JP2007309142A - Method and device for detecting misfire of gas engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、都市ガスなどを燃料として発電装置を駆動するガスエンジンにおいて、燃焼状態を判定する失火検出方法および装置に関する。 The present invention relates to a misfire detection method and apparatus for determining a combustion state in a gas engine that drives a power generator using city gas or the like as fuel.
従来、ガスエンジンの失火を検出するものは、たとえば排ガスの温度や組成などを検出するものが数多く見られるが、高温の排ガスの成分などを検出するため、検出器への熱的負荷が大きい。 Conventionally, many of those detecting a misfire of a gas engine, for example, detecting the temperature or composition of exhaust gas, can be seen. However, since a component of high-temperature exhaust gas is detected, the thermal load on the detector is large.
これに対して、たとえば特許文献1には、内燃機関に設けられた振動検出器によりシリンダの振動を検出して失火を判定するものがある。
しかし、上記特許文献1において振動検出器により失火を判定するものは、
・エンジンの回転部材や駆動部材など、燃焼以外の振動成分を多く含むため、信号の処理時間が長く、演算処理部の負担が大きくなること、
・点火位置に同期して検出された振動信号を演算して得られた燃焼状態信号のピーク値と、予め定められた基準値(通常の失火レベルより大きい)とを比較しており、基準値は一定値であるため、出力負荷による変動を受けやすいことなどの問題があった。
However, what determines misfire by the vibration detector in Patent Document 1 is as follows.
-It contains a lot of vibration components other than combustion, such as engine rotation members and drive members, so that the signal processing time is long and the burden on the arithmetic processing unit increases.
The peak value of the combustion state signal obtained by calculating the vibration signal detected in synchronization with the ignition position is compared with a predetermined reference value (greater than the normal misfire level). Since is a constant value, there are problems such as being susceptible to fluctuations due to output load.
本発明は上記問題点を解決して、検出器への熱的負荷も小さく、信号処理を容易かつ短時間で行え、ガスエンジンの運転状態に対応して精度良く燃焼状態を判定することができるガスエンジンの失火検出方法および装置を提供することを目的とする。 The present invention solves the above-described problems, reduces the thermal load on the detector, performs signal processing easily and in a short time, and can accurately determine the combustion state corresponding to the operating state of the gas engine. It is an object of the present invention to provide a gas engine misfire detection method and apparatus.
上記問題点を解決するために本発明に係る請求項1記載のガスエンジンの失火検出方法は、筒内圧力を受け止めるシリンダヘッドをシリンダ本体に固定する締結具の歪を歪ゲージにより検出するステップと、ガスエンジンの出力に基づいて、完全燃焼時の歪と完全失火時の歪の範囲内に対応する信号高さに設定されるとともに、ガスエンジンの回転速度、点火角およびこの点火角から発信点までの回転角に基づいて発信点が設定される判定波形を有する失火判定信号を形成するステップと、前記ステップで歪ゲージにより検出された歪検出信号から前記失火判定信号を減算するステップと、前記ステップの判定波形に対応する減算値と基準値とを比較して燃焼状態を判定するステップとを具備したものである。 In order to solve the above problems, the gas engine misfire detection method according to claim 1 according to the present invention includes a step of detecting strain of a fastener that fixes a cylinder head receiving a cylinder pressure to a cylinder body with a strain gauge. Based on the output of the gas engine, the signal height corresponding to the range of the distortion at the time of complete combustion and the distortion at the time of complete misfire is set, and the rotation speed of the gas engine, the ignition angle, and the transmission point from this ignition angle Forming a misfire determination signal having a determination waveform in which a transmission point is set based on the rotation angle until, subtracting the misfire determination signal from a strain detection signal detected by a strain gauge in the step, A step of comparing the subtraction value corresponding to the determination waveform of the step with a reference value to determine the combustion state.
請求項2記載のガスエンジンの失火検出方法は、請求項1記載の方法において、ガスエンジンの出力を、ガスエンジンにより駆動される発電機の発電出力か、またはガスエンジンの運転を制御するシリンダ制御装置から出力される軸出力とし、判定波形の信号高さが前記発電出力または前記軸出力を変数とする関数により求められるものである。
The gas engine misfire detection method according to
請求項3記載のガスエンジンの失火検出方法は、筒内圧力を受け止めるシリンダヘッドをシリンダ本体に固定する締結具の歪を歪ゲージにより検出するステップと、ガスエンジンの給気圧力、燃料供給量、点火角に基づいて、完全燃焼時の歪と完全失火時の歪の範囲内に対応する信号高さに設定されるとともに、ガスエンジンの回転速度と点火角とに基づいて発信点が設定される判定波形を有する失火判定信号を形成するステップと、前記ステップで歪ゲージにより検出された歪検出信号から前記失火判定信号を減算するステップと、前記ステップの判定波形に対応する減算値と基準値とを比較して燃焼状態を判定するステップとを具備したものである。 According to a third aspect of the present invention, there is provided a gas engine misfire detection method comprising: a step of detecting distortion of a fastener that fixes a cylinder head that receives in-cylinder pressure to a cylinder body with a strain gauge; a supply pressure of a gas engine; a fuel supply amount; Based on the ignition angle, the signal height corresponding to the range of the distortion at the time of complete combustion and the distortion at the time of complete misfire is set, and the transmission point is set based on the rotation speed of the gas engine and the ignition angle. Forming a misfire determination signal having a determination waveform; subtracting the misfire determination signal from a strain detection signal detected by a strain gauge in the step; and a subtraction value and a reference value corresponding to the determination waveform of the step And determining the combustion state.
請求項4記載のガスエンジンの失火検出方法は、請求項3記載の方法において、ガスエンジンにおける給気圧力と燃料供給量と点火角とに基づいて失火判定信号の信号高さを求めるデータテーブルを予め作成しておき、ガスエンジンの運転を制御するシリンダ制御装置から出力される給気圧力と燃料供給量と点火角の出力値により前記データテーブルに基づいて判定波形の信号高さを設定するものである。
A misfire detection method for a gas engine according to claim 4 is the method according to
請求項5記載のガスエンジンの失火検出方法は、請求項1乃至4のいずれかに記載の方法において、判定波形が、完全燃焼時における最大歪発生時またはその後方近傍時に発信される1つの判定波形部からなり、波形判定部に対応する減算値が基準値より大きい時に完全燃焼と判定し、前記減算値が基準値以下の時に失火と判定するものである。
A misfire detection method for a gas engine according to
請求項6記載のガスエンジンの失火検出方法は、請求項1乃至4のいずれかに記載の方法において、判定波形が、完全燃焼時における最大歪発生時またはその後方近傍時に発信される初期判定波形部と、当該初期判定波形部の発信点から最小歪発生時までの間に発信される終期判定波形部からなり、前記初期判定波形部に対応する初期減算値と前記終期判定波形部に対応する終期減算値がそれぞれ基準値より大きい時に完全燃焼と判定し、前記両減算値がそれぞれ基準値以下の時に完全失火と判定し、前記両減算値の一方が基準値より大きくかつ他方が基準値以下の時に半失火と判定するものである。 The misfire detection method for a gas engine according to claim 6 is the method according to any one of claims 1 to 4, wherein the determination waveform is an initial determination waveform that is transmitted when the maximum distortion occurs during complete combustion or in the vicinity thereof. And an end determination waveform portion transmitted between the transmission point of the initial determination waveform portion and the time when the minimum distortion occurs, and corresponds to the initial subtraction value corresponding to the initial determination waveform portion and the end determination waveform portion. When the final subtraction value is greater than the reference value, complete combustion is determined. When both the subtraction values are less than the reference value, complete misfire is determined. One of the subtraction values is greater than the reference value and the other is less than the reference value. At that time, it is judged as a semi-misfire.
請求項7記載のガスエンジンの失火検出方法は、請求項1乃至4のいずれかに記載の方法において、判定波形が、完全燃焼時における最大歪発生時またはその後方近傍時に発信される初期判定波形部と、当該初期判定波形部の発信点から最小歪発生時までの間に発信される終期判定波形部と、初期判定波形部と終期判定波形部との間に発信される中間判定波形部からなり、初期判定波形部に対応する初期減算値と中間判定波形部に対応する中間減算値と終期判定波形部に対応する終期減算値とがそれぞれ基準値より大きい時に完全燃焼と判定し、前記各減算値がそれぞれ基準値以下の時に完全失火と判定し、さらに上記各減算値のうち基準値より大きい減算値の数が、基準値以下の減算値の数より多い時に軽度半失火と判定し、基準値より大きい減算値の数が、基準値以下の減算値の数より少ない時に重度半失火と判定するものである。 The misfire detection method for a gas engine according to claim 7 is the method according to any one of claims 1 to 4, wherein the determination waveform is an initial determination waveform that is transmitted when the maximum distortion occurs during complete combustion or in the vicinity thereof. From the initial determination waveform section transmitted from the transmission point of the initial determination waveform section to the time of occurrence of the minimum distortion, and the intermediate determination waveform section transmitted between the initial determination waveform section and the final determination waveform section When the initial subtraction value corresponding to the initial determination waveform portion, the intermediate subtraction value corresponding to the intermediate determination waveform portion, and the final subtraction value corresponding to the final determination waveform portion are each greater than the reference value, it is determined that complete combustion is performed, When the subtraction value is less than or equal to the reference value, it is determined as complete misfire, and when the number of subtraction values greater than the reference value among the subtraction values is greater than the number of subtraction values less than or equal to the reference value, it is determined as mild semi-misfire. Greater than reference value The number of There subtraction value, is to determine the severity half misfire when less than the number of the reference value following subtraction value.
