JP2015014283A - Control system of four-cycle engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、発電プラントなどに設置する４サイクルエンジンの制御システムに関する。 The present invention relates to a control system for a four-cycle engine installed in a power plant or the like.
図１９に示すように、特許文献１には、複数気筒（例えば、６気筒）を有する４サイクルエンジンのエンジン制御システムが記載されている。このエンジン制御システムは、エンジンに設けたスピード波形出力器８０１、ＴＤＣ波形出力器８０２、フェイズ波形出力器８０３からの波形に基づいて、点火装置８０４を制御するもので、演算基準波形生成回路８０５、気筒判別回路８０６、ＣＰＵ８０７、点火分配回路８０８を備えている。
As shown in FIG. 19,
スピード波形出力器８０１は、エンジンの回転角度を検出するためのもので、スピード波形を演算基準波形生成回路８０５とＣＰＵ８０７とに出力する。ＴＤＣ波形出力器８０２は、ピストンが上死点に達した時にＴＤＣ波形を出力するためのもので、ＴＤＣ波形を演算基準波形生成回路８０５と気筒判別回路８０６とに出力する。フェイズ波形出力器８０３は、４サイクルエンジンの点火気筒を検出するためのもので、フェイズ波形を気筒判別回路８０６に出力する。演算基準波形生成回路８０５は、点火制御の基準に使用するための演算基準波形を生成するもので、スピード波形出力器８０１から出力されたスピード波形とＴＤＣ波形出力器８０２から出力されたＴＤＣ波形とに基づいて、演算基準波形を生成する。気筒判別回路８０６は、点火気筒の判別を行うもので、ＴＤＣ波形出力器８０２からのＴＤＣ波形、フェイズ波形出力器８０３からのフェイズ波形、演算基準波形生成回路８０５からの演算基準波形に基づいて、点火気筒の判別を行う。ＣＰＵ８０７は、演算基準波形生成回路８０５からの波形である演算基準波形及び速度波形を受けて点火制御や燃料制御の演算を行うもので、点火分配回路８０８は、気筒判別回路８０６からの気筒判別波形により、ＣＰＵ８０７から出力される点火波形を点火順番の気筒に出力する。
The speed
ところで、発電プラントなどに設置する４サイクルエンジンは、燃料噴射制御装置や点火装置等の複数の制御装置が必要であり、制御装置ごとにスピード波形やフェイズ波形を入力する必要がある。
しかしながら、制御装置ごとに、スピード波形出力器やフェイズ波形出力器を備えると、スピード波形出力器やフェイズ波形出力器がそれぞれ複数必要となり、機器コスト及び配線コストが嵩むことになる。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、複数の制御装置が共有する機器から複数の制御装置にスピード波形及びフェイズ波形を入力できる４サイクルエンジンの制御システムを提供することを目的とする。
By the way, a four-cycle engine installed in a power plant or the like requires a plurality of control devices such as a fuel injection control device and an ignition device, and it is necessary to input a speed waveform and a phase waveform for each control device.
However, if a speed waveform output device and a phase waveform output device are provided for each control device, a plurality of speed waveform output devices and phase waveform output devices are required, resulting in increased equipment costs and wiring costs.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide a control system for a four-cycle engine that can input a speed waveform and a phase waveform to a plurality of control devices from equipment shared by the plurality of control devices. To do.
本発明は、４サイクルエンジンを制御する複数の制御装置と、クランク軸の軸線まわり、または前記クランク軸が回転させるカム軸の軸線まわりに等間隔に設けられた複数の第１センシング体と、前記第１センシング体を検出し、前記クランク軸の速度波形、または前記カム軸の速度波形を出力する速度波形出力器と、前記カム軸の軸線まわりに構成された一つの第２センシング体と、前記第２センシング体を検出し、前記カム軸の回転波形を出力する回転波形出力器と、前記速度波形出力器から出力された速度波形を前記複数の制御装置のそれぞれに入力可能なスピード波形に変換するスピード波形変換部、前記回転波形出力器から出力された回転波形を前記複数の制御装置のそれぞれに入力可能なフェイズ波形に変換するフェイズ波形変換部、及び前記スピード波形変換部で変換されたスピード波形と前記フェイズ波形変換部で変換されたフェイズ波形とを前記複数の制御装置のそれぞれに出力する出力部、を有する分配器と、を備えたことを特徴とする。 The present invention includes a plurality of control devices that control a four-cycle engine, a plurality of first sensing bodies provided at equal intervals around an axis of a crankshaft or around an axis of a camshaft that is rotated by the crankshaft, A speed waveform output device that detects a first sensing body and outputs a speed waveform of the crankshaft or a camshaft speed waveform; one second sensing body configured around an axis of the camshaft; A rotation waveform output device that detects the second sensing body and outputs a rotation waveform of the cam shaft, and converts the velocity waveform output from the velocity waveform output device into a speed waveform that can be input to each of the plurality of control devices. A speed waveform converter that converts the rotation waveform output from the rotation waveform output device into a phase waveform that can be input to each of the plurality of control devices. And a distributor having an output unit that outputs the speed waveform converted by the speed waveform conversion unit and the phase waveform converted by the phase waveform conversion unit to each of the plurality of control devices. It is characterized by that.
