JP2009185815A - 点火用流体燃料の噴射装置の検査方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置の機能検査をすでに液体燃料運転中に行えるような、点火用流体燃料の噴射装置検査方法を提供する。
【解決手段】本発明は、所定の運転フェーズ中において点火用流体燃料の噴射装置の噴射時点及び／又は点火時点が燃料点火時点からずらされる、点火用流体燃料の噴射装置の検査方法に関する。噴射された点火用流体燃料の点火が時間的にずらされ、その時間的にずれた点火が測定装置により測定される。それにより、正しく機能していないイグニッションオイル・噴射装置を液体燃料運転中に認識することが可能になる。
【選択図】図２

Description

本発明は、液状及びガス状の燃料を選択的に燃焼室に供給するための複数の供給装置と、点火用流体燃料供給用の少なくとも１つの点火用流体燃料の噴射装置及び多燃料機関のシリンダ内における点火プロセスを測定するための測定装置と、該測定装置により測定された点火プロセスを評価するための評価装置とを備えた、多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置の検査方法に関する。

多種燃料機関を運転する際には、通常は、燃焼室内においてリーンなガス・空気混合気が、少量の点火用流体燃料の点火エネルギーにより点火される。このイグニッションフルードは、点火用流体燃料の噴射装置を用いた適切な供給システムによりたとえば、往復ピストン機械のピストンの上死点の直前で燃焼室内に噴射される。

往復ピストン機械の燃焼室内にインジェクタを用いて点火用流体燃料を供給するための既知のシステムにより、ほぼ任意に構成可能な噴射プロセスが可能である。そのため、点火用流体燃料の噴射開始と噴射終了は噴射装置により自由に選択可能である。さらに、多燃料機関には多くの場合、電子的な機関制御装置が装備されており、これら電子的機関制御装置により、燃料及び排ガスの温度、出力値、燃焼パラメータ、回転数、圧力などといった機関運転データが継続して把握される。

燃焼残渣による噴射装置の損傷や詰まり、又は点火用流体燃料供給において未検出のエラーがあると、点火用流体燃料噴射の停止につながる可能性がある。それがガス運転中に起こると、該当するシリンダ内の燃焼の停止につながる。これが起こると、一方では機関の出力低下につながり、他方では、排ガス装置内に未燃焼のガス・空気混合気が流入して、もし排ガス装置内の局所的な境界条件が不利であれば爆発を引き起こす可能性もある。したがってガス運転中における燃焼の停止は回避すべきである。したがって好適には、ガス運転に切り替える前にすでに点火用流体燃料噴射の機能性を検証できるのが良い。

従来、多種燃料機関において進行中の液体燃料運転をガス運転に切り替える前にすでに点火用流体燃料の噴射装置の検査を行うことは不可能であった。従来は、点火用流体燃料の噴射装置の機能不全は、ガス運転中の機関出力低下及びスムーズランニングの低下、又は、シリンダ後の排ガス温度低下があって初めて認識されていた。損傷した又は詰まった点火用流体燃料の噴射装置を特定するには従来、個々のシリンダの目視検査又は、個々のシリンダの出力測定又は運転挙動に基づいて行われていた。

本発明の課題は、多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置の機能検査を、液体燃料運転中に行えるような点火用流体燃料の噴射装置の検査方法を提供することである。

上記の課題は、本発明の請求項１に記載の方法により解決される。従属請求項には好適な発展形が記載されている。

本発明の方法は以下のステップを有する。
ａ）少なくとも１つの点火用流体燃料の噴射装置により点火用流体燃料が多燃料機関の１つのシリンダの燃焼室内に噴射される、多燃料機関を液体燃料運転で運転するステップ、
ｂ）１つ又は複数の点火用流体燃料の噴射装置の噴射時点及び／又は点火時点を燃料点火時点からずらして設定するステップ、
ｃ）測定装置により測定された点火プロセスの値を評価するステップ。