請求項8記載のガスエンジンの失火検出方法は、請求項1乃至4のいずれかに記載の方法において、判定波形部が、完全燃焼時における最大歪発生時またはその後方近傍時の発信点と、当該発信点から所定時間経過後の停止点とにわたって発信され、かつ発信点の信号高さより停止点の信号高さが小さい台形波に形成され、前記波形判定部に対応する減算値が基準値より大きい時に完全燃焼と判定し、前記減算値が基準値以下の時に完全失火と判定し、前記減算値の一部が基準値より大きくかつ残部が基準値以下の時に半失火と判定するものである。 A misfire detection method for a gas engine according to claim 8 is the method according to any one of claims 1 to 4, wherein the determination waveform portion is a transmission point at the time of occurrence of maximum strain at the time of complete combustion or near the rear thereof. A trapezoidal wave is transmitted from the transmission point to a stop point after a predetermined time has elapsed, and the signal height of the stop point is smaller than the signal height of the transmission point, and the subtraction value corresponding to the waveform determination unit is greater than the reference value. When it is larger, it is judged as complete combustion, when the subtracted value is less than the reference value, it is judged as complete misfire, and when a part of the subtracted value is larger than the reference value and the remainder is less than the reference value, it is judged as half misfire. .
請求項9記載のガスエンジンの失火検出方法は、請求項8記載のガスエンジンの失火検出方法において、半失火と判定された時に、基準値より大きい減算値を累積した上位累積減算値と、基準値より小さい減算値を累積した下位累積減算値とを比較し、前記上位累積減算値が前記下位累積減算値より大きい時に軽度半失火と判定し、前記上位累積減算値が前記下位累積減算値以下の時に重度半失火と判定するものである。 The misfire detection method for a gas engine according to claim 9 is the misfire detection method for a gas engine according to claim 8, wherein when it is determined that the misfire has occurred, a higher cumulative subtraction value obtained by accumulating a subtraction value greater than a reference value, and a reference Comparing with a lower cumulative subtraction value obtained by accumulating a subtraction value smaller than the value, it is determined that the semi-misfire is mild when the upper cumulative subtraction value is greater than the lower cumulative subtraction value, and the upper cumulative subtraction value is less than or equal to the lower cumulative subtraction value At that time, it is judged as a severe semi-misfire.
請求項10記載のガスエンジンの失火検出装置は、筒内圧力を受け止めるシリンダヘッドをシリンダ本体に固定する締結具に取り付けられて、前記筒内圧力により生じる歪を検出する歪ゲージと、判定波形を有する失火判定信号を形成する判定信号形成部と、前記歪ゲージから出力された歪検出信号から前記失火判定信号を減算する減算器と、前記減算器の減算値と基準値とを比較して燃焼状態を判定する失火判定部とを具備し、前記判定信号形成部は、ガスエンジンの出力に基づいて、完全燃焼時の筒内圧力による歪と完全失火時の筒内圧力による歪の範囲内に対応して前記判定波形の信号高さを設定するとともに、ガスエンジンの回転速度と点火角とに基づいて前記判定波形の発信点を設定するように構成されたものである。
A misfire detection device for a gas engine according to
請求項11記載のガスエンジンの失火検出装置は、請求項10記載の構成において、ガスエンジンの出力を、ガスエンジンにより駆動される発電機の発電出力、またはガスエンジンの運転を制御するシリンダ制御装置から出力される軸出力とし、判定信号形成部は、判定波形の信号高さを前記発電出力または前記軸出力を変数とする関数により求めるように構成されたものである。
A misfire detection device for a gas engine according to
請求項12記載のガスエンジンの失火検出装置は、筒内圧力を受け止めるシリンダヘッドをシリンダ本体に固定する締結具に取り付けられて前記筒内圧力により生じる歪を検出する歪ゲージと、判定波形を有する失火判定信号を形成する判定信号形成部と、前記歪ゲージから出力された歪検出信号から失火判定信号を減算する減算器と、前記減算器により減算された前記判定波形に対応する減算値と基準値とを比較して燃焼状態を判定する失火判定部とを具備し、前記判定信号形成部は、ガスエンジンの給気圧力、燃料供給量、点火角に基づいて、完全燃焼時の筒内圧力による歪と完全失火時の筒内圧力による歪の範囲に対応する判定波形の信号高さを設定するとともに、ガスエンジンの回転速度と点火角とに基づいて前記判定波形の発信点を設定するように構成されたものである。
A misfire detection device for a gas engine according to
請求項13記載のガスエンジンの失火検出装置は、請求項12記載の構成において、判定信号形成部に、ガスエンジンにおける給気圧力と燃料供給量と点火角から判定波形の信号高さを求めるデータテーブルに設け、前記判定信号形成部は、ガスエンジンの運転を制御するシリンダ制御装置から出力される給気圧力と燃料供給量と点火角とにより前記データテーブルに基づいて前記判定波形の信号高さを設定するように構成されたものである。
The misfire detection device for a gas engine according to
請求項14記載のガスエンジンの失火検出装置は、請求項10乃至13のいずれかに記載の構成において、判定波形部が、完全燃焼時における最大歪発生時または後方近傍時に発信される初期判定波形部と、当該初期判定波形部の発信点から所定時間経過後に発信される中間判定波形部と、当該中間波形部の発信点から所定時間経過後に発信される終期判定波形部とからなり、失火判定部は、初期判定波形部に対応する初期減算値と中間判定波形部に対応する中間減算値と終期判定波形部に対応する終期減算値とがそれぞれ基準値より大きい時に完全燃焼と判定し、前記各減算値がそれぞれ基準値以下の時に完全失火と判定し、さらに上記各減算値のうち基準値より大きい減算値の数が、基準値以下の減算値の数より多い時に軽度半失火と判定し、基準値より大きい減算値の数が、基準値以下の減算値の数と同じかまたは少ない時に重度半失火と判定するように構成されたものである。
The misfire detection device for a gas engine according to
請求項15記載の発明は、請求項10乃至13のいずれかに記載の構成において、判定波形部が、完全燃焼時における最大歪発生時のその後方近傍の発信点から所定時間経過後の停止点にわたって発信され、かつ発信点の信号高さより停止点の信号高さが小さい台形波の1つの判定波形部からなり、失火判定部は、前記波形判定部に対応する減算値が基準値より大きい時に完全燃焼と判定し、前記減算値が基準値以下の時に完全失火と判定し、前記減算値の一部が基準値より大きくかつ残部が基準値以下の時に半失火と判定するように構成されたものである。 A fifteenth aspect of the present invention is the configuration according to any one of the tenth to thirteenth aspects, wherein the determination waveform portion is a stop point after a predetermined time has elapsed from a transmission point in the vicinity thereof when the maximum strain occurs during complete combustion. And a determination waveform portion of a trapezoidal wave whose stop point signal height is smaller than the transmission point signal height, and the misfire determination portion is when the subtraction value corresponding to the waveform determination portion is larger than a reference value It is determined to be complete combustion, and determined to be complete misfire when the subtracted value is less than or equal to a reference value, and to be determined to be half misfired when a part of the subtracted value is greater than the reference value and the remainder is less than or equal to the reference value. Is.
請求項1または10記載のガスエンジンの失火検出方法または装置によれば、筒内圧力を受け止めるシリンダヘッドの締結具に歪ゲージを設け、ガスエンジンの回転速度と点火角とに基づいて設定された発信点で発信されるとともに、エンジンの出力に基づいて設定された信号高さの判定波形を有する失火判定信号を形成し、前記歪ゲージの歪検出信号から前記失火判定信号を減算し、判定波形部に対応する減算値に基づいて失火を判定する。したがって、締結具の歪を検出する歪ゲージが、燃焼ガスの高温雰囲気に晒されることがなく、歪ゲージへの熱的負荷が少ないため歪ゲージの耐久性が高い。また歪検出信号や失火判定信号の形成や、信号の減算処理、失火の判定処理を容易かつ短時間で行うことができ、シリンダの筒内圧力に近似する歪ゲージの歪検出信号に基づいて、精度良く失火を判定することができる。
According to the misfire detection method or apparatus of a gas engine according to
請求項3または12記載のガスエンジンの失火検出方法または装置によれば、筒内圧力を受け止めるシリンダヘッドの締結具に歪ゲージを設け、ガスエンジンの回転速度と点火角とに基づいて設定された発信点で発信されるとともに、エンジンの給気圧力と燃料供給量、点火角に基づいて設定された信号高さの判定波形を有する失火判定信号を形成し、前記歪ゲージの歪検出信号から前記失火判定信号を減算し、判定波形部に対応する減算値に基づいて失火を判定する。したがって、締結具の歪を検出する歪ゲージが、燃焼ガスの高温雰囲気に晒されることがなく、歪ゲージへの熱的負荷が少ないため歪ゲージの耐久性が高い。また歪検出信号や失火判定信号の形成や、信号の減算処理、失火の判定処理を容易かつ短時間で行うことができ、シリンダの筒内圧力に近似する歪ゲージの歪検出信号に基づいて、精度良く失火を判定することができる。
According to the misfire detection method or apparatus for a gas engine according to
請求項5記載のガスエンジンの失火検出方法によれば、1つの判定波形部からなる判定波形を有する失火判定信号により、完全燃焼と失火とを精度良く判定することができる。
請求項6記載のガスエンジンの失火検出方法によれば、2つの判定波形部からなる判定波形を有する失火判定信号により、完全燃焼と完全失火と半失火とを精度良く判定することができる。
According to the misfire detection method for a gas engine according to the fifth aspect, complete combustion and misfire can be accurately determined by a misfire determination signal having a determination waveform composed of one determination waveform portion.
