WO2010103778A1 - エンジン失火判定システム及び方法 - Google Patents

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森芳信
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森田聡
杉本智彦
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    • Y02T10/30—Use of alternative fuels, e.g. biofuels

Definitions

  • the present invention relates to an engine misfire determination system and method for determining misfire of an engine driving a generator.
  • the device detects the in-cylinder pressure in the compression stroke and the in-cylinder pressure in the explosion stroke after the top dead center, and compares the ratio of these in-cylinder pressures with a predetermined threshold value to generate a misfire. Judgment is made.
  • the threshold value is sufficiently small because the difference between the cylinder pressure after top dead center during normal combustion and the cylinder pressure after top dead center when misfire occurs is small. Otherwise, there is a possibility of misjudging that the normal combustion is a misfire.
  • the threshold value is too small during high load operation (rated operation)
  • an object of the present invention is to accurately determine the occurrence of misfire in a power generation engine.
  • An engine misfire determination system is an apparatus for determining misfire of an engine that drives a generator, and includes a pressure detection unit capable of detecting an in-cylinder pressure that is an internal pressure of a cylinder of the engine, and the cylinder includes The difference or ratio between the first cylinder internal pressure detected by the pressure detection means when in the compression stroke and the second cylinder internal pressure detected by the pressure detection means when the cylinder is in the explosion stroke is a threshold value.
  • a misfire determination means for determining misfire of the cylinder by comparing with a load information detection means capable of detecting a load of the generator or a value correlated with the load of the generator. The determination means changes the threshold according to the load detected by the load information detection means or a value correlated with the load.
  • the threshold value is appropriately changed according to the load of the generator, it is possible to accurately determine the occurrence of misfire in the engine as compared with the case where the threshold value is constant regardless of the load. Is possible.
  • the misfire determination unit may be configured to increase the threshold as the load detected by the load information detection unit or a value correlated with the load increases.
  • the threshold value when the load on the generator is small, the threshold value is set to be small, so that the cylinder pressure during the explosion stroke during normal combustion and the explosion at the time of misfiring occur as in low load operation such as startup.
  • the difference from the cylinder pressure in the stroke is small, it is possible to prevent erroneous determination that the normal combustion is misfire.
  • the threshold value is set to be large, so that it is misjudged that no misfire has occurred even if a bad combustion state that should be judged as misfire occurs during high load operation. Can be prevented.
  • an air-fuel ratio control means for controlling an air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the cylinder so that a pressure in the cylinder when the cylinder is in a compression stroke and the load have a correlation.
  • the load information detecting means may be configured to detect an in-cylinder pressure when the cylinder is in a compression stroke as a value correlated with the load. Good.
  • the cylinder pressure in the compression stroke and the load on the generator have a correlation (for example, when the air-fuel ratio is constant)
  • the cylinder pressure Accordingly, it is not necessary to separately change the threshold value and to provide the load information detection means separately from the pressure detection means, so that the system can be simplified.
  • the engine misfire determination method of the present invention is a method for determining misfire of an engine that drives a generator, detecting a first cylinder internal pressure when the cylinder of the engine is in a compression stroke, and Detecting the pressure in the second cylinder when the engine is in the explosion stroke, and determining the misfire of the cylinder by comparing the difference or ratio between the pressure in the first cylinder and the pressure in the second cylinder with a threshold value, The threshold value is changed according to a load correlated with the load of the generator or the load of the generator.
  • the threshold value is appropriately changed according to the load of the generator, it is possible to accurately determine the occurrence of misfire in the engine as compared with the case where the threshold value is constant regardless of the load. Is possible.
  • FIG. 1 is a configuration diagram showing a misfire determination system 1 for a gas engine according to an embodiment of the present invention.
  • the gas engine 2 is a reciprocating multi-cylinder four-stroke engine that uses gas fuel such as natural gas or city gas as a main fuel, and is used as a prime mover for driving a generator 30.
  • gas fuel such as natural gas or city gas as a main fuel
  • FIG. 1 one of the cylinders 3 of the gas engine 2 is shown as a representative, but other cylinders (not shown) have the same configuration.
  • a piston 4 is inserted into the cylinder 3 so as to be able to reciprocate, and the piston 4 is connected to a crankshaft 29 which is an output shaft. This crankshaft 29 is connected to the input shaft of the generator 30 so as to transmit a driving force.
