JP6025640B2 - エンジンの失火時負荷制御方法およびその失火時負荷制御システム - Google Patents

Description

本発明はエンジンの失火時負荷制御方法およびその失火時負荷制御システムに関し、特には、例えば多シリンダディーゼルエンジン、ガスエンジン等において、シリンダの失火を検出し、失火の検出結果に基づきエンジンの出力制限運転を行なうエンジンの失火時負荷制御方法およびその失火時負荷制御システムに関するものである。

例えば、発電用の多シリンダディーゼルエンジンまたは多シリンダガスエンジンにおいては、１シリンダまたは複数シリンダに失火が発生した場合には、エンジンの安定運転を継続させるため、失火検出手段により失火が検出されると同時に、エンジン出力を安定運転が可能な出力まで下げるようになっている。
すなわち、従来の多シリンダエンジンにおいては、全シリンダが正常運転状態にあって１００％出力にて運転しているとき、２シリンダに失火が発生した場合には、運転出力レベルを５０％出力（１シリンダの場合は９０％出力）に落として、エンジンの安定運転を図っている。

ところで、１、２シリンダに失火が発生すると、エンジンのクランク軸の捩り応答振幅が変化し、この捩り応答振幅の変化態様は失火シリンダによって異なる等によって、失火発生シリンダによって失火によるエンジンの許容最大負荷が異なる。
したがって、失火発生時においてエンジンの運転出力を適正なものとするためには、クランク軸の捩り応答振幅の評価、検討は重要である。

捩り振動に対する評価、検討については、これまで以下のように、種々、提供されている。
例えば非特許文献１において、捩り振動は回転軸系であるクランク軸に備わる回転重量により起こるとされ、軸の強さ及び回転重量の分布状況により、ある一定の固有振動数がある（Ｈｏｌｚｅｒ法）。
例えば、軸にＮ個の回転重量が備わる場合に、１節、２節、３節、……（Ｎ−１）節の（Ｎ−１）個の固有振動数が存在する。ここで１節とは振動の節点が１個ある場合をいい、ｘ節とは節点がｘ個あることを意味する。
捩り振動を発生させる起振力のサイクル数がこのｘ節の固有振動数と一致する場合には、共振により、捩り振動が発生する。

起振力は、エンジンのトルク曲線をハーモニック分析器により、正弦波ベクトルに分析した場合に、この分力ベクトルによって起こる。したがって、捩り振動は、振動の節点の数ｘと起振力となるハーモニックの分力ベクトルの次数ｙとの組み合わせで、ｘ節ｙ次の捩り振動となって現れる。

一般に、トルクＴと捩り角θとの関係を、一端を固定する固定端に長さＬの軸を挙げて説明すると、節点は固定端として、次式が成り立つ。
θ＝Ｔ・Ｌ／Ｇ・Ｉｐ……（１）
ただし、Ｔ：自由端に加わるトルク、Ｇ：材料の横弾性係数、Ｉｐ：軸心に対する断面２次極モーメント。
上述の式から、捩り角は振動の振幅に比例する。軸系の各点において、ハーモニック分力のベクトルＡ_ｙにより軸が捩れる量はＴＬに比例する。したがって、各シリンダのハーモニック・ベクトルＡ_ｙにこの節点よりこのシリンダまでの距離を乗じたものが合計された軸の捩り角に比例する。すなわち、
ΣＡ_ｙ×Ｌの大きさは捩り振動の振幅に比例する。

ここで、各ベクトルＡ_ｙは、各シリンダ間に位相を持っているので、ΣＡ_ｙ×Ｌは、ＴＬベクトル線図による図式解法により計算することができる。
ＴＬベクトルは、多シリンダエンジンにおける着火順序により異なる。すなわち、エンジンのクランク配列および着火順序を変更すると、ＴＬ合計ベクトルの比大きさＣ_ＴＬは著しく異なったものとなる。

１シリンダにより生ずる回転力トルクＴをハーモニック分析した結果によれば、ハーモニック分力Ａ_ｙの数値は次数ｙにより異なり、この比大きさをＣ_Ａとすると、振動の起振力Ｃ_ｖは、
Ｃ_ｖ＝Ｃ_Ａ×Ｃ_ＴＬ
このＣ_ｖに比例して、捩り振動の振幅が定まる。このＣ_ｖを計算していけば、捩り振動の各次数に対して現れるべき振動の大きさが予測できる。

以上のことから、軸系に現れるべき捩り振動の予測に基づいて有利な着火順序およびクランク配列をする必要があることがわかる。着火順序およびクランク配列はエンジンのバランシングに大きな関係があるため、捩り振動の予測とバランシングの双方を勘案して、最も有利なクランク配列および着火順序を定めるべきであるとしている。