According to the misfire detection method of the gas engine according to the sixth aspect, complete combustion, complete misfire, and semi-misfire can be accurately determined by a misfire determination signal having a determination waveform composed of two determination waveform portions.
請求項7または14記載のガスエンジンの失火検出方法または装置によれば、3つの判定波形部からなる判定波形を有する失火判定信号により、完全燃焼と完全失火と軽度半失火と重度半失火とを精度良く判定することができる。
According to the misfire detection method or apparatus of the gas engine according to
請求項8または15記載のガスエンジンの失火検出方法または装置によれば、発信点から停止点まで長時間出力される台形波の1つの判定波形部からなる判定波形を有する失火判定信号により、完全燃焼、半失火、完全失火を精度良く判定することができる。 According to the misfire detection method or apparatus for a gas engine according to claim 8 or 15, the misfire determination signal having a determination waveform composed of one determination waveform portion of a trapezoidal wave that is output for a long time from the transmission point to the stop point. Combustion, semi-misfire, and complete misfire can be accurately determined.
請求項9記載のガスエンジンの失火検出方法によれば、請求項8記載の発明において半失火の場合に、基準値より上位の累積減算値と下位の累積減算値とにより、重度半失火と軽度半失火とを精度良く判定することができる。 According to the misfire detection method for a gas engine according to claim 9, in the case of semi-misfire in the invention according to claim 8, a severe semi-misfire and a mildness are calculated by a cumulative subtraction value higher than a reference value and a lower cumulative subtraction value. Semi-misfire can be accurately determined.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
[実施の形態1]
(ガスエンジンの全体構造)
図1において、11は都市ガスなどを燃料として発電機7を駆動するたとえば4気筒2サイクルのガスエンジンで、シリンダ制御装置(CCU:Cylinder Control Unit)5により運転制御されている。前記シリンダ制御装置5は、ガスエンジン11の運転状態のデータ、たとえば軸出力や給気圧力、燃料供給量、点火角などのデータがそれぞれ出力可能に構成されている。またクランク軸10にはクランク軸10の回転速度(ガスエンジンの回転速度)を検出するロータリーエンコーダなどからなる回転センサ6が設けられている。8は発電機7の発電監視制御盤で、たとえば発電出力などのデータが出力可能に構成されている。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
[Embodiment 1]
(Overall structure of gas engine)
In FIG. 1,
(失火検出装置)
図1〜図3に示すように、本発明に係る失火検出装置は、ガスエンジン11の各シリンダ11a〜11d毎に設けられて燃焼に伴って変化する筒内圧力に近似する歪を検出して歪検出信号Pxを出力する歪ゲージ1A〜1Dと、発電監視制御盤8から出力される発電機7の発電出力(エンジン出力)、および回転センサ6により検出されたガスエンジン11の回転速度、ならびにシリンダ制御装置5から出力される点火指示信号(点火角)に基づいて失火判定信号Pjを形成し出力する判定信号形成部2と、前記歪ゲージ1A〜1Dにより検出された歪検出信号Pxから前記失火判定信号Pjを減算処理して合成信号Jxを形成する減算器3と、前記合成信号Jxから燃焼状態を判定する失火判定部4とを具備し、燃焼状態を記録するメモリ9Aが設けられている。また、失火判定部4に判定された燃焼状態が、たとえば重度半失火または完全失火の場合に、警告ブザーや警告ランプを作動させたり、表示装置に警告表示する出力装置9Bが設けられている。
(Misfire detection device)
As shown in FIGS. 1 to 3, the misfire detection device according to the present invention detects a strain that is provided for each
実施の形態1は、1回の燃焼に対して矩形波の3つの判定波形部Pj1〜Pj3からなる判定波形を有する失火判定信号Pjを形成し、完全燃焼、重度半失火、軽度半失火、完全失火を判定するものである。 The first embodiment forms a misfire determination signal Pj having a determination waveform composed of three determination waveform portions Pj1 to Pj3 of a rectangular wave for one combustion, and complete combustion, severe semi-misfire, mild semi-misfire, complete A misfire is determined.
(筒内圧力の検出)
各シリンダ11a〜11dの筒内圧力の検出は、燃焼ガスを直接検出すると、高温雰囲気下での検出となって検出器の耐久性や安定性に問題が生じやすい。そこで、燃焼時に各シリンダ11a〜11dに発生する筒内圧力がシリンダヘッド12で受け止められることから、シリンダ本体13にシリンダヘッド12を連結固定した締付けボルト(締結具)14に圧力負荷がかかり応力が生じることに着目し、この失火検出装置では、前記締付けボルト14に生じる歪を歪ゲージ1A〜1Dにより検出することで、これを筒内圧力に近似する値として失火を判定する。
(In-cylinder pressure detection)
The detection of the in-cylinder pressure of each of the
すなわち、燃焼室を形成するシリンダ本体13には、図示しないが点火装置を設けた副室や給排気弁などを有するシリンダヘッド12が複数の締付けボルト14により取り付けられており、図2に示すように、前記締付けボルト14によりシリンダ本体13のシリンダケース13aとシリンダヘッド12のカバー体12aとが締結されている。燃焼時の筒内圧力は、締付けボルト14を介してシリンダヘッド12で受け止められ、これにより締付けボルト14の軸部14aに引っ張り応力が生じるとともに、座金14bに圧縮応力が生じる。このため、各シリンダ11a〜11d毎に複数本のうちの1本の締付けボルト14の軸部14aまたは座金14bに歪ゲージ1A〜1Dが貼着固定される。
That is, a
(歪検出信号)
1本のシリンダ11a〜11dにおける1回の燃焼で前記歪ゲージ1A〜1Dに検出される歪検出信号Pxは、筒内圧力が負荷されない状態を基準位置0(V)として、山形の湾曲線状に出力される。たとえば、完全燃焼時の歪検出信号P1と、軽度半失火の歪検出信号P2aと、重度半失火の歪検出信号P2bと、完全失火の歪検出信号P3とは、それぞれ図4(a)に示すように表される。
(Distortion detection signal)
The strain detection signals Px detected by the
前記完全燃焼時の歪検出信号P1は、ピストンの上昇に従って筒内圧力が増大され、点火点Sで点火装置に火花が発生して副室内の燃料が着火された後、着火点付近で燃焼室内に燃焼が拡大される。この着火点を越えると、筒内圧力が加速度的に増大されて歪が増加し、ピストンの上死点を越えてさらに筒内圧力が増大されて最大筒内圧力点となり、最大歪P1Cmaxが検出される。そして最大筒内圧力点を越えると、筒内圧力が下降するに従って歪が漸次下降される。 The distortion detection signal P1 at the time of complete combustion is such that the in-cylinder pressure increases as the piston rises, a spark is generated in the ignition device at the ignition point S, and the fuel in the sub chamber is ignited. Combustion is expanded. When the ignition point is exceeded, the in-cylinder pressure is accelerated to increase the strain, and the in-cylinder pressure is further increased beyond the top dead center of the piston to become the maximum in-cylinder pressure point, and the maximum strain P1Cmax is detected. The When the maximum in-cylinder pressure point is exceeded, the strain gradually decreases as the in-cylinder pressure decreases.
完全失火時の歪検出信号P3は、着火点で燃料に着火しないため、ピストンの上昇に伴う圧縮でのみ加圧されて筒内圧力が増大し、歪が増加する。したがって、上死点付近が最大筒内圧力点となって最大歪P3Cmaxが検出される。この最大筒内圧力点を越えると筒内圧力がゆっくりと下降されて歪が減少する。 Since the distortion detection signal P3 at the time of complete misfire does not ignite the fuel at the ignition point, it is pressurized only by the compression accompanying the rise of the piston, the cylinder pressure increases, and the distortion increases. Therefore, the vicinity of the top dead center becomes the maximum in-cylinder pressure point, and the maximum strain P3Cmax is detected. When the maximum in-cylinder pressure point is exceeded, the in-cylinder pressure is slowly lowered to reduce distortion.
半失火時の歪検出信号P2a,P2bは、着火点で燃料に着火されるが燃焼が燃焼室全体に広がらず完全燃焼しないため、完全燃焼時ほど筒内圧力が上がりきらない。そして半失火時の最大筒内圧力点に対応する最大歪が、完全燃焼時の最大歪P1Cmaxと完全失火時の最大歪P3Cmaxの間で検出される。また重度半失火の場合は、最大筒内圧力を越えてから比較的早く筒内圧力が減少して歪が早く下降し、また軽度半失火の場合は、最大筒内圧力点を越えてからゆっくりと筒内圧力が減少して歪が遅く下降する。 The strain detection signals P2a and P2b at the time of half misfire are ignited by the fuel at the ignition point, but the combustion does not spread over the entire combustion chamber and does not complete combustion, so the in-cylinder pressure does not rise as much as during complete combustion. The maximum strain corresponding to the maximum in-cylinder pressure point at the time of half misfire is detected between the maximum strain P1Cmax at the time of complete combustion and the maximum strain P3Cmax at the time of complete misfire. In the case of severe semi-misfire, the cylinder pressure decreases relatively quickly after exceeding the maximum in-cylinder pressure, and the strain decreases quickly.In the case of mild semi-misfire, the maximum in-cylinder pressure point is exceeded slowly. And the in-cylinder pressure decreases and the strain falls slowly.