  • a main combustion chamber 5 is formed above the piston 4 in the cylinder 3.
  • An air supply port 7 is connected to the main combustion chamber 5 via an air supply valve 6, and an exhaust port 9 is connected via an exhaust valve 8.
  • a main fuel gas supply valve 10 for injecting gas fuel is provided in the air supply port 7. Further, a sub-combustion chamber 11 is adjacent to the main combustion chamber 5.
  • the sub-combustion chamber 11 is partitioned from the main combustion chamber 5 via a partition wall 12 and communicates with the main combustion chamber 5 via a communication hole 13 formed in the partition wall 12.
  • the auxiliary combustion chamber 11 is provided with an auxiliary fuel gas supply valve 14 for injecting gaseous fuel and an ignition plug 15 for burning the air-fuel mixture.
  • the main combustion chamber 5 is supplied with an air-fuel mixture containing air and gas fuel injected by the main fuel gas supply valve 10 from the air supply port 7, and the sub-combustion chamber 11. Is supplied with an air-fuel mixture containing gas fuel injected by the auxiliary fuel gas supply valve 14.
  • the spark plug 15 operates at a predetermined timing to ignite the air-fuel mixture in the sub-combustion chamber 11.
  • the flame generated in the sub-combustion chamber 11 propagates into the main combustion chamber 5 through the communication hole 13, and the air-fuel mixture in the main combustion chamber 5 is ignited. Thereby, the piston 4 is pushed down (expansion stroke).
  • the exhaust passage 16 connected to the exhaust port 9 is branched into a first exhaust passage 17 connected to a supercharger (not shown) and a second exhaust passage 18 opened to the outside.
  • the second exhaust passage 18 is provided with an adjustment valve 19 for adjusting the supply air pressure.
  • the misfire determination system 1 includes a main controller 20 having a CPU, a storage device, an input / output interface, and the like.
  • the main controller 20 is connected to a gas valve controller 21 that drives the main fuel gas supply valve 10 and the auxiliary fuel gas supply valve 14, and outputs a command signal to the gas valve controller 21 to output each fuel gas supply valve 10. , 14 is controlled.
  • the main controller 20 is connected to a spark plug driver 22 that drives the spark plug 15.
  • Main controller 20 outputs a command signal to driver 22 to drive and control spark plug 15, thereby controlling the ignition timing of the air-fuel mixture.
  • the main control device 20 is supplied with an air supply pressure, an air supply temperature, and the like.
  • the main controller 20 has a function of adjusting the opening of the adjustment valve 19 in order to control the supply air pressure so that the air-fuel ratio becomes substantially constant. That is, the main control device 20 constitutes an air-fuel ratio control means.
  • the misfire determination system 1 includes a crank angle detection device 23 for detecting the crank angle of the gas engine 2, and crank angle information from the crank angle detection device 23 is input to the main control device 20.
  • a crank angle detection device 23 for detecting the crank angle of the gas engine 2
  • crank angle information from the crank angle detection device 23 is input to the main control device 20.
  • a rotary encoder or the like is used for the crank angle detection device 23.
  • the crank angle is detected by an encoder pulse signal (rotation speed pulse signal) and a reset signal (signal output once per cycle). It will be.
  • the misfire determination system 1 includes a misfire determination device 24 (misfire determination means) that determines the occurrence of misfire, which is a phenomenon in which the air-fuel mixture is not normally burned in the cylinder 3 when shifting from the compression stroke to the explosion stroke.
  • the misfire determination device 24 is connected to a crank angle detection device 23 and an in-cylinder pressure sensor 25 (pressure detection means) that detects an in-cylinder pressure that is an internal pressure of the cylinder 3.
  • the misfire determination device 24 determines the occurrence of misfire in the cylinder 3 based on the crank angle detected by the crank angle detection device 23 and the cylinder pressure detected by the cylinder pressure sensor 25.
  • FIG. 2 is a graph showing the relationship between the in-cylinder pressure and the crank angle during normal combustion and misfire occurrence.
  • the in-cylinder pressure rises due to combustion even after the piston 4 reaches top dead center when shifting from the compression stroke to the explosion stroke.
  • the pressure does not increase due to combustion. Therefore, the pressure peaks at the top dead center where the volume in the cylinder 3 is minimized, and the pressure decreases after the top dead center. That is, the waveform of the cylinder pressure at the time of misfire is substantially symmetrical about the top dead center.