本発明の方法は、異なる液体燃料ならびにガス状燃料により運転できる多燃料機関に適している。液体燃料としては好適に、セタン価が３０より高い、引火しやすい燃料で、ディーゼル原理により機関運転が行えるものが考慮される。さらに、セタン価が３０より低く、引火しにくい液体燃料で、点火には例えばスパークプラグなどの追加的装置を必要とする液体燃料も適している。

本発明の方法の適用に適した多燃料機関は、液体燃料を用いた運転から、望ましくは点火しにくい希薄な、望ましくはガス状燃料である燃料・空気混合気を用いた運転モードに切り替え可能であるように構成されている。また、ガス状燃料の場合、本発明の方法はやはり希薄な液体燃料・空気混合気を点火するための点火用流体燃料の噴射装置に適用可能である。このような多燃料機関のための燃焼ガスとしては例えば、天然ガス、液体ガス、木ガス、バイオガス、埋立地ガス、坑内爆発性ガス、水素などを使用することができる。

ガス運転又はリーン運転において燃焼室に供給される希薄なガス・空気混合気には通常明らかな過剰空気量が含まれているため、火花点火のためにこの燃焼室内に点火用流体燃料が噴射され、その点火エネルギーによりガス・空気混合気に点火する。点火用流体燃料としては通常この目的に適した液体燃料が用いられ、この液体燃料は望ましくは多燃料機関の液体燃料運転でも使用されるものである。

本発明の検査方法を実施するのに適した多燃料機関は、液体燃料を第１燃焼室内に供給するための第１供給装置を備えている。このとき多燃料機関の１つのシリンダは１つ以上の燃焼室を備えている。以下、シリンダの主燃焼室を第１燃焼室と呼ぶ。供給装置も、異なる複数の液体燃料の供給に適したものとすることができる。第１の供給装置は望ましくはポンプ装置、燃料パイプ、及び、燃料を多燃料機関の燃焼室内に直接供給する噴射装置又は液体燃料の混合気を作成した後に燃焼室内に供給するための燃料混合気の作成・供給装置を備えている。

適した多燃料機関にはさらに、ガス状燃料を該機関の燃焼室に供給するための第２の供給装置が備わっており、この第２供給装置は、望ましくは希薄なガス・空気混合気の作成が燃焼室への供給前に行われるように望ましくは構成されている。

多燃料機関にはさらに、点火用流体燃料を機関の燃焼室に供給するための第３の供給装置が備わっている。この第３供給装置には望ましくは、多燃料機関の各シリンダのために１つ以上の点火用流体燃料の噴射装置が備わっている。このとき点火用流体燃料の噴射装置は、多燃料機関のシリンダの第１燃焼室内に直接点火用流体燃料が噴射されるように配置することができる。点火用流体燃料の噴射装置はしかし、第２の燃焼室、例えばいわゆる予燃焼室内に配置することもできる。点火用流体燃料は燃焼室内において自己着火するか又は適切な点火装置を用いて点火される。点火用流体燃料の噴射装置がシリンダの第２燃焼室内に配置されている場合、該点火用流体燃料の噴射装置は第１燃焼室への１つ以上の接続路を有しており、この接続路を通って点火エネルギーが第２燃焼室から第１燃焼室内へ伝達されるため、第１燃焼室内に存在するガス・空気混合気が点火される。第２燃焼室内には、燃焼室の構成に応じて複数の点火用流体燃料の噴射装置を配置することもでき、さらに、シリンダの第１燃焼室は複数の第２燃焼室に接続することができる。液体燃料運転中の噴射装置の詰まりを回避するために、点火用流体燃料の噴射装置は望ましくは液体燃料運転中でもガス運転中でも点火用流体燃料をシリンダに供給する。本発明の方法はまた、第１供給装置の噴射装置に一体化されて構成され、この第１供給装置の噴射機能とは無関係に噴射を制御できる点火用流体燃料の噴射装置に適している。