(判定信号形成部と失火判定信号)
判定信号形成部2において形成される失火判定信号Pjの判定波形は、図4(b)に示すように、1本のシリンダ11a〜11dの1回の燃焼に対して、矩形波からなる3つの第1〜第3判定波形部Pj1〜Pj3を有している。図4(b)のグラフは時間tを横軸に、電圧Vを縦軸に第1〜第3判定波形部Pj1〜Pj3が表されており、第1判定波形部(初期判定波形部)Pj1は、点火点Sから所定時間(t1)経過後の完全燃焼時の最大歪発生時Tp(または僅かの時間が経過した後方近傍時)の発信点T1で発信され、第3判定波形部(終期判定波形部)Pj3は第1判定波形部Pj1の発信点T1から所定時間(t3)経過後で最小歪発生時までの間の発信点T3で発信され、第2判定波形部(中間判定波形部)Pj2は、第1判定波形部Pj1の発信点T1から所定時間(t2)経過後で第3判定波形部Pj3の発信点T3までの間の発信点T2で発信される。
(Judgment signal formation part and misfire judgment signal)
As shown in FIG. 4B, the determination waveform of the misfire determination signal Pj formed in the determination
・第1判定波形部の出力高さについて、
第1判定波形部Pj1の出力高さHj1は、ガスエンジン1の機関によってそれぞれ異って設定されるもので、発電監視制御盤8から出力される発電機7の発電出力(ガスエンジンの出力)Wを変数とした関数Q1により設定される。
・ About the output height of the first judgment waveform part
The output height Hj1 of the first determination waveform portion Pj1 is set differently depending on the engine of the gas engine 1, and the power generation output of the generator 7 output from the power generation monitoring control panel 8 (gas engine output). It is set by the function Q1 with W as a variable.
関数Q1=f(W)…(1)式
この(1)式により求められる出力高さHj1は、完全燃焼時の最大筒内圧力P1maxにより求められた最大歪P1Cmaxと、完全失火時の最大筒内圧力P3maxにより求められた最大歪P3Cmaxの範囲内で、たとえばその中間位置[(P1Cmax+P3Cmax)/2の位置]に対応するように設定される。
Function Q1 = f (W) (1) Expression The output height Hj1 obtained from the expression (1) is the maximum strain P1Cmax obtained from the maximum in-cylinder pressure P1max at the time of complete combustion and the maximum cylinder at the time of complete misfire. Within the range of the maximum strain P3Cmax determined by the internal pressure P3max, for example, it is set so as to correspond to the intermediate position [position of (P1Cmax + P3Cmax) / 2].
たとえば実験に使用したガスエンジンで説明すると、発電出力W=0〜6000kWの範囲で、実験値により完全燃焼時の最大筒内圧力P1maxは、
P1max(MPa)=0.00145×W+2.71で表される。
For example, in the case of the gas engine used in the experiment, the maximum in-cylinder pressure P1max at the time of complete combustion is determined from the experimental value in the range of the power generation output W = 0 to 6000 kW.
P1max (MPa) = 0.00145 × W + 2.71.
ここで締付けボルト14で計測された歪は1MPaあたり約0.8μSTであるので、完全燃焼時の最大歪P1Cmaxは、
P1Cmax(V)=(0.00145×W+2.71)×0.8となる。
同様にして、完全失火時の最大筒内圧力P3maxは、
P3max(MPa)=0.00113×W+0.327で表されるので、完全失火時の最大圧歪P3Cmaxは、
P3Cmax=(0.00113×W+0.327)×0.8となる。
Here, since the strain measured with the tightening
P1Cmax (V) = (0.00145 × W + 2.71) × 0.8.
Similarly, the maximum in-cylinder pressure P3max at the time of complete misfire is
Since P3max (MPa) = 0.00113 × W + 0.327, the maximum pressure strain P3Cmax at the time of complete misfire is
P3Cmax = (0.00113 × W + 0.327) × 0.8.
したがって、第1判定波形部Pj1の出力高さHj1は、完全燃焼時の最大歪と完全失火時の最大歪の中間位置に設定されるので、
Q1(MPa)=f(W)=(0.00129×W+1.519)×0.8で表される。なお、第1判定波形部Pj1の出力高さHj1は、このQ1を電圧に変換した値である。
Therefore, the output height Hj1 of the first determination waveform portion Pj1 is set at an intermediate position between the maximum strain at the time of complete combustion and the maximum strain at the time of complete misfire.
Q1 (MPa) = f (W) = (0.00129 × W + 1.519) × 0.8. The output height Hj1 of the first determination waveform portion Pj1 is a value obtained by converting Q1 into a voltage.
・第1判定波形部の発信点について、
第1判定波形部Pj1の出力タイミングである発信点T1は、回転センサ6により検出されるガスエンジン11の回転速度と、シリンダ制御装置5から各シリンダ11a〜11d毎に出力される点火指示信号の点火点(点火角)Sと、点火点Sから発信点T1までの回転角θjに基づいて、関数Q2により求められる。点火点Sから発信点T1まで、クランク軸10が回転角θjの回転に要する時間t1は、ガスエンジン11の回転速度により変化し、回転速度の出力単位が回転数/分(r.p.m)であることから、
Q2=f(Z)=θj/[(Z/60)×360]=t1…(2)式で表される。
・ About the transmission point of the first judgment waveform part
The transmission point T1, which is the output timing of the first determination waveform portion Pj1, is the rotation speed of the
Q2 = f (Z) = θj / [(Z / 60) × 360] = t1 (Expression (2))
ここで、第1判定波形部Pj1の発信点T1は、完全燃焼時の最大歪発生時Tp(またはその後方近傍時)となる。
・第2判定波形部の発信高さと発信点について、
第2判定波形部Pj2の発信点T2は、完全燃焼時の最大歪発生時Tpからクランク軸10が15°回転するのに要する時間t2に設定される。これは、最大歪発生時Tpからクランク軸10が15°回転した位置の歪が完全燃焼時の歪に達していないと、この後に時間が経過しても、完全燃焼時の歪に達しないことが実験により確認されているためである。したがって、第1判定波形部Pj1の発信点T1が完全燃焼時の最大歪発生時Tpとした場合、クランク軸10が15°回転に要する時間は15/[(Z/60)×360]となるので、点火点Sから発信点T2までの時間t1+t2が、t1+15/[(Z/60)×360]で表される。
Here, the transmission point T1 of the first determination waveform portion Pj1 is the time Tp when the maximum distortion occurs during complete combustion (or the vicinity thereof).
・ About the transmission height and transmission point of the second judgment waveform part
The transmission point T2 of the second determination waveform portion Pj2 is set to a time t2 required for the
また第2判定波形部Pj2の信号高さHj2は、実験値からたとえば第1判定波形部Pj1の信号高さHj1の2/3に設定される。
・第3判定波形部の発信高さと発信点について、
第3判定波形部Pj3の発信点T3は、完全燃焼時の最大歪発生時Tpからクランク軸10が35°回転するのに要する時間t3に設定される。これは、最大歪発生時Tpの発生位置からクランク軸10が35°回転した位置で歪が完全燃焼時の歪に達していないと、この後時間が経過しても、歪が上昇しないことが実験により確認されているためである。したがって、第1判定波形部Pj1の発信点T1が完全燃焼時の最大歪発生時Tpである場合、ガスエンジン11の回転速度Z(r.p.m)で、クランク軸10が35°回転するのに要する時間は35/[(Z/60)×360]であり、点火点Sから発信点T3までの時間t1+t3=t1+35/[(Z/60)×360]となる。
Further, the signal height Hj2 of the second determination waveform portion Pj2 is set to 2/3 of the signal height Hj1 of the first determination waveform portion Pj1 from experimental values, for example.
・ About the transmission height and transmission point of the third judgment waveform part
The transmission point T3 of the third determination waveform portion Pj3 is set to a time t3 required for the
またこの第3判定波形部Pj3の信号高さHj3は、実験値からたとえば第1判定波形部Pj1の信号高さHj1の1/3に設定されている。
(第1〜第3判定波形部の信号幅)
第1〜第3判定波形部Pj1〜Pj3の信号幅(出力時間)Wjは、減算器3において歪検出信号Pxから第1〜第3判定波形部Pj1〜Pj3がそれぞれ減算でき失火判定部4で判定可能な幅であればよく、図では実際より広く表される。
The signal height Hj3 of the third determination waveform portion Pj3 is set to, for example, 1/3 of the signal height Hj1 of the first determination waveform portion Pj1 from experimental values.