  • the cylinder internal pressure at a predetermined crank angle ⁇ 1 in the compression stroke before reaching the top dead center is P1 (hereinafter, P1 is referred to as the first cylinder internal pressure), and the explosion stroke after reaching the top dead center.
  • P1 is referred to as the first cylinder internal pressure
  • P2 is referred to as the second cylinder internal pressure
  • the occurrence of misfire can be determined by comparing the value with the threshold value ⁇ .
  • the difference between ⁇ TDC and ⁇ 1 (that is, the difference between ⁇ TDC and ⁇ 2) is preferably in the range of 5 ° to 45 °.
  • Equation 1 when satisfying Equation 1, it is determined that the combustion is normal, and when Equation 2 is satisfied, it is determined that misfire has occurred.
  • the threshold value ⁇ at this time is changed according to the load of the generator 30 as will be described later.
  • FIG. 3 is a drawing for explaining the flow of misfire determination in the misfire determination device 24.
  • the misfire determination device 24 receives the in-cylinder pressure from the in-cylinder pressure sensor 25 and the crank angle from the crank angle detection device 23, and the in-cylinder pressure and the crank angle as shown in FIG. Data indicating the relationship is acquired (S1).
  • the load (generator output) of the generator 30 is estimated (S3).
  • the load is estimated based on the following principle.
  • the correlation between the first cylinder pressure P1 and the load is obtained in advance by experiments, calculations, and the like under the same conditions as when the gas engine 2 actually generates power, and the misfire determination device 24.
  • the misfire determination apparatus 24 can estimate the load from the first cylinder pressure P1. Therefore, in S3 of FIG. 3, the load of the generator 30 is estimated from the first cylinder pressure P1 detected by the cylinder pressure sensor 25 using the relationship shown in FIG. Accordingly, the in-cylinder pressure sensor 25 also serves as load information detection means, and also serves to detect the first cylinder pressure P1 as a value correlated with the load.
  • the misfire determination device 24 determines a threshold value ⁇ according to the estimated load (S4). Specifically, the misfire determination device 24 stores a correspondence relationship between the load and the threshold value ⁇ as shown in FIG. 5, and this correspondence relationship is set so that the threshold value ⁇ increases as the load increases. Yes.
  • the threshold value ⁇ is appropriately changed according to the load of the generator 30, and therefore misfire in the gas engine 2 compared to the case where the threshold value ⁇ is constant regardless of the load. It is possible to accurately determine the occurrence of. Further, since the threshold value ⁇ is set small when the load on the generator 30 is small, the second cylinder internal pressure P2 in the explosion stroke at the time of normal combustion, and at the time of misfire occurrence, as in the low load operation at the time of startup or the like When the difference from the second cylinder pressure P2 in the explosion stroke is small, it is possible to prevent erroneous determination that the normal combustion is misfire.
  • the threshold value ⁇ is set to be large when the load on the generator 30 is large, it is erroneously determined that no misfire has occurred even when a bad combustion state that should be determined as misfire occurs during high load operation. Can be prevented. Furthermore, since the first cylinder pressure P1 in the compression stroke is used as a value correlated with the load of the generator 30, and the threshold value ⁇ is changed according to the first cylinder pressure P1, the generator 30 It is not necessary to detect the load directly and input it to the misfire determination device 24, and the system can be simplified.
  • the air-fuel ratio of the gas engine 2 is controlled to be substantially constant.
  • the air-fuel ratio may be controlled to change.
  • the correspondence data as shown in FIG. 6 is used instead of the correspondence data as shown in FIG.
  • the air amount increases as the air-fuel ratio increases, and the value of the first cylinder pressure P1 in the compression stroke increases.
  • the air-fuel ratio is small, the amount of air is small, and the value of the first cylinder pressure P1 in the compression stroke is small.
  • the correlation between the first in-cylinder pressure P1 and the load shown in FIG. 6 is obtained in advance by performing experiments, calculations, and the like for each air-fuel ratio, and the misfire determination device 24 obtains a high-order approximation obtained from the correlation. Functions and table functions are stored. Thereby, the misfire determination apparatus 24 can estimate the load from the first cylinder pressure P1 with reference to the data corresponding to the current air-fuel ratio in FIG.