また、非特許文献２においては、５翼プロペラ６シリンダ機関の失火時捩り振動について、以下のような検討がなされている。
ここでは、捩り振動応答計算における解法のうち、トルクハーモニクス次数の共振回転数における振動並びに捩り振動応力を評価するため、定常振動解法を適用したシミュレーション計算法を用いて、失火時の捩り振動特性ならびに機関起振力とプロペラ起振力の相互作用について具体例を通し、評価が試みられている。以下、途中経過は省略し、検討結果のみを示す。

例えば６シリンダ機関が１気筒失火すると、４、５、６次のトルクハーモニクスが大きくなる。このことにより、正常着火においては捩り振動応力の小さかった４、５次成分が大きくなる。特に４次成分の捩り振動応力の増加が著しく、場合によっては既定の許容応力曲線を上回るおそれがある。

そこで、本出願人は、特許文献１に、１シリンダまたは複数シリンダに失火が発生した場合に、失火発生時におけるエンジンへの許容最大負荷を失火発生シリンダ毎に適正値に設定可能として、失火発生時におけるエンジン利用率を向上し得るエンジンの失火時負荷制御方法およびその失火時負荷制御システムを開示している。

また本出願人は、特許文献２に、失火発生時におけるエンジンの利用率低下を抑制するとともに、エンジンの燃料消費率の悪化に伴うエンジン発電プラントの効率低下を抑制する方法・装置を提案している。
すなわち、ここでは、複数シリンダのエンジンの失火の検出結果に基づきエンジンの出力制限運転を行なう手段であって、失火の検出信号に基づき、正常運転出力から失火発生シリンダ数に対応する失火出力分を減じた出力である第１の制限出力を算出するとともに、予め設定された失火発生シリンダと捩り振動の変化との関係に基づいて設定された出力制限値を用いて失火の検出信号に基づき第２の制限出力を算出し、第１の制限出力と第２の制限出力とを比較して最小の制限出力を算出し、該最小の制限出力を失火時許容最大出力としてエンジンを運転することを提案している。

これにより、従来のように、１〜２シリンダに失火が発生した場合においてエンジンの出力を一義的に５０％出力程度、低くするのに対し、適度な出力制限率を定めてエンジンの利用率が低下して、必要以上の低出力でエンジンを運転することができた。

「船舶軸系捩れ振動問題の解決」｛廣澤眞吾 国士舘大学工学部紀要 第７号（１９７４）｝ 「５翼プロペラ６シリンダ機関の失火時捩り振動」｛齋藤年正他２名 福井工業大学研究紀要 第３８号（２００８）｝

特開２００８−９５５１４号公報 特開２００８−２３０３号公報

そこで、本出願人は特許文献１、２の手法をさらに進めて、クランク軸の捩り振動に注目し、一部のシリンダが失火状態となった場合に、クランク軸捩り振動評価計算に基づいて、クランク軸の付加応力を求めて適度な出力制限率を定め、適正なエンジン出力に制御することでエンジンの利用率が低下しないようにする手法に至った。
本発明は以上のような背景から提案されたものであって、一部のシリンダが失火状態となった場合に、クランク軸捩り振動評価計算に基づいてクランク軸に対する付加応力を求め、付加応力に応じてエンジンの運転出力を制御することで失火時の負荷制御運転を可能とした、エンジンの失火時負荷制御方法およびその失火時負荷制御システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、請求項１にかかる本発明では、エンジンにおける複数シリンダの失火を検出し、失火の検出結果に基づきエンジンの運転出力を制御するエンジンの失火時負荷制御方法であって、失火の検出時に、クランク軸捩り振動評価計算に基づいて、クランク軸に対する付加応力を算出する第１段階と、算出されたクランク軸に対する付加応力の制限量を求める第２段階と、付加応力の制限量に基づいてエンジンの運転出力を制御する第３段階と、を具備し、前記第２段階において、前記算出されたクランク軸に対する付加応力が、前記クランク軸に対する許容応力未満であるか否かを判定し、前記算出された付加応力が前記許容応力を越えるものであるときは、前記エンジンの運転出力を所定量減ずるべく制御して前記第１段階に戻り、前記第１段階を繰り返し実行し、前記算出されたクランク軸に対する付加応力が、前記クランク軸に対する許容応力未満と判定した際には、前記クランク軸に対する付加応力の制限量を求めるようにした、ことを特徴とする。

これにより、エンジン運転においてシリンダに失火が発生すると、エンジンの動作バランスが崩れ、クランク軸の捩り振動が変化する。そこでクランク軸捩り振動評価計算を行うことで、クランク軸に対する付加応力を算出することができる。かかるクランク軸に対する付加応力の制限量を求めて、この付加応力の制限量に基づいてエンジンの運転出力を制御することで、失火時に適応した出力でエンジンを運転することができる。

