JP5799090B2 - 内燃エンジンの制御 - Google Patents

Description

本発明は、異常燃焼が発生した場合の内燃エンジンの制御に関する。エンジンは、エンジンの停止又はエンジンの出力規制運転を実行するために、燃料の遮断を含む燃料の調節を通じた段階的なまたは連続的な燃焼状態の修正をすることができ、本発明はまた、異常燃焼が発生した場合の内燃エンジンを制御するための装置に関する。

内燃エンジンに関して、ヘビーノックおよび失火等、エンジンの極端な動作点を避けることが非常に重要である。ヘビーノックは、機械構成部品の全面破壊に潜在的につながる過度な大きさの急速な圧力振動を引き起こす。シリンダ失火はさらにエミッションを著しく増加させるとともに潜在的に触媒に有害である。加えて、ガスエンジンに関して、そうしなければガスが排気ガスパイプに流れて爆発するので、失火しているシリンダへの燃料供給を遮断することは非常に重要である。

発電用多気筒ガスエンジンまたは多気筒ディーゼルエンジンは、例えば、ヘビーノック等、異常燃焼が１つまたは複数のシリンダで発生するとき、エンジンを停止するための制御部を搭載する。

従来の内燃エンジンでは、連続的なヘビーノックが通常の運転状態においてシリンダの１つで発生したとき、ヘビーノックの検出の時点から所定時間経過した後にエンジンを停止するように、全てのシリンダへの燃料の供給が遮断される。エンジンは、エンジンを保護するためにヘビーノックの発生の検出後に単に停止するだけである。

特許文献１は、ノッキングが検出されたときの燃料パラメータの制御によるノッキングの抑制にかかわらず、ノッキングが所定期間に亘って継続するとき、プレイグニッションの発生としてノッキングを検出すること、および対応するシリンダの出力を減らすことによって、プレイグニッションを防止するための解決方法を開示する。特許文献１では、異常燃焼が発生した場合のエンジンの燃料遮断操作のための詳細な制御に関して、考慮がなされていない。

特許文献２は、異常燃焼中のエンジンの運転方法を開示し、ここでのエンジンの運転制御は、ヘビーノックの発生の検出後直ちにエンジンを停止することなく、ヘビーノック発生シリンダへの燃料供給の停止後に適切に実行され得る。特許文献２では、異常燃焼が発生した場合のエンジンの燃料遮断操作のための詳細な制御に関して、考慮がなされていない。

特開平１１−９３７５７号 国際公開第２００８０３８８２７号

本発明の目的は、従来技術の問題を低減することである。

この目的は、独立請求項に提示されたように達成される。

内燃エンジンでの連続的なヘビーノックまたは失火等、潜在的に危険な状況のための方法および制御装置が開示される。シリンダの１つへの主燃料の遮断は、シリンダ圧、シリンダノックおよびガス温度等の測定値に基づいて実行される。

１つの実施形態は、複数のシリンダおよび、シリンダ内に異常燃焼が発生した場合に、燃料の遮断を含む、燃料調整を通じて各シリンダの燃焼状態を調整するエンジンコントローラを備える内燃エンジンを運転する制御方法を開示する。方法は、主燃料の遮断が行われている、規制された噴射状態におけるシリンダの排出ガス温度を測定することを含む。測定された排出ガス温度が規制された噴射状態におけるシリンダに対して予め定められた温度範囲内にある場合、主燃料噴射は、規制された噴射状態のシリンダに対して回復される。このシリンダの燃焼状態が決定され、このシリンダの燃焼状態が規制された噴射状態に対して決定される燃焼状態の値を満たさない場合、主燃料噴射を遮断する。

本発明の１つの態様によれば、燃焼状態の値は、排出ガス温度を測定することによって規制された噴射状態に対して決定される。

本発明の１つの態様によれば、測定された排出ガス温度が、規制された噴射状態に対して予め定められた期間に対する温度範囲内にある場合に、主燃料噴射の回復は実行される。

本発明の１つの態様によれば、規制された噴射状態に対して予め定められた期間は、回復主燃料噴射の試行回数に依存する。

本発明の１つの態様によれば、回復主燃料噴射の試行回数は限定される。

第２の実施形態は、複数のシリンダおよび、シリンダ内に異常燃焼が発生した場合に、燃料の遮断を含む、燃料調整を通じて各シリンダの燃焼状態を調整するエンジンコントローラを備える内燃エンジンを運転する制御方法を開示する。この実施形態は、液体パイロット燃料を使用する内燃エンジンを運転することに適用可能であり、このエンジンは、複数のシリンダおよび、シリンダ内に異常燃焼が発生した場合に、燃料の遮断を含む、燃料調整を通じて各シリンダの燃焼状態を調整するエンジンコントローラを有する。シリンダ内に異常燃焼が発生した場合、燃料噴射は、このシリンダのパイロットインジェクタによって噴射されるパイロット燃料を伴って部分的に稼働中に保たれる。第２の実施形態は、本発明の第１の実施形態と独立にまたは本発明の第１の実施形態と共に適用可能である。