本発明の検査方法を適用するのに適した多燃料機関には望ましくはさらに、シリンダ内での燃料燃焼の特性値を測定するための１つの測定装置が備わっており、この特性値は、望ましくは機関制御の一部である評価装置内において評価される。また、検査方法実施の目的で一時的に機関に配置される測定装置及び／又は評価装置を使用することも可能である。燃焼パラメータのモニターは「通常運転」においても、「ノッキング」として知られる燃料の早期点火の認識に役立つ。この目的のために例えば、音響式ノッキングセンサが用いられ、その信号に、ノッキングに典型的なスペクトル内容がないかどうかを調査する。燃料点火のためにスパークプラグを備える機関においては、このスパークプラグを点火と点火との間に「イオンセンサ」として使用することができる。そこにかけられた直流電圧における電流を測定することにより、燃焼室内の圧力、温度、イオン濃度の情報が得られる。このとき、早期点火はイオン電流ピークが早いことにより認識される。さらに、個々のシリンダの圧力測定により、圧縮及び点火による圧力上昇を測定することができる。また、人間の耳で聞いた燃焼騒音の変化から燃焼プロセスのずれを把握することも可能である。

本発明の方法を実施する際、機関は液体燃料で運転される。すでに述べたように、検査対象の点火用流体燃料の噴射装置は望ましくは液体燃料運転でも作動する。本検査方法は、検査期間中の機関運転にかかる負荷とは無関係に実施することができる。

本発明の１つの実施例によると、検査プロセスにおいては点火用流体燃料の噴射装置の点火開始は、通常はピストンの上死点の直前である液体燃料の点火時点とはずらして設定される。このときイグニッションオイルの噴射開始及び点火時点は、液体燃料の点火時点の後又は望ましくは前にずらされる。点火用流体燃料及び燃料の噴射時点又は点火時点の間に設けられる間隔は、点火用流体燃料の点火が測定装置により測定可能になるように選ばれる。

使用する点火用流体燃料の点火しやすさが高い場合、早期噴射においてその噴射は、望ましくはシリンダ内においてすでに噴射されたイグニッションフルードが外部の点火補助を使わずに点火する状態になっている時点に行われる。例えば、シリンダ内に存在する空気が、行われた圧縮によりすでに十分に加熱されているか、又は点火を刺激する要素が十分な温度を有している場合がこれにあたる。

点火しやすさが低く、したがって例えばスパークプラグなどの適切な装置を用いて点火される点火用流体燃料が用いられる場合、点火用流体燃料の噴射及び点火の時点は望ましくは適切な方法で設定される。

遅延噴射開始の場合、点火用流体燃料の噴射は燃料燃焼プロセス中に行われる。この場合点火用流体燃料はただちに着火し、そのことは、例えばさらなる圧力上昇が起こることから測定装置により把握可能である。

点火用流体燃料の噴射開始が燃料点火時点からずれている場合、測定装置は検査方法以外の液体燃料運転とは異なる点火プロセスを測定する。早期点火プロセスはこのとき、ノッキング点火に類似して進み、そのため遅延した点火用流体燃料点火と同様に例えば音響的に、又はシリンダ内の圧力変化過程の変化により、又はイオン電流測定又は類似の測定方法で測定可能であり、望ましくは適切な評価装置により、早期点火として認識される。

機能不良のために、点火用流体燃料の噴射装置により燃焼室内に送り込まれる点火用流体燃料が多すぎる又は少なすぎる場合、点火プロセスの大きすぎる又は小さすぎる変化が測定装置により測定される。例えば、検査された点火用流体燃料の噴射装置が停止したために燃焼室内に点火用流体燃料が供給されない場合、点火プロセスには変化が起こらない。そのため多燃料機関のガス運転を作動させる前に、点火用流体燃料の噴射装置の機能性を検査することができる。

１つのシリンダ内に複数の点火用流体燃料の噴射装置が配置されている場合、個々の点火用流体燃料の噴射装置の機能テストは望ましくは次々に行われる。多燃料機関に配置されている測定装置により個々のシリンダの点火過程を測定するのではなく、多燃料機関の燃焼騒音又は高周波数の振動部分を例えば音響的にモニターする場合でも、望ましくは同様に行われる。