また、請求項２にかかる本発明では、第１段階におけるクランク軸捩り振動評価計算は、クランク軸捩り振動起振力のベクトルサムを基に、クランク軸に対する付加応力を算出するものである、ことを特徴とする。

これにより、エンジン運転においてシリンダに失火が発生すると、クランク軸付加応力は、クランク軸捩り起振力のベクトルサムに比例することから、失火時のベクトルサムの値が正常時のクランク軸捩り起振力のベクトルサムの値との比例関係から、失火時のクランク軸の付加応力を求めることができる。

また、請求項３にかかる本発明では、第１段階におけるクランク軸捩り振動評価計算は、クランク軸の捩り角度を基に、クランク軸に対する付加応力を算出するものである、ことを特徴とする。

これにより、失火したシリンダの位置によって、発生する捩り振動起振力が異なり、その起振力に対応する振幅比から、捩り角度を求めることができる。
捩り角度がわかれば、対応する捩り振動起振力のベクトルサムからそのときのクランク軸付加応力を算出することができる。

また、請求項１にかかる本発明では、第２段階において、算出されたクランク軸に対する付加応力が、クランク軸に対する許容応力未満であるか否かを判定し、算出された付加応力が許容応力を越えるものであるときは、エンジンの運転出力を所定量減ずるべく制御して第１段階に戻り、第１段階を繰り返し実行し、算出されたクランク軸に対する付加応力が、クランク軸に対する許容応力未満と判定した際に、クランク軸に対する付加応力の制限量を求めるようにした、ことを特徴とする。

これにより、失火時の算出されたクランク軸に対する付加応力が許容応力の範囲内に収まるように、エンジンの運転出力を繰り返し所定量ずつ減少するように制御するため、必要以上にエンジンの出力を落とすことなく、エンジンの運転制御が可能である。

また、参考発明では、エンジンにおける複数シリンダの失火を検出し、該失火の検出結果に基づきエンジンの運転出力を制御するエンジンの失火時負荷制御方法であって、前記失火の検出時に、クランク軸捩り振動評価計算に基づいて、該クランク軸に対する付加応力を算出する第１段階と、該算出されたクランク軸に対する付加応力に対応する前記エンジンに対する出力制限率を求める第２段階と、前記出力制限率に基づいてエンジンの運転出力を制御する第３段階と、を具備し、前記第２段階において、算出されたクランク軸に対する付加応力と、予め定められたクランク軸付加応力に対応する出力制限率とのマップデータとに基づいて、出力制限率をもとめるようにした、ことを特徴とする。

これにより、算出されたクランク軸に対する付加応力に対応して、マップデータから、対応する出力制限率を求めることができるので、エンジンを即座に適応する制限された出力に落として運転を行うことができる。

また、請求項４にかかる本発明では、エンジンにおける複数シリンダの失火を検出し、失火の検出結果に基づきエンジンの運転出力を制御するように構成されたエンジンの失火時負荷制御システムにおいて、失火の検出時に、クランク軸捩り振動評価計算に基づいて、クランク軸に対する付加応力を算出するクランク軸付加応力算出部と、算出されたクランク軸に対する付加応力の制限量を求める付加応力制限量算出部と、付加応力制限量算出部により算出された前記付加応力の制限量に基づいてエンジンの運転出力を制御するエンジン出力負荷制御部と、を具備し、前記付加応力制限量算出部は、前記算出されたクランク軸付加応力が、前記クランク軸に対する許容応力未満であるか否かが判定され、前記算出されたクランク軸付加応力が前記許容応力を越えるものであるときは、エンジンの運転出力を所定量減ずるべく指令し、前記算出されたクランク軸付加応力が、前記クランク軸に対する許容応力未満である場合には、前記クランク軸に対する付加応力の制限量を算出することを特徴とする。

これにより、エンジン運転においてシリンダに失火が発生すると、エンジンの動作バランスが崩れ、クランク軸の捩り振動が変化する。そこでクランク軸付加応力算出部においてクランク軸捩り振動評価計算を行うことで、クランク軸に対する付加応力を算出することができる。次いで、付加応力制限量算出部において、クランク軸に対する付加応力の制限量を求めて、この付加応力の制限量に基づいてエンジン出力負荷制御部において、エンジンの運転出力を制御することで、失火時に適応した出力でエンジンを運転することができる。

また、請求項５にかかる本発明では、クランク軸付加応力算出部は、クランク軸捩り振動起振力のベクトルサムを基に、クランク軸に対する付加応力を算出するものである、ことを特徴とする。