本発明によれば、分配器において、スピード波形変換部が速度波形出力器から出力された速度波形を複数の制御装置のそれぞれに入力可能なスピード波形に変換する。同様に、フェイズ波形変換部が回転波形出力器から出力された回転波形を複数の制御装置のそれぞれに入力可能なフェイズ波形に変換する。そして、出力部がスピード波形変換部で変換されたスピード波形、フェイズ波形変換部で変換されたフェイズ波形を複数の制御装置のそれぞれに出力する。したがって、本発明は、複数の制御装置が共有する分配器から複数の制御装置にスピード波形及びフェイズ波形を入力できる。これにより、複数の制御装置は、制御装置ごとにスピード波形出力器やフェイズ波形出力器を備える必要がない。この結果、本発明に係る４サイクルエンジンの制御システムは、機器コスト、配線コストを抑制できる。
また、速度波形出力器、回転波形出力器がそれぞれ一つで済むので、速度波形出力器及び回転波形出力器を二系統設けること（二重化）が容易になり、二重化した場合には一方の系統が故障しても運転の継続が可能になる。
According to the present invention, in the distributor, the speed waveform converter converts the speed waveform output from the speed waveform output device into a speed waveform that can be input to each of the plurality of control devices. Similarly, the phase waveform conversion unit converts the rotation waveform output from the rotation waveform output device into a phase waveform that can be input to each of the plurality of control devices. The output unit outputs the speed waveform converted by the speed waveform conversion unit and the phase waveform converted by the phase waveform conversion unit to each of the plurality of control devices. Therefore, according to the present invention, a speed waveform and a phase waveform can be input from a distributor shared by a plurality of control devices to the plurality of control devices. Thereby, the plurality of control devices do not need to include a speed waveform output device or a phase waveform output device for each control device. As a result, the control system for a four-cycle engine according to the present invention can suppress equipment costs and wiring costs.
In addition, since only one velocity waveform output device and one rotation waveform output device are required, it is easy to provide two speed waveform output devices and one rotation waveform output device (duplication). Operation can be continued even if a failure occurs.
本発明の一態様では、前記分配器は、前記速度波形出力器から出力された速度波形の位相に対して前記出力部から出力されるスピード波形の位相を調整するスピード波形調整部と、前記回転波形出力器から出力された回転波形の位相に対して前記出力部から出力されるフェイズ波形の位相を調整するフェイズ波形調整部と、をさらに備える。
このようにすれば、第１センシング体と第１センシング体を検出する速度波形出力器とをそれぞれ厳密に調整する必要がなくなる。同様に、第２センシング体と第２センシング体を検出する回転波形出力器とをそれぞれ厳密に調整する必要がなくなる。これにより、第１センシング体と速度波形出力器、第２センシング体と回転波形出力器の調整コストを低減できる。
また、制御装置ごとにフェイズ波形出力器を設けた４サイクルエンジンの制御システムを複数の制御装置が共有する分配器から複数の制御装置にフェイズ波形を入力するように改造した場合でもフェイズ波形の位相を調整すれば、従前のものと同じ位相の波形を制御装置に出力できる。これにより、４サイクルエンジンの制御システムを改造し、複数の制御装置が共有する分配器から複数の制御装置にフェイズ波形を入力するように改造した場合でも、複数の制御装置の制御データを変更する必要がない。
In one aspect of the present invention, the distributor includes a speed waveform adjusting unit that adjusts a phase of a speed waveform output from the output unit with respect to a phase of the speed waveform output from the speed waveform output unit, and the rotation A phase waveform adjusting unit that adjusts the phase of the phase waveform output from the output unit with respect to the phase of the rotation waveform output from the waveform output unit;
In this way, it is not necessary to strictly adjust each of the first sensing body and the velocity waveform output device that detects the first sensing body. Similarly, it is not necessary to strictly adjust the second sensing body and the rotational waveform output device that detects the second sensing body. Thereby, the adjustment cost of a 1st sensing body and a speed waveform output device and a 2nd sensing body and a rotation waveform output device can be reduced.