(Signal width of first to third determination waveform portions)
The signal width (output time) Wj of the first to third determination waveform portions Pj1 to Pj3 can be subtracted by the first to third determination waveform portions Pj1 to Pj3 from the distortion detection signal Px in the
(減算器・失火判定部)
図5に示すように、減算器3において、アナログ信号である歪検出信号Px(P1〜P3)から、判定信号形成部2のアナログ信号である失火判定信号Pjを減算して合成信号Jxを形成し、第1〜第3判定波形部Pj1〜Pj3にそれぞれ対応する3つの第1〜第3減算波形部J1〜J3をそれぞれ形成する。
(Subtractor / Misfire detection unit)
As shown in FIG. 5, the
ついで失火判定部4により、第1〜第3減算波形部J1〜J3の値(初期減算値、中間減算値、終期減算値)が基準値である0より高い正の値か、0以下の0または負の値かどうかで、完全燃焼、軽度半失火、重度半失火、完全失火を判定する。 Subsequently, the misfire determination unit 4 determines that the values of the first to third subtraction waveform units J1 to J3 (initial subtraction value, intermediate subtraction value, and final subtraction value) are positive values higher than the reference value of 0, or 0 of 0 or less. Whether it is a negative value or not is judged as complete combustion, mild half misfire, severe half misfire, or complete misfire.
すなわち、失火判定部4では、図5(a)に示すように、第1〜第3減算波形部J1〜J3の値がすべて0を越える正の値であれば完全燃焼と判定する。また図5(d)に示すように、第1〜第3減算波形部J1〜J3の値がすべて0または負の値であれば完全失火と判定する。さらに図5(b)に示すように、第1〜第3減算波形部J1〜J3のうち、2つの減算波形部、たとえば第2,第3減算波形部J2,J3が正の値で、残りの1つの第1減算波形部J1が0または負の値であれば、軽度半失火と判定する。さらに図5(c)に示すように、第1〜第3減算波形部J1〜J3のうち、1つの合成信号、たとえば第3減算波形部J3が正の値で、残りの2つの第1,第2減算波形部J1,J2が0または負の値であれば、重度半失火と判定する。 That is, the misfire determination unit 4 determines complete combustion if the values of the first to third subtraction waveform units J1 to J3 are all positive values exceeding 0, as shown in FIG. Further, as shown in FIG. 5D, if all the values of the first to third subtraction waveform portions J1 to J3 are 0 or a negative value, it is determined that complete misfire has occurred. Further, as shown in FIG. 5B, of the first to third subtraction waveform sections J1 to J3, two subtraction waveform sections, for example, the second and third subtraction waveform sections J2 and J3 are positive values, and the remaining If one of the first subtraction waveform portions J1 is 0 or a negative value, it is determined as a mild half misfire. Further, as shown in FIG. 5 (c), one of the first to third subtraction waveform portions J1 to J3, one composite signal, for example, the third subtraction waveform portion J3 has a positive value, and the remaining two first and first subtraction waveform portions J1 to J3 are positive. If the second subtracted waveform portions J1 and J2 are 0 or a negative value, it is determined that a severe half misfire has occurred.
ここで説明した各シリンダ11a〜11d毎に歪ゲージ1A〜1Dから出力され加算された歪検出信号Pxと、判定信号形成部2により形成され出力された失火判定信号Pjと、減算器3で形成された合成信号Jxとを図6(a)〜(c)に示す。図6において、失火判定部4では、3つ目のシリンダ11cの第1〜第3減算波形部J1〜J3の値がすべて0または負の値であるので、完全失火と判定される。
A strain detection signal Px output from the
上記実施の形態1において、各シリンダ11a〜11dのシリンダヘッド12を取り付ける締付けボルト14の軸部14aまたは座金14bに、歪ゲージ1A〜1Dを取り付け、各歪ゲージ1A〜1Dからシリンダ11a〜11dの筒内圧力の近似値として歪を取り出す(ステップ1)。
In the first embodiment, the
そして判定信号形成部2では、失火判定信号Pjの第1判定波形部Pj1を出力する発信点T1を、シリンダ制御装置5から出力される点火指示信号の点火点Sを基準として、回転センサ6により検出されたガスエンジン11の回転速度Zを関数Q2に代入して求める。さらに第1判定波形部Pj1の信号高さHj1を、発電監視制御盤7から出力された発電出力Wを変数とする関数Q1に代入して求める。さらに第1判定波形部Pj1の発信点T1と出力高さHj1とに基づいて、第2判定波形部Pj2と第3判定波形部Pj3の発信点T2,T3および出力高さHj2,Hj3とを求める(ステップ2)。
Then, in the determination
さらに減算器3で歪ゲージ1A〜1Dのアナログ信号である歪検出信号Pxからアナログ信号である失火判定信号Pjを減算して合成信号Jxを形成する(ステップ3)。そして失火判定部4では、合成信号Jxにおいて、第1〜第3判定波形部Pj1〜Pj3に対応する第1〜第3減算波形部J1〜J3に基づいて、各シリンダ11a〜11d毎に完全燃焼、軽度半失火、重度半失火、完全失火を判定する(ステップ3)。そしてこの燃焼状態をメモリ9Aに記録し、また重度半失火、完全失火の場合には、出力装置9Bに出力して警告ブザーや警告ランプを作動させたり、表示装置に警告表示する。
Further, the
ここでシリンダ11a〜11dの1つに重度半失火や完全失火が多い場合には、そのシリンダへの燃料供給を停止し、他のシリンダはそのまま運転を継続する。そして休止時にそのシリンダを点検する。2つ以上のシリンダに重度半失火や完全失火が多い場合には、ガスエンジン11を停止して問題のシリンダを点検する。
Here, when one of the
上記実施の形態1によれば、締付けボルト14の軸部14aまたは座金14bに取り付けられた歪ゲージ1A〜1Dにより、各シリンダ11a〜11dの筒内圧力の近似値として歪を検出するので、直接高温ガスの温度や圧力、成分などを検出する検出器に比較して熱的負荷が少なく、歪ゲージ1A〜1Dの寿命を長くできてメンテナンスコストを抑制することができる。
According to the first embodiment, the strain is detected as an approximate value of the in-cylinder pressure of each
また減算器3により、歪ゲージ1A〜1Dのアナログ信号である歪検出信号Pxからアナログ信号である失火判定信号Pjを減算して合成信号Jxを形成し、失火判定部4で、第1〜第3判定波形部Pj1〜Pj3に対応する第1〜第3減算波形部J1〜J3の値が、基準値である0を越える正の値か、または0以下の0または負の値かで、各シリンダ11a〜11d毎に完全燃焼、完全失火、軽度半失火、重度半失火を判定するので、失火判定するための信号処理を容易かつ短時間で行え、ガスエンジンの運転状態に対応して精度良く燃焼状態を判定することができる。
Further, the
なお、上記実施の形態1において、判定信号形成部2で第1判定波形部Pj1の信号高さHj1を求める関数Q1の変数として、発電出力Wを用いたが、シリンダ制御装置5から出力される軸出力Aであってもよい。ここで発電出力W=軸出力A×(発電機7の発電効率)の関係にある。
In the first embodiment, the power generation output W is used as the variable of the function Q1 for determining the signal height Hj1 of the first determination waveform section Pj1 in the determination
また、判定信号形成部2で発信点T1を求める関数Q2の基準位置として、シリンダ制御装置5から出力される点火指示信号の点火点Sとしたが、ガスエンジン11において1サイクル毎に出力される基準位置信号(トップマーク)を基準として発信点を求めることもできる。この場合には、各シリンダ11a〜11d毎の発信点T1は、各シリンダ11a〜11dのクランク角に基づいてそれぞれ設定すればよい。
Further, the reference position of the function Q2 for obtaining the transmission point T1 in the determination
さらに減算器3で合成信号Jxを形成し、失火判定部4で第1〜第3判定波形部Pj1〜Pj3に対応する第1〜第3減算波形部J1〜J3に基づいて燃焼状態を判定したが、減算器3で第1〜第3判定波形部Pj1〜Pj3に対応する減算値をそれぞれ検出し、失火判定部4でこれら減算値に基づいて燃焼状態を判定してもよい。
Further, the
さらにまた、上記実施の形態1では、中間判定波形部Pj2を1つとしたが、複数個形成することもできる。この場合、各判定波形部に対応する減算値のうち、基準値である0を超える減算値の数と、0以下の減算値の数が同じ時には、重度失火と判定する。 Furthermore, in the first embodiment, one intermediate determination waveform portion Pj2 is used. However, a plurality of intermediate determination waveform portions Pj2 may be formed. In this case, when the number of subtraction values exceeding 0 as the reference value among the subtraction values corresponding to each determination waveform portion is the same as the number of subtraction values equal to or less than 0, it is determined that a severe misfire has occurred.