これにより、クランク軸付加応力は、クランク軸捩り起振力のベクトルサムに比例することから、エンジン運転においてシリンダに失火が発生すると、クランク軸付加応力算出部は、失火時のベクトルサムの値が正常時のクランク軸捩り起振力のベクトルサムの値との比例関係から、失火時のクランク軸の付加応力を求めることができる。

また、請求項６にかかる本発明では、クランク軸付加応力算出部は、クランク軸の捩り角度を基に、クランク軸に対する付加応力を算出するものである、ことを特徴とする。

これにより、シリンダに失火が発生したことを検出すると、クランク軸付加応力算出部は、クランクの捩り角度を基に、クランク軸付加応力を算出することができる。

また、請求項４にかかる本発明では、付加応力制限量算出部は、算出されたクランク軸付加応力が、クランク軸に対する許容応力未満であるか否かが判定され、算出されたクランク軸付加応力が許容応力を越えるものであるときは、エンジンの運転出力を所定量減ずるべく指令し、算出されたクランク軸付加応力が、クランク軸に対する許容応力未満である場合には、クランク軸に対する付加応力の制限量を算出するようにした、ことを特徴とする。

これにより、付加応力制限量算出部は、失火時の算出されたクランク軸に対する付加応力が許容応力の範囲内に収まるように、エンジンの運転出力を繰り返し所定量ずつ減少するように制御し、クランク軸に対する付加応力が許容応力の範囲内となったときにクランク軸に対する付加応力の制限量を算出するため、必要以上にエンジンの出力を落とすことなく、エンジンの運転制御が可能である。

さらに、参考発明では、エンジンにおける複数シリンダの失火を検出し、失火の検出結果に基づきエンジンの運転出力を制御するように構成されたエンジンの失火時負荷制御システムにおいて、失火の検出時に、クランク軸捩り振動評価計算に基づいて、クランク軸に対する付加応力を算出するクランク軸付加応力算出部と、該算出されたクランク軸に対する付加応力に対応する前記エンジンに対する出力制限率を求める出力制限率抽出部と、該出力制限率抽出部により算出された前記エンジンに対する出力制限率に基づいてエンジンの運転出力を制御するエンジン出力負荷制御部と、を具備し、前記出力制限率抽出部は、前記クランク軸付加応力算出部により算出されたクランク軸付加応力と、予め定められたクランク軸付加応力に対応する出力制限率とのマップデータ部とを参照して、前記クランク軸付加応力に対応した出力制限率を抽出するようにしたことを特徴とする。

これにより、算出されたクランク軸付加応力を予め定められたクランク軸付加応力に対応する出力制限率とのマップデータ部から、制限すべき出力制限率を抽出することができ、かかる出力制限率を基に、エンジン出力負荷制御部においてエンジンの運転出力を制御することができる。

本発明によれば、シリンダ失火により生ずる捩り振動から、クランク軸捩り振動評価計算を行って、クランク軸に対する付加応力を算出して付加応力の制限量、または付加応力に対応するエンジンの出力制限率を導いて、この付加応力の制限量、または出力制限率を基にエンジンの出力制御を行うことで、エンジンの必要以上の低負荷運転を回避することにより燃料消費率も改善でき、エンジン発電プラントの効率の向上が期待できる。

本発明にかかるエンジンの失火時負荷制御方法を実施するための第１実施形態にかかる失火時負荷制御システム全体のブロック図である。 第１実施形態における失火コントローラの詳細なブロック図である。 クランク軸系捩り振動について、クランク軸の一例を示して説明するための図である。 第１実施形態にかかる失火時負荷制御方法を実施するための一例を示したフローチャートである。 参考形態における失火コントローラの詳細なブロック図である。 参考形態にかかる失火時負荷制御方法を実施するための一例を示したフローチャートである。

以下、本発明にかかるエンジンの失火時負荷制御方法およびその失火時負荷制御システムについて、実施形態を挙げ、添付図に基づいて説明する。

（第１実施形態）
図１に、第１実施形態にかかるエンジンの失火時負荷制御方法を実施するための失火時負荷制御システム１を示す。
この失火時負荷制御システム１は、エンジン本体２に搭載される複数のシリンダ３に対して、シリンダ３の失火を検出して、失火時の出力を制御する構成のもので、失火を検出する失火検出部４と、失火コントローラ５と、燃料噴射制御部６とを備える。

