路９内での未燃燃料ガスの燃焼を防止できる。
なお、前記一定サイクル後の「一定サイクル」とは、同時失火の判定後に実際に燃料ガスが停止されるまでの時間遅れ分に相当する燃焼サイクル数を意味する。つまり、同時失火が発生したと判定してから、ガス供給コントローラ６３の燃料ガス遮断手段７７に指令を発し各シリンダ７に設けられている主室用ガス供給電磁弁１７が全て遮断してエンジン停止状態になるまでの時間を意味する。
また、排気通路９内の燃料ガス濃度が可燃域に達する最小シリンダ数は、図６に示すように、予め試験によって、失火シリンダ数と前記一定サイクル後（一定時間後）の排気通路９内の燃料ガス濃度との関係を求めておき、その関係を基に閾値となる最小シリンダ数を設定する。炭化水素系の燃料ガス（メタン、エタン、ブタン、プロパン等）の場合には、濃度が略５〜１５％になると排気通路内で排気温度によって自己着火を生じるおそれがあるため、５％以上にならないような最小シリンダ数として設定する。
図６の場合にはＶ型１８シリンダのガスエンジンの場合を示しており、５％以上になる最小シリンダ数として１４シリンダとして設定する。
また、前記閾値シリンダ数の設定の他の例として片バンクのシリンダ数である９シリンダとして設定してもよい。
このように閾値シリンダ数を片バンクのシリンダ数に設定することによって、例えば電気配線の断線や、電気コネクターの接続不良等のトラブルによって片バンク側だけの副室用ガス供給電磁弁４７や点火プラグ５１のみが非作動状態の場合においても、燃料ガスの供給を停止して危急停止を行うことで、排気通路９内での燃料ガスの燃焼の危険性を防止できる。
なお、片バンク数が図６の排気通路内燃料ガス濃度を基に設定した最小シリンダ数より大きい時には、安全サイドを採用して閾値シリンダ数とするとよい。
制御装置３３の制御手順を図３のフローチャートを参照して次に説明する。
まず、ステップＳ１、ステップＳ２では、クランク角検出器７５によってクランク角度の検出、および筒内圧力検出器５９によって各シリンダ７の主燃焼室３７内の筒内圧力を検出する。ステップＳ３で、１燃焼サイクルのパルス信号を検出する。すなわち、クランク軸またはカム軸に設けられたクランク角検出器７５から入力されるクランク角検出信号に基づき複数シリンダからなるエンジン３の１燃焼サイクルのクランク角期間（２回転７２０度）を示すパルス信号を検出する。
ステップＳ４で、特定タイミングでの圧力ＰＰと基準圧力Ｐｂとの差圧ΔＰＰ（ΔＰＰ＝ＰＰ−Ｐｂ）を用いて圧力比ΔＰＰ／ΔＰ０が、予め試験等で確認して設定された失火の圧力比の最小値すなわち許容最小圧力比Ｐｎ以下になったか否かを判定して主燃焼室３７内での失火を検出する。この失火判定は多気筒を着火順に従ってシリンダ７毎、筒内圧力検出値を基に行う。
失火を検出しない場合にはステップＳ１に戻り、失火を検出した場合にはステップＳ５に進んで、１燃焼サイクルなにおける失火シリンダ数をカウントする。そして、ステップＳ６では、そのカウント数が閾値シリンダ数以上か否かが判定される。Ｎｏの場合にはステップＳ５に戻り、Ｙｅｓの場合には複数シリンダが同時失火していると判定して、ステップＳ７で危急停止信号Ｍ３をリレー回路７５に出力して、リレー回路７５から、ガス供給コントローラ６３の燃料ガス遮断手段７７に遮断信号が出力されて全シリンダの主室用ガス供給電磁弁１７が遮断される。
なお、発電機５の運転状態によっては、つまり無負荷運転領域や低負荷運転領域や負荷遮断時には、一時的に複数シリンダ７を同時失火状態に制御するため、発電機５の運転状態に応じて制御される失火と区別する必要がある。このため、図７に示すように発電機５からの出力をリレー回路７５に、または同時失火判定手段７３に入力して、同時失火判定手段７３からの出力に対し、または同時失火判定手段７３の判定自体に制限を掛けて、発電機５の運転状態に応じて制御される失火の場合には、ガス供給コントローラ６３の燃料ガス遮断手段７７を作動させないようにするとよい。
このように制御することで、本発明が目的とする排気通路内での燃料ガスの燃焼防止のための燃料ガス遮断制御の信頼性が向上する。
以上のように本実施形態によると、複数のシリンダ７からなるエンジン３の１燃焼サイクルのクランク角期間内に閾値シリンダ数以上のシリンダで失火が判定された場合に、同時失火が発生していると判定することで、同時失火を正確に判定でき、全シリンダへの燃料ガスの供給を停止して危急停止を行うことができる。