  • the load is obtained from the first cylinder pressure P1 according to FIG. 4 (or FIG. 6), and the threshold value ⁇ is obtained from the load, but the threshold value ⁇ is directly obtained from the first cylinder pressure P1. May be requested.
  • the difference between the second cylinder pressure P2 and the first cylinder pressure P1 is compared with the threshold value ⁇ , but the ratio between the second cylinder pressure P2 and the first cylinder pressure P1 is compared. May be compared with a threshold value.
  • the load is estimated from the first cylinder pressure P1, but the load measured directly from the generator 30 by the load detection sensor may be input to the misfire determination device 24.

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Abstract

　発電機（３０）を駆動するガスエンジン（２）の失火を判定するシステム（１）であって、ガスエンジン（２）の気筒（３）の内部圧力である気筒内圧力を検出可能な筒内圧センサ（２５）と、気筒（３）が圧縮行程にあるときに筒内圧センサ（２５）で検出される第１気筒内圧力Ｐ１と、気筒（３）が爆発行程にあるときに筒内圧センサ（２５）で検出される第２気筒内圧力Ｐ２との差ΔＰ（＝Ｐ２－Ｐ１）を閾値αと比較することにより、気筒（３）の失火を判定する失火判定装置（２４）と、を備え、失火判定装置（２４）は、筒内圧センサ（２５）で検出される第１気筒内圧力Ｐ１（負荷に相関関係のある値）に応じて閾値αを変更する。

Description

エンジン失火判定システム及び方法 関連出願
　本件出願は、２００９年３月１２日に日本特許庁に出願された特願２００９－６００９０の優先権を主張するものであり、その全体を参照することにより本件出願の一部となすものとして引用する。
　本発明は、発電機を駆動するエンジンの失火を判定するためのエンジン失火判定システム及び方法に関するものである。
　近年、工場等において、電力会社から供給される系統電力と、工場内に定置されたガスエンジンで発電機を駆動して得られる発電電力とを連係させて使用する電力システムが提供されている。ガスエンジンは、リーン状態で燃焼が行われるとエネルギー効率が良好であり、一定負荷で運転する発電設備に用いるのに適している。このガスエンジンの運転においては、圧縮行程から爆発行程に移行する際に混合気が着火されない失火が発生すると望ましくないため、失火発生を正しく把握してそれに対処する必要がある。
　エンジンの失火を判定するための技術としては、正常燃焼時と失火発生時とで気筒内の圧力波形が異なることを利用し、エンジンの気筒内圧力から失火の発生を判定する装置が知られている（例えば、特開昭５７－８０５３８号公報及び特開２００３－１３７９３号公報参照）。正常燃焼時には、着火された混合気の燃焼によって気筒内で圧力増加が生じるため、気筒内のピストンが上死点に達した後に気筒内圧力が増加することとなる。これに対して、失火発生時には、燃料による圧力増加が発生しないため、上死点において気筒内圧力が最大となり、その後は気筒内圧力が減少する。よって、前記装置は、圧縮行程での気筒内圧力と、上死点以降の爆発行程での気筒内圧力とを検出し、これら気筒内圧力の比を所定の閾値と比較して失火の発生を判定するようにしている。