[実施の形態2]
この実施の形態2は、実施の形態1において判定信号形成部2で形成される第1判定波形部Pj1の信号高さHj1を、発電機7の発電出力Wに代えて、シリンダ制御装置5から出力される給気圧力B1と燃料供給量B2と点火指示信号の点火角B3に基づいて求めるもので、図7および図8を参照して説明する。なお、実施の形態1と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
[Embodiment 2]
In this second embodiment, the signal height Hj1 of the first determination waveform section Pj1 formed by the determination
判定信号形成部2において、第1判定波形部Pj1の信号高さHj1が、シリンダ制御装置5から出力される給気圧力B1(kPa)と燃料供給量B2(Nm3/hr)と点火指示信号の点火角B3(°)とを変数とした関数Q3により求められる。
In the determination
Q3=f(B1,B2,B3)…(3)式
シリンダ制御装置5から出力される給気圧力B1と燃料供給量B2と点火角B3に基づき、上記(3)式を使用して、第1判定波形部Pj1ごとに信号高さHj1を求めてもよいが、ここでは、試験運転された実験データから、図8に示すように、燃料供給量B2における給気圧力B1と点火角B3とに基づいて、第1判定波形部Pj1の信号高さHj1を求めるデータテーブル21を予め作成しておく。そしてシリンダ制御装置5から出力された給気圧力B1と燃料供給量B2と点火角B3から、データテーブル21によって信号高さHj1を設定する。
Q3 = f (B1, B2, B3) (3) Formula Based on the supply pressure B1, the fuel supply amount B2, and the ignition angle B3 output from the
また第1判定波形部Pj1の発信点T1と、第2,第3判定波形部Pj2,Pj3の信号高さHj2,Hj3および発信点T2,T3は、実施の形態1と同様に求められる。
なお、点火角B3は、基準点火角から1°遅れるごとに最高筒内圧力が所定量ずつ低下するという関係にある。
Further, the transmission point T1 of the first determination waveform portion Pj1, the signal heights Hj2, Hj3 and the transmission points T2, T3 of the second and third determination waveform portions Pj2, Pj3 are obtained in the same manner as in the first embodiment.
The ignition angle B3 has a relationship that the maximum in-cylinder pressure decreases by a predetermined amount every time the reference ignition angle is delayed by 1 °.
上記実施の形態2によれば、発電出力W(または軸出力A)に代えて、燃料供給量B2と給気圧力B1と点火角B3に基づいて失火判定信号Pjの第1判定波形部Pj1の発信高さHj1を求めることができ、これにより実施の形態1と同様の作用効果を奏することができる。 According to the second embodiment, the first determination waveform portion Pj1 of the misfire determination signal Pj is based on the fuel supply amount B2, the supply air pressure B1, and the ignition angle B3 instead of the power generation output W (or the shaft output A). The transmission height Hj1 can be obtained, and thereby the same operational effects as in the first embodiment can be obtained.
[実施の形態3]
実施の形態1,2では、シリンダ11a〜11dの1回の燃焼に対する失火判定信号Pjの判定波形を、3つの第1〜第2判定波形部Pj1〜Pj3により構成したが、この実施の形態3では、シリンダ11a〜11dの1回の燃焼に対する失火判定信号Pjの判定波形を、1つの判定波形部Pj1により構成したものである。これにより完全燃焼か失火かを判定するもので、図9を参照して説明する。なお、先の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
[Embodiment 3]
In the first and second embodiments, the determination waveform of the misfire determination signal Pj for one combustion of the
図9(a)に示すように、判定信号形成部2では、第1判定波形部Pj1のみを有する失火判定信号Pj’を形成する。この第1判定波形部Pj1は、実施の形態1の失火判定信号Pjの第1判定波形部Pj1と同一であり、第1判定波形部Pj1の信号高さHj1および発信点T1の設定方法は、実施の形態1と同様に求められる。
As shown in FIG. 9A, the determination
そして減算器3で、歪検出信号Pxから失火判定信号Pj’を減算して合成信号Jx’を形成する。失火判定部4では、図9(b)に示すように、第1判定波形部Pj1に対応する第1減算波形部J1が基準値である0を越えた正の値であれば完全燃焼と判定し、また図9(c)に示すように、第1減算波形部J1が0または負の値であれば失火(半失火または完全失火)と判定する。
Then, the
上記実施の形態3によれば、1つの判定波形部Pj1を有する失火判定信号Pj’により、簡単な構造で、各シリンダ11a〜11dが完全燃焼しているか、または完全燃焼していない失火状態なのかを容易に判定することができる。
According to the third embodiment, the misfire determination signal Pj ′ having one determination waveform portion Pj1 is used to make the
[実施の形態4]
実施の形態4は、1本のシリンダ11a〜11dの1回の燃焼に対する失火判定信号Pj”の判定波形を、2つの判定波形部Pj1,Pj3により構成して、完全燃焼か、完全失火か、半失火かを判定するもので、図10を参照して説明する。なお、先の実施の形態と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
[Embodiment 4]
In the fourth embodiment, the determination waveform of the misfire determination signal Pj ″ for one combustion of one
図10(a),(b)に示すように、判定信号形成部2では、第1判定波形部Pj1と第3判定波形部Pj3を有する失火判定信号Pj”を形成する。この第1判定波形部Pj1と第3判定波形部Pj3は、実施の形態1の失火判定信号Pjの第1判定波形部Pj1と第3判定波形部Pj3と同一であり、それぞれの信号高さHj1,Hj3および発信点T1,T3の設定方法は、実施の形態1と同様に求められる。
As shown in FIGS. 10A and 10B, the determination
そして減算器3で歪検出信号Pxから失火判定信号Pj”を減算して合成信号Jx”を形成する。失火判定部4では、図10(c)に示すように、第1判定波形部Pj1に対応する第1減算波形部J1および第3判定波形部Pj3に対応する第3減算波形部J3が、それぞれ基準値である0を越えた正の値であれば完全燃焼と判定する。また図10(d)に示すように、第1減算波形部J1および第3減算波形部J3が0または負の値であれば完全失火と判定する。さらに図10(e)に示すように、第1減算波形部J1と第3減算波形部J3の一方が正の値で、他方が0または負の値であれば半失火と判定する。
The
上記実施の形態4によれば、2つの判定波形部Pj1,Pj3からなる判定波形を有する失火判定信号Pj”により、完全燃焼か、完全失火か、半失火かを判定することができる。したがって、簡単な構造で、エンジン11の各シリンダ11a〜11dが完全燃焼しているか、完全失火しているか、半失火しているかを容易に検出することができる。
According to the fourth embodiment, it is possible to determine whether the combustion is complete combustion, complete misfire, or semi-misfire based on the misfire determination signal Pj ″ having the determination waveform including the two determination waveform portions Pj1 and Pj3. With a simple structure, it is possible to easily detect whether the
なお、第1〜第3判定波形部Pj1〜Pj3を矩形波としたが、サインカーブなどの曲線波とすることもできる。
[実施の形態5]
この実施の形態5は、1本のシリンダ11a〜11dの1回の燃焼に対する失火判定信号Ptの判定波形を、1つの台形波の判定波形部Pjtにより構成し、燃焼状態、すなわち完全燃焼か、完全失火か、軽度半失火か、重度半失火かを判定するもので、図11を参照して説明する。なお、実施の形態1と同一部材には同一符号を付して説明を省略する。
Although the first to third determination waveform portions Pj1 to Pj3 are rectangular waves, they may be curved waves such as a sine curve.
[Embodiment 5]
In the fifth embodiment, the determination waveform of the misfire determination signal Pt for one combustion of one
図11(a)に示すように、判定信号形成部2では、1つの台形波の失火判定信号Ptからなる判定波形部Pjtを形成する。この判定波形部Pjtは、発信点Tsから所定時間t3経過後の停止点Teにわたって発信され、かつ発信点Tsの信号高さHjsより停止点Teの信号高さHjeが小さい台形波に形成される。
As shown in FIG. 11A, the determination
判定波形部Pjtの発信点Tsは、実施の形態1の第1判定波形部Pj1の発信点T1と同じで、また停止点Teは、実施の形態1の第3判定波形部Pj3の発信点T3と同じであり、回転センサ6により検出されたガスエンジン11の回転速度Zを変数とした関数Q2により求められる。
The transmission point Ts of the determination waveform part Pjt is the same as the transmission point T1 of the first determination waveform part Pj1 of the first embodiment, and the stop point Te is the transmission point T3 of the third determination waveform part Pj3 of the first embodiment. And is obtained by a function Q2 with the rotational speed Z of the
判定波形部Pjtの発信点Tsの信号高さHjsは、実施の形態1の第1判定波形部Pj1の信号高さHj1と同じであり、発電出力W(または軸出力A)を変数とする関数Q1、または給気圧力B1と燃料供給量B2と点火角B3を変数とする関数Q3により求められる。 The signal height Hjs of the transmission point Ts of the determination waveform portion Pjt is the same as the signal height Hj1 of the first determination waveform portion Pj1 of the first embodiment, and the function uses the power generation output W (or shaft output A) as a variable. Q1 or a function Q3 having the supply air pressure B1, the fuel supply amount B2, and the ignition angle B3 as variables.
また判定波形部Pjpの停止点Teの信号高さHjeは、実施の形態1の第3判定波形部Pj3の信号高さHj3と同じであり、信号高さHjs(Hj1)の1/3に設定され、その停止点Teは、実施の形態1の第3判定波形部Pj3の発信点T3と同一に設定される。 The signal height Hje of the stop point Te of the determination waveform portion Pjp is the same as the signal height Hj3 of the third determination waveform portion Pj3 of the first embodiment, and is set to 1/3 of the signal height Hjs (Hj1). The stop point Te is set to be the same as the transmission point T3 of the third determination waveform portion Pj3 of the first embodiment.
減算器3では、歪検出信号Pxから失火判定信号Ptを減算し、判定波形部Pjtに対応する減算波形部Jpを有する合成信号Jtを形成する。
失火判定部4は、図11(b)に示すように、合成信号Jtにおいて判定波形部Pjtに対応する減算波形部Jpが基準値である0より大きい正の値である時に完全燃焼と判定し、図11(c)に示すように、減算波形部Jpが0か負の値である時に完全失火と判定し、さらに減算波形部Jpの一部が正の値でかつ残部が負の値である時に半失火と判定する。
The
As shown in FIG. 11B, the misfire determination unit 4 determines complete combustion when the subtraction waveform part Jp corresponding to the determination waveform part Pjt is a positive value larger than 0, which is the reference value, in the composite signal Jt. As shown in FIG. 11C, when the subtraction waveform portion Jp is 0 or a negative value, it is determined that a complete misfire has occurred. Further, a part of the subtraction waveform portion Jp has a positive value and the remaining portion has a negative value. At some point, it is determined as a semi-misfire.