エンジン本体２は、この例では発電用Ｖ型多シリンダ（１８シリンダ）ディーゼルエンジンを示しているが、多シリンダガスエンジンでも、多シリンダガソリンエンジンでもよい。
このエンジン本体２は、１８個のシリンダ３を２列状（Ｌ１，Ｌ２，………Ｌ９）（Ｒ１，Ｒ２，………Ｒ９）に搭載している。各シリンダ３には、各シリンダ３の内部に燃料を噴射する燃料噴射器７が設けられる。
燃料噴射器７は、後述する失火コントローラ５の制御下にエンジン出力負荷制御信号により、燃料噴射制御部６を介して燃料噴射量および燃料噴射時期を制御するようにしている。

失火検出部４は、各シリンダ３に配設される。失火検出部４は、例えば、シリンダ内圧力変化等を検出することにより各シリンダ３の失火の発生を検出する。かかる失火検出部４からの各シリンダ３における失火発生の検出信号は、失火コントローラ５に入力されるようになっている。

そこで、失火コントローラ５について説明する。
失火コントローラ５は、クランク軸付加応力算出部８と、クランク軸付加応力判定部９と、出力減指令部１０と、付加応力制限量算出部１１と、エンジン出力負荷制御部１２とを備える。

クランク軸付加応力算出部８は、上記失火検出部４からの検出信号を受け入れ、シリンダ失火により生ずる捩り振動から、クランク軸捩り振動評価計算として、クランク軸捩り振動起振力のベクトルサムＶＳを基に、クランク軸に対する付加応力を算出するものである。かかるクランク軸捩り振動起振力のベクトルサムＶＳは、正常着火時と、異常燃焼時、すなわち失火時におけるクランク軸捩り振動の値が所定の値を取ることが知られており、そのときのクランク軸に対する付加応力も所定の値を取ることがわかっている。また、失火するシリンダ（Ｌ１，Ｌ２，………Ｌ９）、（Ｒ１，Ｒ２，………Ｒ９）によって、またそれらの組合せによってベクトルサムＶＳは異なるため、それぞれ予めマップデータとして記憶させておけば、失火したシリンダによってベクトルサムを抽出して、正常着火時のクランク軸捩り振動起振力のベクトルサムＶＳとの比例関係から、そのときの付加応力を容易に算出が可能である。

ここで、クランク軸系捩り振動について、参考までに、クランク軸の一例を図３に示し、クランク軸捩り振動評価計算として、クランク軸に対する付加応力を算出するための、クランク軸捩り振動起振力のベクトルサムについて、説明する。
図３には、Ｉ節モードの捩り振動の振幅比が実線で示されているが、破線のように線形近似が可能である。ＩＩ節についても同様に線形近似が可能である。
各シリンダにおけるクランクにかかる捩り振動起振力は振幅比に比例する。したがって、最も影響の大きいＩ、ＩＩ節モードの場合、クランクのクランク長手方向の座標を示すｖｐベクトル〔各節の捩り振動の振幅モード（機関部）ベクトル〕に比例するとしてよい。
次数ｍの捩り振動起振力のベクトルサムを〈ｖｐＮ，θｍＮ〉に比例すると見なして評価することが可能となり得る。なお、次数は、２サイクルの場合はｍ＝１、
２、 ３、 ４、・・・、４サイクルの場合はｍ＝０．５、
１、 １．５、 ２、・・・である。ただし、ｅ^ｒ＝［ａ_１
ａ_２……ａ_Ｎ］、θ^ｒ _ｍＮ＝［１ｅｘｐ（ｊ・ｍθ_２)……ｅｘｐ（ｊ・ｍθｎ）］、ｎ＝Ｎ−１。

クランク軸付加応力判定部９は、クランク軸付加応力算出部８において算出されたクランク軸付加応力が、クランク軸に対する許容応力未満であるか否かを判定する。

また、出力減指令部１０は、クランク軸付加応力判定部９により判定されたクランク軸付加応力が許容応力を越えるものであるときは、後述するエンジン出力負荷制御部１２へエンジンの運転出力を所定量減ずるべく指令を出力する。

付加応力制限量算出部１１は、算出されたクランク軸付加応力が、クランク軸に対する許容応力未満である場合には、クランク軸に対する付加応力の制限量を算出する。

そして、エンジン出力負荷制御部１２は、前述の出力減指令部１０からのエンジンの運転出力を所定量減ずる指令、並びに付加応力制限量算出部１１により算出された付加応力制限量に基づいて、エンジン出力負荷制御信号を出力し、燃料噴射制御部６を介して燃料噴射量および燃料噴射時期を制御する。