　ところで、発電用エンジンでは、起動時において失火の有無を判定し、失火が発生すれば運転を停止して再び起動をやり直すようにしている。その場合、起動時の低負荷運転では、正常燃焼時における上死点以降の気筒内圧力と、失火発生時における上死点以降の気筒内圧力との差が小さいため、閾値を十分に小さな値に設定しないと、正常燃焼時を失火であると誤判定する可能性がある。一方、高負荷運転時（定格運転時）には、閾値を小さくし過ぎると、失火と判定すべき燃焼状態の悪い状態が発生しても、失火が発生したと判定されない可能性がある。また、高負荷運転時において、気筒内圧力を検出するセンサに誤差が生じた場合にも、閾値を小さくし過ぎると、正しく失火が判定されない可能性がある。
　そこで本発明は、発電用エンジンにおける失火の発生を正確に判定することを目的としている。
　本発明に係るエンジン失火判定システムは、発電機を駆動するエンジンの失火を判定する装置であって、前記エンジンの気筒の内部圧力である気筒内圧力を検出可能な圧力検出手段と、前記気筒が圧縮行程にあるときに前記圧力検出手段で検出される第１気筒内圧力と、前記気筒が爆発行程にあるときに前記圧力検出手段で検出される第２気筒内圧力との差又は比を閾値と比較することにより、前記気筒の失火を判定する失火判定手段と、前記発電機の負荷又は前記発電機の負荷に相関関係のある値を検出可能な負荷情報検出手段と、を備え、前記失火判定手段は、前記負荷情報検出手段で検出される前記負荷又は前記負荷に相関関係のある値に応じて前記閾値を変更することを特徴とする。
　前記構成によれば、発電機の負荷に応じて閾値が適宜変更されることになるので、負荷に関係なく閾値を一定とした場合に比べて、エンジンでの失火の発生を正確に判定することが可能となる。
　前記失火判定手段は、前記負荷情報検出手段で検出される前記負荷又は前記負荷に相関関係のある値が大きくなるにつれて前記閾値を大きくするように構成されてもよい。
　前記構成によれば、発電機の負荷が小さいときには閾値が小さく設定されるので、起動時等の低負荷運転のように、正常燃焼時における爆発行程での気筒内圧力と、失火発生時における爆発行程での気筒内圧力との差が小さい場合において、正常燃焼時を失火であると誤判定することを防止することができる。かつ、発電機の負荷が大きいときには閾値が大きく設定されるので、高負荷運転時において、失火と判定すべき燃焼状態の悪い状態が発生しても、失火が発生していないと誤判定することを防止することができる。
　前記気筒が圧縮行程にあるときの気筒内圧力と前記負荷とが相関関係を有するように前記気筒に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段をさらに有し、前記圧力検出手段は、前記負荷情報検出手段を兼ねており、前記負荷情報検出手段は、前記負荷に相関関係のある値として前記気筒が圧縮行程にあるときの気筒内圧力を検出するように構成されていてもよい。
　前記構成によれば、圧縮行程の気筒内圧力と発電機の負荷とが相関関係を有するように空燃比を制御されている場合（例えば、空燃比が一定の場合等）には、気筒内圧力に応じて閾値を変更し、負荷情報検出手段を圧力検出手段と別個に設ける必要がなくなるので、システムを簡素化することができる。
　また本発明のエンジン失火判定方法は、発電機を駆動するエンジンの失火を判定する方法であって、前記エンジンの気筒が圧縮行程にあるときに第１気筒内圧力を検出し、前記エンジンの気筒が爆発行程にあるときに第２気筒内圧力を検出し、前記第１気筒内圧力と前記第２気筒内圧力との差又は比を閾値と比較することにより、前記気筒の失火を判定し、前記発電機の負荷又は前記発電機の負荷に相関関係のある値に応じて前記閾値を変更することを特徴とする。
　前記方法によれば、発電機の負荷に応じて閾値が適宜変更されることになるので、負荷に関係なく閾値を一定とした場合に比べて、エンジンでの失火の発生を正確に判定することが可能となる。
本発明の実施形態に係るガスエンジンの失火判定システムを示した構成図である。 正常燃焼時及び失火発生時における気筒内圧力とクランク角との関係を表したグラフである。 失火判定装置における失火判定の流れを説明する図面である。 負荷と第１気筒内圧力との対応データを表したグラフである。 閾値と負荷との対応データを表したグラフである。 変形例における負荷と第１気筒内圧力との対応データを表したグラフである。
　以下、本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