さらに半失火と判定された場合、減算波形部Jpの正の値を累積した正の減算累積値(上位累積波形値)Spと、負の減算値を累積した負の累積減算値(下位累積波形値)Smとを比較し、図11(d)に示すように、正の累積減算値Spが負の累積減算値Smより大きい時に軽度半失火と判定し、図11(e)に示すように、前記正の累積減算値Spが前記負の累積減算値Smより小さい時に重度半失火と判定する。これら正の累積減算値Spと負の累積減算値Smは、図11(d),(e)では0と減算波形部Jpで囲まれた面積として表される。この時の判定方法は、たとえば減算波形部Jpの信号電圧をコンデンサに溜めて1回の燃焼ごとに検出し、この検出値と予め設定された閾値とを比較することにより、完全燃焼、軽度半失火、重度半失火、完全失火を判定することができる。 Further, when it is determined that the misfire has occurred, the positive subtraction cumulative value (upper cumulative waveform value) Sp in which the positive value of the subtraction waveform portion Jp is accumulated, and the negative cumulative subtraction value (lower cumulative waveform) in which the negative subtraction value is accumulated. Value) Sm, and as shown in FIG. 11 (d), when the positive cumulative subtraction value Sp is larger than the negative cumulative subtraction value Sm, it is determined that the light semi-misfire is present, and as shown in FIG. 11 (e). When the positive cumulative subtraction value Sp is smaller than the negative cumulative subtraction value Sm, it is determined that a severe half misfire has occurred. The positive cumulative subtraction value Sp and the negative cumulative subtraction value Sm are expressed as an area surrounded by 0 and the subtraction waveform portion Jp in FIGS. The determination method at this time is, for example, that the signal voltage of the subtraction waveform portion Jp is accumulated in a capacitor and detected for each combustion, and the detected value is compared with a preset threshold value, whereby complete combustion, mild half Misfire, severe semi-fire, and complete misfire can be determined.
上記実施の形態によれば、失火判定信号Ptの判定波形部Jpを発信時間が長い台形波とすることで、歪検出信号Pxの降下に沿って発信させ、完全燃焼と完全失火と半失火をより精度良く判定することができる。しかも、半失火の場合に、基準値である0より大きい正の値の累積値と負の値の累積値とを比較することで軽度半失火と重度半失火とを判定することができる。 According to the above embodiment, by making the determination waveform portion Jp of the misfire determination signal Pt a trapezoidal wave having a long transmission time, it is transmitted along the drop of the strain detection signal Px, and complete combustion, complete misfire, and semi-misfire are performed. More accurate determination can be made. In addition, in the case of a semi-misfire, a light semi-misfire and a severe semi-misfire can be determined by comparing a cumulative value of a positive value greater than 0 that is a reference value and a cumulative value of a negative value.
1 歪ゲージ
2 判定信号形成部
3 減算器
4 失火判定部
5 シリンダ制御装置
6 回転センサ
7 発電機
8 発電監視制御盤
10 クランク軸
11 ガスエンジン
11a〜11d シリンダ
12 シリンダヘッド
13 シリンダ本体
14 締付けボルト
14a 軸部
14b 座金
21 データテーブル
Px 歪検出信号
P1 完全燃焼の歪検出信号
P2a 軽度半失火の歪検出信号
P2b 重度半失火の歪検出信号
P3 完全失火の歪検出信号
Pj,Pj’,Pj”,Pt 失火判定信号
Pj1〜Pj3,Pjt 判定波形部
Jx,Jx’,Jx”,Jt 合成波形部
J1〜J3,Jp 減算波形部
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1
Claims (15)
ガスエンジンの出力に基づいて、完全燃焼時の歪と完全失火時の歪の範囲内に対応する信号高さに設定されるとともに、ガスエンジンの回転速度、点火角およびこの点火角から発信点までの回転角に基づいて発信点が設定される判定波形を有する失火判定信号を形成するステップと、
前記ステップで歪ゲージにより検出された歪検出信号から前記失火判定信号を減算するステップと、
前記ステップの判定波形に対応する減算値と基準値とを比較して燃焼状態を判定するステップとを具備した
ガスエンジンの失火検出方法。 Detecting a strain of a fastener that fixes a cylinder head that receives in-cylinder pressure to the cylinder body by a strain gauge;
Based on the output of the gas engine, it is set to a signal height corresponding to the range of distortion at complete combustion and distortion at complete misfire, and the rotation speed of the gas engine, the ignition angle, and from this ignition angle to the transmission point Forming a misfire determination signal having a determination waveform in which a transmission point is set based on the rotation angle of
Subtracting the misfire determination signal from the strain detection signal detected by the strain gauge in the step;
A misfire detection method for a gas engine, comprising: comparing a subtraction value corresponding to a determination waveform of the step with a reference value to determine a combustion state.
判定波形の信号高さが前記発電出力または前記軸出力を変数とする関数により求められる
請求項1記載のガスエンジンの失火検出方法。 The output of the gas engine is the power output of the generator driven by the gas engine, or the shaft output output from the cylinder controller that controls the operation of the gas engine,
The gas engine misfire detection method according to claim 1, wherein a signal height of the determination waveform is obtained by a function having the power generation output or the shaft output as a variable.
ガスエンジンの給気圧力、燃料供給量、点火角に基づいて、完全燃焼時の歪と完全失火時の歪の範囲内に対応する信号高さに設定されるとともに、ガスエンジンの回転速度と点火角とに基づいて発信点が設定される判定波形を有する失火判定信号を形成するステップと、
前記ステップで歪ゲージにより検出された歪検出信号から前記失火判定信号を減算するステップと、
前記ステップの判定波形に対応する減算値と基準値とを比較して燃焼状態を判定するステップとを具備した
ガスエンジンの失火検出方法。 Detecting a strain of a fastener that fixes a cylinder head that receives in-cylinder pressure to the cylinder body by a strain gauge;
Based on the gas engine supply pressure, fuel supply amount, and ignition angle, the signal height is set within the range of distortion during complete combustion and distortion during complete misfire. Forming a misfire determination signal having a determination waveform in which a transmission point is set based on the angle; and
Subtracting the misfire determination signal from the strain detection signal detected by the strain gauge in the step;
A misfire detection method for a gas engine, comprising: comparing a subtraction value corresponding to a determination waveform of the step with a reference value to determine a combustion state.
ガスエンジンの運転を制御するシリンダ制御装置から出力される給気圧力と燃料供給量と点火角により前記データテーブルに基づいて判定波形の信号高さを求める
請求項3記載のガスエンジンの失火検出方法。 A data table for obtaining the signal height of the misfire determination signal based on the supply pressure, the fuel supply amount, and the ignition angle in the gas engine is created in advance.
The gas engine misfire detection method according to claim 3, wherein a signal height of a determination waveform is obtained based on the data table from an air supply pressure, a fuel supply amount, and an ignition angle output from a cylinder control device that controls operation of the gas engine. .
波形判定部に対応する減算値が基準値より大きい時に完全燃焼と判定し、前記減算値が基準値以下の時に失火と判定する
請求項1乃至4のいずれかに記載のガスエンジンの失火検出方法。 The judgment waveform consists of one judgment waveform part that is transmitted at the time of the occurrence of the maximum strain at the time of complete combustion or the vicinity thereof,
The misfire detection method for a gas engine according to any one of claims 1 to 4, wherein when the subtraction value corresponding to the waveform determination unit is larger than a reference value, it is determined that complete combustion is performed, and when the subtraction value is less than the reference value, misfire is determined. .
前記初期判定波形部に対応する初期減算値と前記終期判定波形部に対応する終期減算値がそれぞれ基準値より大きい時に完全燃焼と判定し、前記両減算値がそれぞれ基準値以下の時に完全失火と判定し、前記両減算値の一方が基準値より大きくかつ他方が基準値以下の時に半失火と判定する
請求項1乃至4のいずれかに記載のガスエンジンの失火検出方法。 An initial determination waveform portion that is transmitted when the maximum distortion occurs during complete combustion or in the vicinity thereof, and an end determination waveform portion that is transmitted between the transmission point of the initial determination waveform portion and the minimum strain occurrence. Consists of
When the initial subtraction value corresponding to the initial determination waveform portion and the final subtraction value corresponding to the end determination waveform portion are each greater than a reference value, complete combustion is determined, and when both the subtraction values are less than the reference value, complete misfire is determined. The misfire detection method for a gas engine according to any one of claims 1 to 4, wherein a determination is made and half misfire is determined when one of the subtracted values is greater than a reference value and the other is less than or equal to a reference value.