以上のような第１実施形態の失火時負荷制御システム１において、エンジンの失火時負荷制御方法を図４に示すフローチャートに基づいて動作を説明する。
第１段階として、エンジンスタートでエンジン本体２の各シリンダ３を、それぞれ失火検出部４により失火が監視され、失火が検出されると（ステップＳ１）、失火発生のシリンダ３から失火検出信号が、失火コントローラ５のクランク軸付加応力算出部８に入力される。
クランク軸付加応力算出部８においては、ステップＳ２に示すように、失火検出部４からの検出信号により、失火シリンダ３を特定する。例えばシリンダ（Ｌ１，Ｌ２，………Ｌ９）、（Ｒ１，Ｒ２，………Ｒ９）から、失火シリンダはＬ１なのか、Ｌ２なのか、あるいはＬ１およびＲ１、Ｌ１およびＲ２なのかを特定し、特定にかかる信号を出力する。
クランク軸付加応力算出部８では、クランク軸捩り振動起振力のベクトルサムＶＳは、正常着火時と、失火時におけるクランク軸捩り振動の値が所定の値を取ることから、失火シリンダ３に対応したベクトルサムＶＳが格納されている。そのため、失火したシリンダ３にかかるベクトルサムＶＳを抽出して、正常着火時のクランク軸捩り振動起振力のベクトルサムＶＳとの比例関係から、そのときの付加応力を容易に算出することができる。
例えば、正常着火時のクランク軸捩り振動起振力のベクトルサムＶＳが０．０８５で、あるシリンダ３が失火すると、着火順序と軸受応力とクランク応力で決まるベクトルサムＶＳが崩れ、値が大きくなる。例えば失火シリンダがＬ１およびＲ１のときにベクトルサムＶＳが１．３９４となったとすると、この値は、正常着火時のベクトルサムＶＳ、０．０８５の１６．４倍となり、このことから、失火シリンダがＬ１およびＲ１のときのクランク軸付加応力は、正常着火時のクランク軸付加応力の１６．４倍となる。

次いで、第２段階として、クランク軸付加応力算出部８において算出されたクランク軸付加応力にかかる信号が出力され、クランク軸付加応力判定部９は、クランク軸に対する許容応力より大きいか、小さいかの判定がなされる（ステップＳ３）。

クランク軸付加応力判定部９により判定されたクランク軸付加応力が許容応力を越えるものであるときは、出力減指令部１０は、エンジン出力負荷制御部１２へエンジンの運転出力を所定量減ずるべく指令を出力する（ステップＳ４）。
一方、クランク軸付加応力が許容応力を下回るものであれば付加応力制限量算出部１１に出力され、付加応力制限量算出部１１は、クランク軸に対する付加応力の制限量を算出する（ステップＳ７）。

ステップ４において、出力減指令部１０からエンジンの運転出力を所定量減ずるべく指令をエンジン出力負荷制御部１２へ出力して、エンジン本体２を出力減運転した後は、第１段階と同様、クランク軸付加応力算出部８において再び捩り振動計算により、クランク軸付加応力の算出を行う（ステップＳ５）。
そして、再度算出したクランク軸付加応力を、クランク軸付加応力判定部９において、クランク軸に対する許容応力より大きいか、小さいかの判定がなされる（ステップＳ６）。
ステップＳ６において、クランク軸付加応力が未だ許容応力より大きい場合はステップＳ４において、エンジン出力負荷制御部１２へエンジンの運転出力を所定量減ずるべく指令を出力する。
クランク軸付加応力が許容応力を下回るものであれば付加応力制限量算出部１１に出力され、付加応力制限量算出部１１は、クランク軸に対する付加応力の制限量を算出する（ステップＳ７）。

そして、第３段階として、エンジン出力負荷制御部１２において、エンジン出力負荷制御信号を出力し、燃料噴射制御部６を介して燃料噴射量および燃料噴射時期を制御することができる（ステップＳ８）。

以上のように、第１実施形態によれば、エンジン本体２を運転させたとき、失火時負荷制御システム１において、エンジン本体２の各シリンダ３に設けられた失火検出部４によって失火を検出して、失火したシリンダ３が特定され、クランク軸付加応力は、クランク軸捩り起振力のベクトルサムに比例することから、失火時のベクトルサムの値が正常時のクランク軸捩り起振力のベクトルサムの値との比例関係から、失火時のクランク軸の付加応力を求めることができる。
この付加応力が許容応力を越えないように、エンジンの運転出力を制御して運転を行うことができる。したがって、失火発生時のエンジンの適正な負荷制御運転を行うことができる。
このため、失火の発生時にエンジンの安定運転を継続する目的で、許容最小運転出力で運転できるようにして、エンジンの必要以上の低負荷運転を回避することにより燃料消費率も改善でき、エンジン発電プラントの効率の向上が期待できる。