　図１は本発明の実施形態に係るガスエンジンの失火判定システム１を示した構成図である。図１に示すように、ガスエンジン２は、天然ガスや都市ガス等のガス燃料を主燃料とするレシプロ型の多気筒４ストロークエンジンであり、発電機３０を駆動する原動機として使用されている。図１ではガスエンジン２の気筒３の１つを代表して示しているが、図示しない他の気筒も同様の構成となっている。
　気筒３にはピストン４が往復動可能に挿入されており、ピストン４は出力軸であるクランク軸２９と連結されている。このクランク軸２９は、発電機３０の入力軸に駆動力を伝達するように接続されている。気筒３内におけるピストン４の上方は主燃焼室５をなしてある。主燃焼室５には、給気弁６を介して給気ポート７が接続されるとともに、排気弁８を介して排気ポート９が接続されている。給気ポート７内にはガス燃料を噴射する主燃料ガス供給弁１０が設けられている。また、主燃焼室５には副燃焼室１１が隣接している。副燃焼室１１は、隔壁１２を介して主燃焼室５と区画され、隔壁１２に形成された連通孔１３を介して主燃焼室５と連通している。この副燃焼室１１にはガス燃料を噴射する副燃料ガス供給弁１４と、混合気を燃焼させるための点火プラグ１５とが設けられている。
　このガスエンジン２によれば、給気行程において、主燃焼室５には給気ポート７から空気と主燃料ガス供給弁１０が噴射するガス燃料とを含む混合気が供給され、副燃焼室１１には副燃料ガス供給弁１４が噴射するガス燃料を含む混合気が供給される。圧縮行程において主燃焼室５及び副燃焼室１１内の混合気が圧縮された後、点火プラグ１５が所定のタイミングで動作して副燃焼室１１内の混合気が着火される。副燃焼室１１内で発生した火炎は連通孔１３を通じて主燃焼室５内に伝播し、主燃焼室５内の混合気が着火される。これによりピストン４が押し下げられる（膨張行程）。そして、排気行程において、主燃焼室５内のガスは排気ポート９を介して外部に排出される。なお、排気ポート９に接続される排気通路１６は、過給機（図示せず）に接続される第１排気通路１７と、外部に開放される第２排気通路１８とに分岐されており、第２排気通路１８には給気圧を調整するための調整弁１９が設けられている。
　失火判定システム１は、ＣＰＵ、記憶装置及び入出力インターフェース等を有する主制御装置２０を備えている。主制御装置２０は、主燃料ガス供給弁１０及び副燃料ガス供給弁１４を駆動するガス弁制御装置２１に接続され、このガス弁制御装置２１に指令信号を出力して各燃料ガス供給弁１０，１４を駆動制御する。また、主制御装置２０は、点火プラグ１５を駆動する点火プラグドライバ２２に接続されている。主制御装置２０は、このドライバ２２に指令信号を出力して点火プラグ１５を駆動制御し、これにより混合気の着火タイミングを制御する。また、主制御装置２０には、給気圧、給気温度などが入力されるようになっている。主制御装置２０は、空燃比が略一定となるように給気圧を制御するために調整弁１９の開度を調節する機能を有する。即ち、主制御装置２０が、空燃比制御手段を構成している。
　失火判定システム１は、ガスエンジン２のクランク角を検知するためのクランク角検知装置２３を備え、主制御装置２０にはクランク角検知装置２３からのクランク角情報が入力されるようになっている。クランク角検知装置２３には、例えば、ロータリーエンコーダ等が用いられ、その場合にはエンコーダパルス信号（回転数パルス信号）及びリセット信号（１サイクルに一度出力される信号）によりクランク角が検知されることとなる。
　失火判定システム１は、圧縮行程から爆発行程に移行する際に気筒３にて混合気が正常に燃焼されない現象である失火の発生を判定する失火判定装置２４（失火判定手段）を備えている。この失火判定装置２４には、クランク角検知装置２３と、気筒３の内部圧力である気筒内圧力を検出する筒内圧センサ２５（圧力検出手段）とが接続されている。失火判定装置２４は、クランク角検知装置２３で検知されたクランク角と、筒内圧センサ２５で検出された気筒内圧力とに基づいて気筒３での失火の発生を判定する。
　次に、失火判定装置２４による失火判定の原理を説明する。図２は正常燃焼時及び失火発生時における気筒内圧力とクランク角との関係を表したグラフである。図２に示すように、ガスエンジン２の正常燃焼時には、圧縮行程から爆発行程に移行する際においてピストン４が上死点に達した後も、燃焼により気筒内圧力は上昇する。一方、ガスエンジン２で失火が発生した時には、燃焼による圧力上昇が生じないため、気筒３内の容積が最小なる上死点で圧力がピークとなり、上死点の後は圧力が減少する。つまり、失火発生時における気筒内圧力の波形は上死点を中心として略対称となる。