初期判定波形部に対応する初期減算値と中間判定波形部に対応する中間減算値と終期判定波形部に対応する終期減算値とがそれぞれ基準値より大きい時に完全燃焼と判定し、前記各減算値がそれぞれ基準値以下の時に完全失火と判定し、さらに上記各減算値のうち基準値より大きい減算値の数が、基準値以下の減算値の数より多い時に軽度半失火と判定し、基準値より大きい減算値の数が、基準値以下の減算値の数より少ない時に重度半失火と判定する
請求項1乃至4のいずれかに記載のガスエンジンの失火検出方法。 An initial determination waveform portion that is transmitted when the maximum distortion occurs during complete combustion or in the vicinity thereof, and an end determination waveform portion that is transmitted between the transmission point of the initial determination waveform portion and the minimum strain occurrence. And an intermediate determination waveform portion transmitted between the initial determination waveform portion and the final determination waveform portion,
When the initial subtraction value corresponding to the initial determination waveform portion, the intermediate subtraction value corresponding to the intermediate determination waveform portion, and the final subtraction value corresponding to the final determination waveform portion are larger than the reference value, complete combustion is determined, and each of the subtraction values Is determined to be complete misfire when each is less than or equal to the reference value, and when the number of subtraction values greater than the reference value among the above subtraction values is greater than the number of subtraction values less than or equal to the reference value, it is determined to be mild semi-misfire, and the reference value The misfire detection method for a gas engine according to any one of claims 1 to 4, wherein when the number of larger subtraction values is smaller than the number of subtraction values equal to or less than a reference value, a severe semi-misfire is determined.
前記波形判定部に対応する減算値が基準値より大きい時に完全燃焼と判定し、前記減算値が基準値以下の時に完全失火と判定し、前記減算値の一部が基準値より大きくかつ残部が基準値以下の時に半失火と判定する
請求項1乃至4のいずれかに記載のガスエンジンの失火検出方法。 The judgment waveform is transmitted over the transmission point at the time of occurrence of the maximum strain at the time of complete combustion or near the rear thereof, and the stop point after the lapse of a predetermined time from the transmission point, and the signal height at the stop point from the signal level of the transmission point. It consists of one judgment waveform part with a small trapezoidal wave,
When the subtraction value corresponding to the waveform determination unit is larger than a reference value, it is determined that the combustion is complete, and when the subtraction value is less than the reference value, it is determined that there is a complete misfire, and a part of the subtraction value is larger than the reference value and the remaining part is The misfire detection method for a gas engine according to any one of claims 1 to 4, wherein half misfire is determined when the reference value is not more than a reference value.
ガスエンジンの失火検出方法。 9. The misfire detection method for a gas engine according to claim 8, wherein when it is determined as a semi-misfire, an upper cumulative subtraction value obtained by accumulating a subtraction value larger than a reference value, and a lower cumulative subtraction value obtained by accumulating a subtraction value smaller than the reference value. Gas engine misfire detection when the upper cumulative subtraction value is greater than the lower cumulative subtraction value, and is determined to be mild half misfire when the upper cumulative subtraction value is less than or equal to the lower cumulative subtraction value. Method.
判定波形を有する失火判定信号を形成する判定信号形成部と、
前記歪ゲージから出力された歪検出信号から前記失火判定信号を減算する減算器と、
前記減算器の減算値と基準値とを比較して燃焼状態を判定する失火判定部とを具備し、
前記判定信号形成部は、ガスエンジンの出力に基づいて、完全燃焼時の筒内圧力による歪と完全失火時の筒内圧力による歪の範囲内に対応して前記判定波形の信号高さを設定するとともに、ガスエンジンの回転速度と点火角とに基づいて前記判定波形の発信点を設定するように構成された
ガスエンジンの失火検出装置。 A strain gauge that is attached to a fastener that fixes a cylinder head that receives in-cylinder pressure to the cylinder body and detects strain caused by the in-cylinder pressure;
A determination signal forming unit for forming a misfire determination signal having a determination waveform;
A subtractor for subtracting the misfire determination signal from the strain detection signal output from the strain gauge;
A misfire determination unit that determines a combustion state by comparing a subtraction value of the subtractor with a reference value;
The determination signal forming unit sets the signal height of the determination waveform corresponding to the range of distortion due to in-cylinder pressure during complete combustion and distortion due to in-cylinder pressure during complete misfire based on the output of the gas engine. And a misfire detection device for a gas engine configured to set a transmission point of the determination waveform based on a rotation speed and an ignition angle of the gas engine.
判定信号形成部は、判定波形の信号高さを前記発電出力または前記軸出力を変数とする関数により求めるように構成された
請求項10記載のガスエンジンの失火検出装置。 The output of the gas engine is the power output of the generator driven by the gas engine, or the shaft output output from the cylinder controller that controls the operation of the gas engine,
The misfire detection device for a gas engine according to claim 10, wherein the determination signal forming unit is configured to obtain a signal height of a determination waveform by a function having the power generation output or the shaft output as a variable.
判定波形を有する失火判定信号を形成する判定信号形成部と、
前記歪ゲージから出力された歪検出信号から失火判定信号を減算する減算器と、
前記減算器により減算された前記判定波形に対応する減算値と基準値とを比較して燃焼状態を判定する失火判定部とを具備し、
前記判定信号形成部は、ガスエンジンの給気圧力、燃料供給量、点火角に基づいて、完全燃焼時の筒内圧力による歪と完全失火時の筒内圧力による歪の範囲に対応する前記判定波形の信号高さを設定するとともに、ガスエンジンの回転速度と点火角とに基づいて前記判定波形の発信点を設定するように構成された
ガスエンジンの失火検出装置。 A strain gauge that is attached to a fastener that fixes a cylinder head that receives in-cylinder pressure to the cylinder body and detects strain caused by the in-cylinder pressure;
A determination signal forming unit for forming a misfire determination signal having a determination waveform;
A subtractor for subtracting the misfire determination signal from the strain detection signal output from the strain gauge;
A misfire determination unit that determines a combustion state by comparing a subtraction value corresponding to the determination waveform subtracted by the subtractor with a reference value;
The determination signal forming unit corresponds to the range of distortion due to in-cylinder pressure during complete combustion and distortion due to in-cylinder pressure during complete misfire based on the supply pressure, fuel supply amount, and ignition angle of the gas engine. A misfire detection device for a gas engine configured to set a signal height of a waveform and set a transmission point of the determination waveform based on a rotation speed and an ignition angle of the gas engine.
前記判定信号形成部は、ガスエンジンの運転を制御するシリンダ制御装置から出力される給気圧力と燃料供給量と点火角とにより前記データテーブルに基づいて前記判定波形の信号高さを設定するように構成された
請求項12記載のガスエンジンの失火検出装置。 In the determination signal forming part, provided in a data table for determining the signal height of the determination waveform from the supply pressure, fuel supply amount and ignition angle in the gas engine,
The determination signal forming unit sets a signal height of the determination waveform based on the data table based on an air supply pressure, a fuel supply amount, and an ignition angle output from a cylinder control device that controls the operation of the gas engine. The misfire detection apparatus for a gas engine according to claim 12, which is configured as follows.
失火判定部は、初期判定波形部に対応する初期減算値と中間判定波形部に対応する中間減算値と終期判定波形部に対応する終期減算値とがそれぞれ基準値より大きい時に完全燃焼と判定し、前記各減算値がそれぞれ基準値以下の時に完全失火と判定し、さらに上記各減算値のうち基準値より大きい減算値の数が、基準値以下の減算値の数より多い時に軽度半失火と判定し、基準値より大きい減算値の数が、基準値以下の減算値の数と同じかまたは少ない時に重度半失火と判定するように構成された
請求項10乃至13のいずれかに記載のガスエンジンの失火検出装置。 An initial determination waveform portion that is transmitted when the maximum distortion occurs or near the rear during complete combustion, an intermediate determination waveform portion that is transmitted after a predetermined time has elapsed from the transmission point of the initial determination waveform portion, and the intermediate waveform Consisting of an end-of-term determination waveform portion transmitted after a predetermined time from the transmission point of the portion,
The misfire determination unit determines complete combustion when the initial subtraction value corresponding to the initial determination waveform portion, the intermediate subtraction value corresponding to the intermediate determination waveform portion, and the final subtraction value corresponding to the end determination waveform portion are larger than the reference values, respectively. When each subtracted value is less than or equal to the reference value, it is determined that there is a complete misfire, and when the number of subtracted values greater than the reference value is greater than the number of subtracted values less than or equal to the reference value, The gas according to any one of claims 10 to 13, wherein the gas is determined to be severe semi-misfire when the number of subtraction values greater than a reference value is equal to or less than the number of subtraction values less than or equal to a reference value. Engine misfire detection device.
失火判定部は、前記波形判定部に対応する減算値が基準値より大きい時に完全燃焼と判定し、前記減算値が基準値以下の時に完全失火と判定し、前記減算値の一部が基準値より大きくかつ残部が基準値以下の時に半失火と判定するように構成された
請求項10乃至13のいずれかに記載のガスエンジンの失火検出装置。 The judgment waveform is transmitted from the transmission point near the point when the maximum strain occurs during complete combustion and the stop point after a predetermined time from the transmission point, and the signal height of the stop point is higher than the signal level of the transmission point. It consists of one judgment waveform part of a small trapezoidal wave,
The misfire determination unit determines complete combustion when the subtraction value corresponding to the waveform determination unit is greater than a reference value, determines complete combustion when the subtraction value is less than the reference value, and a part of the subtraction value is a reference value The misfire detection device for a gas engine according to any one of claims 10 to 13, wherein the misfire detection device is configured to determine that the misfire is larger when the remaining portion is equal to or less than a reference value.
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