評価装置は、測定装置により測定された点火過程の評価を行うとともに、望ましくは、測定された点火が、検査された点火用流体燃料の噴射装置のどれにあたるかを割り当てることにより、機能していない点火用流体燃料の噴射装置を限定する。本発明の検査方法により得られた評価結果により、点火用流体燃料の噴射装置の機能不良により燃焼不良又は全く燃焼が起こらないことが予想される場合は、多燃料機関のガス運転への切り替えを回避することができる。

評価結果に基づいて、機能しない又は正常に機能しない点火用流体燃料の噴射装置を知ることにより、例えば多燃料機関の個々のシリンダのいくつかのみにガスを噴射させないこともさらに可能である。１つのシリンダ内に複数の点火用流体燃料の噴射装置が配置されている場合、これらの点火用流体燃料の噴射装置の噴射時間及び／又は噴射量の調整は、空気・ガス混合気の点火が着実に行われるように行われる。また、検査結果は、必要な保守手段の計画及び実行を支援するものとなる。

本発明の検査方法を適用するのに適した多燃料機関の図である。 通常運転中のシリンダ内のシリンダ圧力の変化及び音響スペクトルの変化の例を示したグラフである。 噴射開始及び点火時点が燃料点火時点からずれている場合の、シリンダ内のシリンダ圧力の変化の例を示したグラフである。

本発明のさらなる長所、特徴、使用可能性が、以下に図を参照しながら説明される。

図１には、本発明の検査方法を適用するのに適した多燃料機関の要素が図示されている。本図の機関にはシリンダヘッド３を備えた、既知の方法で構成されたシリンダ２が備わっている。シリンダ２内では、コンロッド５にガイドされたピストン４が運動する。

シリンダヘッド３には燃料噴射装置６が取り付けられており、この燃料噴射装置６により、液体燃料を燃料ポンプ８から燃料パイプ７を介して直接第１燃焼室９内に噴射可能である。燃料噴射装置６、燃料パイプ７、及び燃料ポンプ８は、液体燃料を第１燃焼室９内に供給するための第１供給装置の要素である。シリンダヘッド３には、燃料噴射装置６のほかに第２の燃焼室１１が配置されており、この第２燃焼室１は１つ以上の連絡ダクト１２を介して第１燃焼室９に接続されている。第２燃焼室１１には点火用流体燃料の噴射装置１３が配置されており、この点火用流体燃料の噴射装置１３には点火用流体燃料パイプ１４を介して点火用流体燃料ポンプ１６により点火用流体燃料が供給される。第３供給装置の点火用流体燃料パイプ１４内の圧力は点火用流体燃料ポンプ１６により提供される。

機関の燃焼室内の吸・排気入れ替えは既知の方法で、インテークバルブ及びエグゾーストバルブ（１７、１８）を介して行われる。本図の実施例においてはガス・空気混合気は燃焼室以外の場所で作られる。これには、混合気作成ユニット２０及びガス供給ライン２１が含まれる、第２供給装置の要素が関与している。

検査方法においては、検査期間中の機関運転にも適用される点火時点より前に点火用流体燃料の噴射装置１３の噴射開始が来るよう設定され、検査方法の実施中、評価装置２５に接続されたセンサ２６によりシリンダ２内の点火過程を測定し、その測定値は評価装置２５に送られる。

図２の上のグラフは、通常運転中の多燃料機関のクランクシャフト回転におけるシリンダ２内の圧力上昇を示している。図２の下のグラフは、その燃焼の音響スペクトルを示している。図示された燃焼サイクルは液体燃料運転のものであり、点火用流体燃料の噴射装置１３の噴射時点は、点火用流体燃料が液体燃料混合物と同時に点火するように選ばれている。このときの例として、ピストン４の上死点（０°ＫＷ（クランクシャフト０°））を経て燃料・空気混合気点火及びそれに続く膨張まで、シリンダ２内における均一な圧力上昇が図示されている。燃焼騒音は、ほぼ点火時点に限定される。