第２の実施形態の第１の態様によれば、主燃料の遮断がされたシリンダの燃焼状態が検出されるとともに、パイロット噴射によって噴射された燃料の量に対して予め定められた燃焼状態と比較される。

第２の実施形態の第１の態様によれば、主燃料の遮断がされたシリンダに噴射されたパイロット燃料の量は増加される。

以下では、本発明が添付の図面を参照してより詳しく記載される。

図１は、内燃エンジンおよび燃料調整を通じて各シリンダの燃焼状態を調整するエンジンコントローラの例を示す。 図２は、１つのシリンダの燃焼状態が調整されている、内燃エンジンおよび燃料調整を通じて各シリンダの燃焼状態を調整するエンジンコントローラの例を示す。 図３は、燃料調整の必要性を決定するためのステップを示す実施形態のフローチャートである。 図４は、燃料調整から回復するためのステップを示すフローチャートである。 図５は、燃料調整の必要性を決定するためのステップを示す第２の実施形態のフローチャートである。 図６は、燃料調整から回復するためのステップを示すフローチャートである。

図１の内燃エンジン２は複数のシリンダ３、ここでは４つを有する。制御装置１０は、制御信号２１、２２とともにエンジン２に供給される燃料の量を調整する。制御信号２１は点火装置またはパイロット燃料インジェクタを制御する。主燃料制御信号２２は主燃料アクチュエータ３２を制御する。

燃料噴射の停止は測定値に基づいて作動される。制御装置１０はシリンダ３に関係する測定データを受信する。参照番号４１は排出ガス温度測定値を示し、参照番号４１はシリンダ圧（圧力センサ）および／またはシリンダノック（加速度計）の測定値を示す。

図２は、シリンダの１つにシリンダ性能不足（ヘビーノックまたは全失火）が確認されているとともに調整される必要がある、いわゆる低温シリンダ運転（ｃｏｌｄ ｃｙｌｉｎｄｅｒ ｏｐｅｒａｔｉｏｎ）（ＣＣＯ）を示す。シリンダ性能不足の決定は、シリンダ方向シリンダ圧、シリンダノック（加速度計）および／または排出ガス温度の測定値４１、４２に基づく。シリンダ３の１つへの燃料噴射は、それぞれの主燃料アクチュエータ３２を用いて規制される。

第２の実施形態（図５および６）によれば、燃料噴射は、パイロットノズルによって噴射される燃料を伴って部分的に稼働中に保たれる。パイロット燃料噴射は、ＣＣＯにもかかわらず、制御されているシリンダ内の部分的な燃焼を維持するために、稼働中に保たれる。これは、特にガスのモードにおいて、ソレノイドバルブ故障中に過剰な量の燃料が排出ガスパイプシステムに流れることを防ぐ利点を有する。

図３はＣＣＯ状態の必要性を決定するためのステップを示す。ステップ１１０で測定されるエンジンパラメータは、例えば、シリンダ方向シリンダ圧、シリンダノック値および排出ガス温度であり得る。

測定されるエンジンパラメータは、このシリンダの燃焼状態を決定するために、ステップ１２０で分析される。シリンダ３での異常燃焼、すなわちシリンダ性能不足の発生は、１つまたはいくつかの測定値を分析することによっておよび得られる値を所定の閾値と比較する（ステップ１３０）ことによって決定され得る。シリンダ３での異常燃焼の発生が検出されない場合、通常の燃料噴射（ステップ１００）が継続される。シリンダ３での異常燃焼の発生が検出された場合、通常の燃料噴射（ステップ１００）が停止され、燃料噴射はＣＣＯ状態に従って制御される。

図４は、シリンダがＣＣＯ状態に設定（図３のステップ２００）された後に実行されるステップを示す。シリンダがＣＣＯ状態に設定された後、問題になっているシリンダの排出ガス温度が測定され（ステップ２１０）、温度があるレベルより下またはある所定の範囲内であるとき、シリンダが定常状態に達したと決定される（ステップ２３０）。より好ましくは、測定された温度が時間範囲ｔ_１に対する与えられた標準偏差または分散に達する場合に、ＣＣＯシリンダの定常状態が決定される。

燃料噴射は覚醒手順（ステップ３００）によって再開される。燃焼プロセスが与えられた時間期間ｔ_２の間に起こったことを示す排出ガス温度、シリンダ圧または他の信号に変化が検出されない場合、シリンダは、排出ガスシステムへの燃料の過剰な漏出を防ぐためにＣＣＯ状態に再び設定される。

排出ガス温度が覚醒試行中に与えられた温度の量ｔ_２の間に増加する場合、覚醒動作は成功と定められるとともにシリンダは通常の状態（ステップ１００）に設定される。

ＣＣＯ状態での規制された噴射のために予め定められた期間（ステップ３３０）は、回復主燃料噴射の試行回数に依存する。回復主燃料噴射の試行回数は制限される（ステップ３２０）。これは、最初の試行がむしろＣＣＯ状態の直後になり得るとともに、さらなる試行との間の時間が延長され得る、そして試行の数が制限され得るという点で利点を有する。