本発明にかかるエンジンの失火時負荷制御方法およびその失火時負荷制御システムは、以下の参考形態として実施することができる。なお、対象とするエンジンは第１実施形態と同様、１８個のシリンダ３を２列状（Ｌ１，Ｌ２，………Ｌ９）（Ｒ１，Ｒ２，………Ｒ９）に搭載している。エンジン本体２には、各シリンダ３の内部に燃料を噴射する燃料噴射器７が設けられる各シリンダ３を備える。
（参考形態）
図５に、参考形態にかかる失火時負荷制御システム１を示す。
参考形態では、失火コントローラ５は、クランク軸の捩り角度を求める計測部５１と、計測部５１により求められたクランク軸の捩り角度から、振動を計算することにより、クランク軸付加応力を算出するクランク軸付加応力算出部５２と、予め定められたクランク軸付加応力に対応する出力制限率とのマップデータ部５３と、クランク軸付加応力算出部５２により求められたクランク軸付加応力とマップデータ部５３を参照して、クランク軸付加応力に対応した出力制限率を抽出する出力制限率抽出部５４と、出力制限率抽出部５４からの出力制限率に基づいてエンジンの運転出力を制御するエンジン出力負荷制御部５５と、を具備する。

計測部５１は、各シリンダ３に配設された失火検出部４からの失火発生の検出信号を受け入れ、そのシリンダ３の位置のクランク軸の捩り角度を求める。
これは、各シリンダにおけるクランクにかかる捩り振動起振力は振幅比に比例することから、失火したシリンダ３の位置によって、発生する捩り振動起振力が異なり、その起振力に対応する振幅比から、捩り角度を求めることができる。

また、クランク軸付加応力算出部５２は、計測部５１により求められたクランク軸の捩り角度から、捩り振動起振力が求まり、第１実施形態同様、クランク軸捩り振動起振力のベクトルサムＶＳは、正常着火時と対比して、失火時におけるクランク軸捩り振動の値が所定の値を取ることから、そのときのクランク軸付加応力（ＭＰａ）を算出することができる。

また、マップデータ部５３には、予めクランク軸付加応力（ＭＰａ）に対応するエンジン出力制限率（％）が蓄積されている。すなわち、クランク軸付加応力がわかれば、適応した出力制限率を抽出することができる。

さらに出力制限率抽出部５４は、クランク軸付加応力算出部５２により求められたクランク軸付加応力とマップデータ部５３を参照して、クランク軸付加応力に対応した出力制限率を抽出する。

そして、エンジン出力負荷制御部５５は、出力制限率抽出部５４からの出力制限率に基づいてエンジンの運転出力を制御することができる。

以上のような参考形態の失火時負荷制御システム１において、エンジンの失火時負荷制御方法を図６に示すフローチャートに基づいて動作を説明する。
エンジンスタートでエンジン本体２の各シリンダ３を、それぞれ失火検出部４により失火が監視され、失火が検出されると（ステップＳ１）、失火発生のシリンダ３から失火検出信号が、失火コントローラ５の計測部５１に入力される。
計測部５１においては、各シリンダにおけるクランクにかかる捩り振動起振力は振幅比に比例することから、失火したシリンダ３の位置によって、発生する捩り振動起振力が異なり、その起振力に対応する振幅比から、捩り角度を求めることができる（ステップＳ２）。

次に、クランク軸付加応力算出部５２は、ステップＳ３において、計測部５１により求められたクランク軸の捩り角度から、捩り振動起振力が求まり、第１実施形態同様、クランク軸捩り振動起振力のベクトルサムＶＳは、正常着火時と対比して、失火時におけるクランク軸捩り振動の値が所定の値を取ることから、そのときのクランク軸付加応力（ＭＰａ）を算出することができる。

次いで、出力制限率抽出部５４は、クランク軸付加応力算出部５２により求められたクランク軸付加応力とマップデータ部５３を参照して、クランク軸付加応力に対応した出力制限率を抽出することができる。
すなわち、マップデータ部５３には、予めクランク軸付加応力（ＭＰａ）に対応するエンジン出力制限率（％）が蓄積されているので、クランク軸付加応力がわかれば、適応した出力制限率を抽出することができる。

さらにエンジン出力負荷制御部５５は、出力制限率抽出部５４からの出力制限率に基づいてエンジンの運転出力を制御することができる（ステップＳ５）。
そして、エンジン出力負荷制御部５５から、付加応力制限量に基づいて、エンジン出力負荷制御信号を出力し、燃料噴射制御部６を介して燃料噴射量および燃料噴射時期を制御することができる。

以上の参考形態によれば、失火発生時に、計測部において、クランクの捩り角度を計測し、次いで、クランク軸付加応力算出部において、計測部により求められたクランク軸の捩り角度から、振動を計算することにより、クランク軸付加応力を算出することができる。そして、出力制限率抽出部において、算出されたクランク軸付加応力を予め定められたクランク軸付加応力に対応する出力制限率とのマップデータ部から、制限すべき出力制限率を抽出し、かかる出力制限率を基に、エンジン出力負荷制御部においてエンジンの運転出力を制御することができる。