図３の上のグラフは、本発明の検査方法実施中の多燃料機関のクランクシャフト回転におけるシリンダ２内の圧力上昇を示している。図３には、噴射開始設定又は点火用流体燃料の噴射装置１３の点火時点をずらした場合の２つの可能性が示されている。図２の場合と同様に、下のグラフはこの２つの実施形態の可能性について検査方法実施中の燃焼の音響スペクトルを示したものである。

本発明の検査方法を実施する際、シリンダ２内には例示したような圧力変化が現れる。検査方法実施中、液体燃料運転においては点火用流体燃料の噴射時点は早期ポジション３０又は遅延ポジション３５にずらされる。このような噴射時点のずれに対する反応は、評価装置２５により検査期間中に検査される。

点火用流体燃料の噴射装置１３の早期噴射開始３０の場合、点火用流体燃料の噴射装置１３の噴射開始が通常である燃焼サイクルと比較して、高圧フェーズ前にすでに圧力上昇が観察される。このとき現れる燃焼過程は、ノッキングに典型的な高頻度の圧力変動によっても認識される。このときのスペクトル例が下のグラフに示されている。

点火用流体燃料の噴射装置１３の遅延噴射開始３５の場合、点火用流体燃料の噴射装置１３の噴射開始が通常である燃焼サイクルと比較して、さらに１つの圧力上昇が見られる。このとき現れる燃焼過程も、ノッキングに典型的な高頻度の圧力変動によって認識され、この圧力変動例は下のグラフに示されている。

検査方法実施中にセンサ２６から得られた信号の評価において、シリンダ２内で測定された圧力に、例えば図３に示された変化のような典型的な変化がないかどうかが調べられる。センサ２６として例えば音響式ノッキングセンサが用いられている場合、測定された信号は評価装置２５内において、図３の下のグラフに示された、時間的にずれた点火に典型的なスペクトル内容がないかどうかが調べられる。そのような圧力変化又は典型的なスペクトル内容が認識された場合は、点火用流体燃料の噴射装置に機能能力があることを示している。これに対してセンサ２６から得られた信号に燃焼変化の「ずれ」を示唆するものが含まれない場合、その検査結果からは、点火用流体燃料の噴射装置１３が故障していると結論付けられる。評価装置２５内で決定されたデータは、欠陥のある点火用流体燃料の噴射装置１３を限定するためにも使われる。

２ シリンダ
３ シリンダヘッド
４ ピストン
５ コンロッド
６ 燃料噴射装置
７ 燃料パイプ
８ 燃料ポンプ
９ 第１燃焼室
１１ 第２燃焼室
１２ 連結ダクト
１３ 点火用流体燃料の噴射装置
１４ イグニッションフルード・パイプ
１６ イグニッションフルード・ポンプ
１７ インテーク・バルブ
１８ エグゾースト・バルブ
２０ 混合気作成ユニット
２１ ガス供給管
２５ 評価装置
２６ 温度センサ
３０ 早期噴射開始
３５ 遅延噴射開始

Claims (16)