図５は、パイロット噴射を伴うＣＣＯの必要性を決定するためのステップを示す。ステップ１１０で測定されるエンジンパラメータは、例えば、シリンダ方向シリンダ圧、シリンダノック値および排出ガス温度であり得る。

測定されるエンジンパラメータは、このシリンダの燃焼状態を決定するために、ステップ１２０で分析される。シリンダ３での異常燃焼、すなわちシリンダ性能不足の発生は、１つまたはいくつかの測定値を分析することによっておよび得られる値を所定の閾値と比較する（ステップ１３０）ことによって決定され得る。シリンダ３での異常燃焼の発生が検出されない場合、通常の燃料噴射（ステップ１００）が継続される。シリンダ３での異常燃焼の発生が検出された場合、通常の燃料噴射（ステップ１００）が停止され、燃料噴射はパイロット噴射を伴うＣＣＯに従って制御される。

図６は、シリンダがパイロット噴射を伴うＣＣＯ状態に設定（図５のステップ２００）された後に実行されるステップを示す。シリンダがＣＣＯ状態に設定された後、問題になっているシリンダの排出ガス温度が測定され（ステップ２１０）、温度があるレベルより下またはある所定の範囲内であるとき、シリンダが定常状態に達したと決定される（ステップ２３０）。より好ましくは、測定された温度が時間範囲ｔ_１に対する与えられた標準偏差または分散に達する場合に、パイロット噴射を伴うＣＣＯシリンダの定常状態が決定される。

燃料噴射は覚醒手順（ステップ３００）によって再開される。燃焼プロセスが与えられた時間期間ｔ_２の間に起こったことを示す排出ガス温度、シリンダ圧または他の信号に変化が検出されない場合、シリンダは、排出ガスシステムへの燃料の過剰な漏出を防ぐためにパイロット噴射を伴うＣＣＯ状態に再び設定される。

排出ガス温度が覚醒試行中に与えられた温度の量ｔ_２の間に増加する場合、覚醒動作は成功と定められるとともにシリンダは通常の状態（ステップ１００）に設定される。

パイロット噴射を伴うＣＣＯ状態での規制された噴射のために予め定められた期間（ステップ３３０）は、回復主燃料噴射の試行回数に依存する。回復主燃料噴射の試行回数は制限される（ステップ３２０）。これは、最初の試行がむしろパイロット噴射を伴うＣＣＯ状態の直後になり得るとともに、さらなる試行との間の時間が延長され得る、そして試行の数が制限され得るという点で利点を有する。

主燃料の遮断がされたシリンダの燃焼状態が検出される１１０とともに、パイロットノズルによって噴射された燃料の量に対して予め定められた燃焼状態と比較される１３０。このように、このような量のパイロット燃料の効果が予め定められ得るとともにもたらされる効果が比較され得る。したがって、主要な燃料の燃焼が識別され得るので、主要な主燃料噴射の閉鎖の成功が増大した確実性をもって決定され得る。

主燃料の遮断がされたシリンダ３に噴射されたパイロット燃料の量も増加され得る。パイロット燃料の量は制御装置によって変化され得る。より多くのパイロット燃料は、より効果があるとともにより確実なＣＣＯシリンダ出力の決定を意味する。このような増加された量の効果はまた決定され得るとともに効果において得られる結果は比較され得る。

本発明の実施形態が様々な異なる解決方法を用いて作り出され得ることは、上述の記載および例から明白である。本発明が上述の例に限定されるものではなく多くの他の異なる実施形態で実施され得ることは明らかである。したがって、いかなる発明の実施形態も、発明の発想の範囲内で実施され得る。

Claims (5)

1. 複数のシリンダと、エンジンコントローラと、を備える内燃エンジンを運転する方法であって：
   − 前記エンジンコントローラによって、前記シリンダ内に異常燃焼が発生した場合に、パイロット燃料噴射及び主燃料噴射の遮断を含む、燃料調整を通じて各前記シリンダの燃焼状態を調整するステップと；
   −前記パイロット燃料噴射及び前記主燃料噴射の遮断が行われている、規制された噴射状態にある前記シリンダの排出ガス温度を測定するステップと；
   −測定された前記排出ガス温度が前記規制された噴射状態における前記シリンダに対して予め定められた温度範囲内にある場合、前記主燃料噴射を、前記規制された噴射状態の前記シリンダに対して回復するステップと；
   −前記主燃料噴射が回復された前記シリンダの燃焼状態を測定するステップと；
   −前記主燃料噴射が回復された前記シリンダの燃焼状態が前記規制された噴射状態に対して決定される燃焼状態の値を満たさない場合、前記主燃料噴射を遮断するステップと；を有する、
   方法。
2. 前記規制された噴射状態に対して決定される前記燃焼状態の値は、前記排出ガス温度の測定を含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記測定された排出ガス温度が、前記規制された噴射状態に対して予め定められた期間に対する温度範囲内にある場合に、前記主燃料噴射の前記回復が実行される、
   請求項２に記載の方法。
4. 前記規制された噴射状態に対して予め定められた前記期間は、回復主燃料噴射の試行回数に依存する、
   請求項３に記載の方法。
5. 前記回復主燃料噴射の前記試行回数は限定される、
   請求項４に記載の方法。
   

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