以上のように、失火の発生時にエンジン本体の安定運転を継続する目的で許容最小運転出力に対して必要以上に出力制限を行なうのを回避でき、かかる従来技術よりもエンジン本体の利用率を向上できるとともに、エンジン本体を必要以上に低負荷運転するのを回避できることにより燃料消費率も改善できて、エンジン発電プラントの効率を向上できる。

本発明によれば、１シリンダまたは複数シリンダに失火が発生した場合に、失火の発生による捩り振動を評価し、付加応力を求めて、付加応力に対応した出力制限率から最小運転出力までエンジンの運転出力制御を行うことで、失火発生時におけるエンジンの利用率低下を抑制するとともに、エンジンの燃料消費率の悪化に伴うエンジン発電プラントの効率低下を抑制可能としたエンジンの失火時負荷制御方法および失火時出力制限装置を提供できる。

１ 失火時負荷制御システム
２ エンジン本体
３ シリンダ
４ 失火検出部
５ 失火コントローラ
６ 燃料噴射制御部
７ 燃料噴射器
８ クランク軸付加応力算出部
９ クランク軸付加応力判定部
１０ 出力減指令部
１１ 付加応力制限量算出部
１２ エンジン出力負荷制御部
５１ 計測部
５２ クランク軸付加応力算出部
５３ マップデータ部
５４ 出力制限率抽出部
５５ エンジン出力負荷制御部

Claims (6)

1. エンジンにおける複数シリンダの失火を検出し、該失火の検出結果に基づきエンジンの運転出力を制御するエンジンの失火時負荷制御方法であって、
   前記失火の検出時に、クランク軸捩り振動評価計算に基づいて、該クランク軸に対する付加応力を算出する第１段階と、
   該算出されたクランク軸に対する付加応力の制限量を求める第２段階と、
   前記付加応力の制限量に基づいてエンジンの運転出力を制御する第３段階と、を具備し、
   前記第２段階において、前記算出されたクランク軸に対する付加応力が、前記クランク軸に対する許容応力未満であるか否かを判定し、前記算出された付加応力が前記許容応力を越えるものであるときは、前記エンジンの運転出力を所定量減ずるべく制御して前記第１段階に戻り、前記第１段階を繰り返し実行し、前記算出されたクランク軸に対する付加応力が、前記クランク軸に対する許容応力未満と判定した際には、前記クランク軸に対する付加応力の制限量を求めるようにした、ことを特徴とするエンジンの失火時負荷制御方法。
2. 前記第１段階におけるクランク軸捩り振動評価計算は、クランク軸捩り振動起振力のベクトルサムを基に、クランク軸に対する付加応力を算出するものである、ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの失火時負荷制御方法。
3. 前記第１段階における前記クランク軸捩り振動評価計算は、前記クランク軸の捩り角度を基に、前記クランク軸に対する付加応力を算出するものである、ことを特徴とする請求項１に記載のエンジンの失火時負荷制御方法。
4. エンジンにおける複数シリンダの失火を検出し、失火の検出結果に基づき前記エンジンの運転出力を制御するように構成されたエンジンの失火時負荷制御システムにおいて、
   前記失火の検出時に、クランク軸捩り振動評価計算に基づいて、該クランク軸に対する付加応力を算出するクランク軸付加応力算出部と、
   該算出されたクランク軸に対する付加応力の制限量を求める付加応力制限量算出部と、
   該付加応力制限量算出部により算出された前記付加応力の制限量に基づいて前記エンジンの運転出力を制御するエンジン出力負荷制御部と、を具備し、
   前記付加応力制限量算出部は、前記算出されたクランク軸付加応力が、前記クランク軸に対する許容応力未満であるか否かが判定され、前記算出されたクランク軸付加応力が前記許容応力を越えるものであるときは、エンジンの運転出力を所定量減ずるべく指令し、前記算出されたクランク軸付加応力が、前記クランク軸に対する許容応力未満である場合には、前記クランク軸に対する付加応力の制限量を算出することを特徴とするエンジンの失火時負荷制御システム。
5. 前記クランク軸付加応力算出部は、クランク軸捩り振動起振力のベクトルサムを基に、クランク軸に対する付加応力を算出するものである、ことを特徴とする請求項４に記載のエンジンの失火時負荷制御システム。
6. 前記クランク軸付加応力算出部は、前記クランク軸の捩り角度を基に、前記クランク軸に対する付加応力を算出するものである、ことを特徴とする請求項４に記載のエンジンの失火時負荷制御システム。
   

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