1. シリンダ（２）の第１燃焼室（９）に液体燃料を供給するための第１供給装置、
   シリンダ（２）の第１燃焼室（９）にガス状燃料を供給するための第２供給装置、
   イグニッションフルードを前記第１燃焼室（９）又は前記第１燃焼室（９）に連通している前記第２燃焼室（１１）に供給するための少なくとも１つの点火用流体燃料の噴射装置（１３）を備えた第３供給装置、
   多燃料機関の前記シリンダ（２）内における点火プロセスを測定するための測定装置（２６）、及び
   該測定装置（２６）により測定された点火プロセスを評価するための評価装置（２５）、
   を備えた前記多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置を検査するための方法であって、
   ａ）少なくとも１つの前記点火用流体燃料の噴射装置（１３）により点火用流体燃料が前記第１又は第２の燃焼室（９、１１）に噴射される液体燃料運転で前記多燃料機関を運転するステップと、
   ｂ）１つ以上の前記点火用流体燃料の噴射装置（１３）の噴射開始及び／又は点火時点を、燃料点火時点からずらして設定するステップと、
   ｃ）前記測定装置（２６）により測定された点火プロセスの評価を行うステップと、
   を備えることを特徴とする、多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置を検査するための方法。
2. 前記１つ又は複数の点火用流体燃料の噴射装置（１３）の噴射開始及び／又は点火時点が、燃料点火時点より前に設定されることを特徴とする、請求項１に記載の多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置検査方法。
3. 前記１つ又は複数の点火用流体燃料の噴射装置（１３）の噴射開始及び／又は点火時点が、燃料点火時点より後に設定されることを特徴とする、請求項１に記載の多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置検査方法。
4. ステップｂ）において、前記燃焼室（９、１１）内で点火用流体燃料が自己着火する状態であれば点火用流体燃料が噴射されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の、多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置検査方法。
5. 前記多燃料機関が、液体燃料運転においてディーゼル方式により運転されることを特徴とする、請求項１から４のいずれか一項に記載の、多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置検査方法。
6. 液体燃料運転における燃料としてディーゼルが使用されることを特徴とする、請求項１から５のいずれか一項に記載の、多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置検査方法。
7. ステップｂ）において点火用流体燃料が適切な装置により点火されることを特徴とする、請求項１から３のいずれか一項に記載の、多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置検査方法。
8. 液体燃料運転時の燃料が、ガス運転時の点火用流体燃料として用いられることを特徴とする、請求項１から７のいずれか一項に記載の、多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置検査方法。
9. 前記第２燃焼室（１１）が前記第１燃焼室（９）の予燃焼室として構成されており、前記第１燃焼室（９）に連結していることを特徴とする、請求項１から８のいずれか一項に記載の、多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置検査方法。
10. 点火用流体燃料を前記第１又は第２の燃焼室（９、１１）に供給するための第３供給装置の点火用流体燃料の噴射装置（１３）が、前記第１供給装置の噴射装置（６）と一体に構成されていることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の、多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置検査方法。
11. 本検査方法を実施するために、前記測定装置（２６）及び／又は前記評価装置（２５）が機関に配置されていることを特徴とする、請求項１から１０のいずれか一項に記載の、多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置検査方法。
12. 前記測定装置（２６）が、前記燃焼室（９、１１）内の点火プロセスのずれを認識するのに適していることを特徴とする、請求項１から１１のいずれか一項に記載の、多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置検査方法。
13. 前記測定装置（２６）が、音響的な値、電気的な値、光学的な値、圧力値を測定できることを特徴とする、請求項１２に記載の、多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置検査方法。
14. ステップｂ）において、点火用流体燃料及び燃料の噴射時点又は点火時点の間の間隔が、前記測定装置によるイグニッションフルードの点火測定が可能であるように設定されていることを特徴とする、請求項１から１３のいずれか一項に記載の、多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置検査方法。
15. 個々の前記点火用流体燃料の噴射装置（１３）が次々に検査されることを特徴とする、請求項１から１４のいずれか一項に記載の、多燃料機関の点火用流体燃料の噴射装置検査方法。
16. 請求項１から１３のいずれか一項に記載の方法を実施するための検査装置を備える多燃料機関において、該機関が、
    液体燃料を、前記シリンダ（２）の第１燃焼室（９）に供給するための第１供給装置、
    ガス燃料を、前記シリンダ（２）の第１燃焼室（９）に供給するための第２供給装置、
    点火用流体燃料を前記第１燃焼室（９）又は該第１燃焼室（９）に連結している第２燃焼室（１１）に供給するための少なくとも１つの点火用流体燃料の噴射装置（１３）を備える第３供給装置、
    多燃料機関の前記シリンダ（２）内の点火プロセスを測定するための測定装置（２６）、
    該測定装置（２６）により測定された点火プロセスを評価するための評価装置（２５）を備えることを特徴とする、多燃料機関。

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