　このため、上死点に達する前の圧縮行程における所定のクランク角θ１での気筒内圧力をＰ１（以下、Ｐ１を第１気筒内圧力と称す）とし、上死点に達した後の爆発行程における所定のクランク角θ２での気筒内圧力をＰ２（以下、Ｐ２を第２気筒内圧力と称す）としたときの、第２気筒内圧力Ｐ２と第１気筒内圧力Ｐ１との圧力差ΔＰの値を閾値αと比較することによって、失火の発生を判定することができる。
　具体的には、上死点のクランク角θTDCとクランク角θ１との差が、クランク角θ２と上死点のクランク角θTDCとの差に等しくなるようにθ１及びθ２を設定する。なお、θTDCとθ１との差（すなわちθTDCとθ２との差）は、５°～４５°の範囲内にあることが望ましい。θTDCとθ１との差が小さすぎると、燃焼遅れが発生した場合に、Ｐ１とＰ２との差が小さくなって、失火と燃焼との区別ができない可能性がある一方、θTDCとθ１との差が大きすぎると、燃焼の影響がＰ２に現れずにＰ１とＰ２との差が小さくなって、失火と燃焼との区別ができない可能性があるためである。なお、５°～４５°との具体的な数値は、実験結果から得られたものである。
　そして、数式１を満たすときには正常燃焼であると判定し、数式２を満たすときには失火発生と判定する。この際の閾値αは、後述するように発電機３０の負荷に応じて変更される。
数式１
　ΔＰ＝Ｐ２－Ｐ１＞α
数式２
　ΔＰ＝Ｐ２－Ｐ１≦α
　図３は失火判定装置２４における失火判定の流れを説明する図面である。図３に示すように、失火判定装置２４は、筒内圧センサ２５から気筒内圧力を受信するとともに、クランク角検知装置２３からクランク角を受信し、図２に示すような気筒内圧力とクランク角との関係を示すデータを取得する（Ｓ１）。次いで、そのデータからΔＰ（＝Ｐ２－Ｐ１）を計算する（Ｓ２）。また、ΔＰの計算と並行して、発電機３０の負荷（発電機出力）を推定する（Ｓ３）。
　負荷の推定は、次のような原理で行われる。気筒３に供給される混合気の空燃比（＝燃焼に必要な空気重量／投入する燃料重量）は、圧縮行程にあるときの第１気筒内圧力Ｐ１と発電機３０の負荷とが相関関係を有するように主制御装置２０により制御されている。具体的には、空燃比は略一定に保たれるよう制御されており、低負荷では気筒３に供給される燃料量及び空気量は少なく、高負荷では気筒３に供給される燃料量及び空気量は多くなる。よって、点火プラグ１５により着火されるまでの圧縮行程における第１気筒内圧力Ｐ１は、低負荷では低く、高負荷では高くなるという関係が成立する。
　そこで、図４に示すように、ガスエンジン２により実際に発電を行うときと同一条件において第１気筒内圧力Ｐ１と負荷との相関関係を予め実験や計算等から求めておき、失火判定装置２４に当該相関関係から得られる高次の近似関数やテーブル関数等を記憶させている。これにより、失火判定装置２４は、第１気筒内圧力Ｐ１から負荷を推定できるようになっている。よって、図３のＳ３では、図４に示すような関係を利用して、筒内圧センサ２５で検出された第１気筒内圧力Ｐ１から発電機３０の負荷を推定する。よって、筒内圧センサ２５は、負荷情報検出手段を兼ねており、第１気筒内圧力Ｐ１を負荷に相関関係のある値として検出する役目も果たしている。
　次いで、失火判定装置２４は、推定された負荷に応じて閾値αを決定する（Ｓ４）。具体的には、失火判定装置２４は、図５に示すような負荷と閾値αとの対応関係を記憶しており、この対応関係は負荷が大きくなるにつれて閾値αが大きくなるように設定されている。
　次いで、失火判定装置２４は、決定された閾値αとΔＰ（＝Ｐ２－Ｐ１）との比較を行い、前述した数式１を満たすときには正常燃焼であると判定し、数式２を満たすときには失火発生と判定する（Ｓ５）。