その結果、未燃の燃料ガスが排気通路９に集中的に流入して、短時間に排気通路において燃料ガス濃度が高まり可燃域することを防止でき、排気通路９内での燃焼の危険性を防止できる。
本発明によれば、燃料ガスと空気とを混合しエンジンの燃焼室内にて燃焼せしめるように構成されたガスエンジンにおいて、１サイクル中に発生する複数シリンダの同時失火を正確に判定して、燃料ガスの供給を停止して、未燃の燃料ガスの排気系統への流入を最小限に抑えて排気通路内での燃焼を防止することができるので、発電機用のガスエンジン、その他ガスエンジンへの利用に適している。
１ 過給機
３ ガスエンジン（エンジン）
５ 発電機
７ シリンダ
９ 排気通路
１３ 給気通路
１７ 主室用ガス供給電磁弁
３３ 制御装置
３７ 主燃焼室（燃焼室）
４３ 副燃焼室
４７ 副室用ガス供給電磁弁
５１ 点火プラグ
５３ 着火制御手段
５９ 筒内圧力検出器
６１ 燃焼診断装置
６５ エンジンコントローラ
７１ 個別シリンダ失火判定手段
７５ クランク角検出器
６７ サイクル検出手段
６９ 失火検出手段
７３ 同時失火判定手段
７５ クランク角検出器
７６ リレー回路
７７ 燃料ガス遮断手段
Ｍ１ 失火の診断結果信号
Ｍ２ 失火以外の診断結果信号
Ｍ３ 危急停止信号

Claims (5)

  1. 燃料ガスと空気とを混合しエンジンの燃焼室内にて燃焼せしめるように構成されたガスエンジンの制御装置において、
    前記燃焼室内における筒内圧力を検出する筒内圧力検出器と、前記エンジンのクランク角度を検出するクランク角検出器と、を設け、
    前記クランク角検出器から入力されるクランク角検出値に基づき複数シリンダからなるエンジンの１燃焼サイクルのクランク角期間を検出するサイクル検出手段と、
    前記筒内圧力検出器から入力される筒内圧力検出値に基づき、燃焼室内における失火を検出する失火検出手段と、
    前記サイクル検出手段で検出されたエンジンの１燃焼サイクルのクランク角期間内における前記失火検出手段によって失火を検出したシリンダの総数をカウントし、該総数が予め設定された閾値シリンダ数以上のときに複数シリンダが同時失火であると判定する同時失火判定手段と、
    該同時失火判定手段によって１燃焼サイクル中に複数シリンダが同時に失火していると判定したとき全てのシリンダへの燃料ガスの供給を遮断する燃料ガス遮断手段と、を備え、
    前記同時失火判定手段の閾値シリンダ数は複数シリンダの同時失火を判定した後の一定サイクル後に排気通路内の燃料ガス濃度が可燃域に達する最小シリンダ数であることを特徴とするガスエンジンの制御装置。
  2. 前記エンジンがＶ型エンジンからなり、前記同時失火判定手段の閾値シリンダ数は片バンクのシリンダ数であることを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの制御装置。
  3. 前記ガスエンジンが発電機を駆動するエンジンであり、発電機が所定の運転領域の運転状態の場合には前記同時失火判定手段の判定結果を採用しないことを特徴とする請求項１記載のガスエンジンの制御装置。
  4. 燃料ガスと空気とを混合しエンジンの燃焼室内にて燃焼せしめるように構成されたガスエンジンの制御方法において、
    クランク角検出器から入力されるクランク角検出値に基づき複数シリンダからなるエンジンの１燃焼サイクルのクランク角期間を検出するステップと、
    筒内圧力検出器から入力される筒内圧力検出値に基づき、燃焼室内における失火を検出するステップと、
    前記１燃焼サイクルのクランク角期間内において失火を検出したシリンダ数をカウントするステップと、
    カウントの総数が予め設定された閾値シリンダ数以上のときに複数シリンダが同時失火していると判定するステップと、
    １燃焼サイクル中に複数シリンダが同時に失火していると判定したとき全てのシリンダへの燃料ガスの供給を遮断するステップと、を備え、
    前記同時失火の判定における閾値シリンダ数は複数シリンダの同時失火を判定した後の一定サイクル後に排気通路内の燃料ガス濃度が可燃域に達する最小シリンダ数であることを特徴とするガスエンジンの制御方法。
  5. 前記１燃焼サイクルにおける各シリンダの失火検出は着火順序毎に筒内圧力検出器から入力される筒内圧力検出値に基づき行うと共に、複数シリンダの同時失火の判定は１燃焼サイクル毎に判定することを特徴とする請求項４記載のガスエンジンの制御方法。
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