　以上に説明した構成によれば、発電機３０の負荷に応じて閾値αが適宜変更されることになるので、負荷に関係なく閾値αを一定とした場合に比べて、ガスエンジン２での失火の発生を正確に判定することが可能となる。また、発電機３０の負荷が小さいときには閾値αが小さく設定されるので、起動時等の低負荷運転のように、正常燃焼時における爆発行程での第２気筒内圧力Ｐ２と、失火発生時における爆発行程での第２気筒内圧力Ｐ２との差が小さい場合において、正常燃焼時を失火であると誤判定することを防止することができる。かつ、発電機３０の負荷が大きいときには閾値αが大きく設定されるので、高負荷運転時において、失火と判定すべき燃焼状態の悪い状態が発生しても、失火が発生していないと誤判定することを防止することができる。さらに、発電機３０の負荷に相関関係のある値として圧縮行程での第１気筒内圧力Ｐ１を用い、その第１気筒内圧力Ｐ１に応じて閾値αを変更しているため、発電機３０の負荷を直接検出して失火判定装置２４に入力する必要がなくなり、システムを簡素化することができる。
　なお、前述した実施形態では、ガスエンジン２の空燃比を略一定に制御しているが、変形例として、空燃比を変化させるように制御してもよい。その場合には、図４のような対応データの代わりに、図６のような対応データを利用する。図６に示すように、負荷に対して燃料量はほぼ一意に決まるため、空燃比が大きいと空気量が多いことになり、圧縮行程の第１気筒内圧力Ｐ１の値は大きくなる。一方、空燃比が小さいと、空気量が少ないことになり、圧縮行程の第１気筒内圧力Ｐ１の値は小さくなる。
　図６に示す第１気筒内圧力Ｐ１と負荷との相関関係は、空燃比ごとに実験や計算等を行うことで予め求めておき、失火判定装置２４に当該相関関係から得られる高次の近似関数やテーブル関数等を記憶させている。これにより、失火判定装置２４は、図６のうち現在の空燃比に対応するデータを参照し、第１気筒内圧力Ｐ１から負荷を推定することができる。
　また、前述した実施形態では、図４（又は図６）により第１気筒内圧力Ｐ１から負荷を求め、その負荷から閾値αを求めているが、第１気筒内圧力Ｐ１から直接的に閾値αを求めるようにしてもよい。また、前述した実施形態では、第２気筒内圧力Ｐ２と第１気筒内圧力Ｐ１との差を閾値αと比較しているが、第２気筒内圧力Ｐ２と第１気筒内圧力Ｐ１との比を閾値と比較するようにしてもよい。また、前述した実施形態では、第１気筒内圧力Ｐ１から負荷を推定しているが、負荷検出センサにより発電機３０から直接計測した負荷を失火判定装置２４に入力するようにしてもよい。

Claims (4)

  1. 　発電機を駆動するエンジンの失火を判定するシステムであって、
    　前記エンジンの気筒の内部圧力である気筒内圧力を検出可能な圧力検出手段と、
    　前記気筒が圧縮行程にあるときに前記圧力検出手段で検出される第１気筒内圧力と、前記気筒が爆発行程にあるときに前記圧力検出手段で検出される第２気筒内圧力との差又は比を閾値と比較することにより、前記気筒の失火を判定する失火判定手段と、
    　前記発電機の負荷又は前記発電機の負荷に相関関係のある値を検出可能な負荷情報検出手段と、を備え、
    　前記失火判定手段は、前記負荷情報検出手段で検出される前記負荷又は前記負荷に相関関係のある値に応じて前記閾値を変更することを特徴とするエンジン失火判定システム。
  2. 　前記失火判定手段は、前記負荷情報検出手段で検出される前記負荷又は前記負荷に相関関係のある値が大きくなるにつれて前記閾値を大きくするように構成されている請求項１に記載のエンジン失火判定システム。
  3. 　前記気筒が圧縮行程にあるときの気筒内圧力と前記負荷とが相関関係を有するように前記気筒に供給される混合気の空燃比を制御する空燃比制御手段をさらに有し、
    　前記圧力検出手段は、前記負荷情報検出手段を兼ねており、
    　前記負荷情報検出手段は、前記負荷に相関関係のある値として前記気筒が圧縮行程にあるときの気筒内圧力を検出するように構成されている請求項１に記載のエンジン失火判定システム。
  4. 　発電機を駆動するエンジンの失火を判定する方法であって、
    　前記エンジンの気筒が圧縮行程にあるときに第１気筒内圧力を検出し、
    　前記エンジンの気筒が爆発行程にあるときに第２気筒内圧力を検出し、
    　前記第１気筒内圧力と前記第２気筒内圧力との差又は比を閾値と比較することにより、前記気筒の失火を判定し、
    　前記発電機の負荷又は前記発電機の負荷に相関関係のある値に応じて前記閾値を変更することを特徴とするエンジン失火判定方法。
    　
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