Even if the control system of a 4-cycle engine with a phase waveform output device for each control device is modified so that the phase waveform is input to a plurality of control devices from a distributor shared by the plurality of control devices, the phase of the phase waveform By adjusting, a waveform having the same phase as the previous one can be output to the control device. As a result, the control data of a plurality of control devices is changed even when the control system of the four-cycle engine is modified so that phase waveforms are input to the plurality of control devices from a distributor shared by the plurality of control devices. There is no need.
本発明の一態様では、前記分配器は、前記スピード波形の位相を調整するスピード波形調整処理と、前記フェイズ波形の位相を調整するフェイズ波形調整処理とを実行するＦＰＧＡを備える。
このようにすれば、高速処理が要求されるスピード波形調整処理とフェイズ波形調整処理を実現できる。
In one aspect of the present invention, the distributor includes an FPGA that executes a speed waveform adjustment process for adjusting the phase of the speed waveform and a phase waveform adjustment process for adjusting the phase of the phase waveform.
In this way, speed waveform adjustment processing and phase waveform adjustment processing that require high-speed processing can be realized.
本発明の一態様では、前記分配器は、前記速度波形出力器から出力された速度波形と前記回転波形出力器から出力された回転波形を基に前記複数の制御装置のそれぞれが制御する上で基準とする基準波形を生成する基準波形生成部を備え、前記分配器の出力部は、前記基準波形生成部で生成された基準波形を出力する。
このようにすれば、基準波形を出力する基準波形出力器を別途設ける必要がなく、機器コスト、調整コストを抑制でき、基準波形出力器の故障を考慮する必要もない。
In one aspect of the present invention, the distributor is controlled by each of the plurality of control devices based on the velocity waveform output from the velocity waveform output device and the rotation waveform output from the rotation waveform output device. A reference waveform generation unit that generates a reference waveform as a reference is provided, and the output unit of the distributor outputs the reference waveform generated by the reference waveform generation unit.
In this way, it is not necessary to separately provide a reference waveform output device for outputting the reference waveform, the device cost and the adjustment cost can be suppressed, and it is not necessary to consider the failure of the reference waveform output device.
本発明の一態様では、前記複数の第１センシング体が前記カム軸の軸線まわりに設けられるとともに、前記第２センシング体が前記複数の第１センシング体の一つが欠落することにより構成され、前記回転波形出力器と前記速度波形出力器とが単一の波形出力器で構成される。
このようにすれば、回転波形出力器と速度波形出力器とをそれぞれ設ける必要がなく、波形出力器が一つで済む。
In one aspect of the present invention, the plurality of first sensing bodies are provided around the axis of the cam shaft, and the second sensing body is configured by missing one of the plurality of first sensing bodies, The rotation waveform output device and the velocity waveform output device are constituted by a single waveform output device.
In this way, it is not necessary to provide a rotation waveform output device and a velocity waveform output device, and only one waveform output device is required.
以上説明したように、本発明によれば、複数の制御装置が共有する分配器から複数の制御装置にスピード波形及びフェイズ波形を入力できる。これにより、複数の制御装置は、制御装置ごとにスピード波形出力器やフェイズ波形出力器を備える必要がない。この結果、本発明に係る４サイクルエンジンの制御システムは、機器コスト、配線コストを抑制できる。 As described above, according to the present invention, the speed waveform and the phase waveform can be input to the plurality of control devices from the distributor shared by the plurality of control devices. Thereby, the plurality of control devices do not need to include a speed waveform output device or a phase waveform output device for each control device. As a result, the control system for a four-cycle engine according to the present invention can suppress equipment costs and wiring costs.
以下、本発明の好適な実施の形態について詳細に説明する。以下に説明する本実施の形態は、特許請求の範囲に記載された本発明の内容を不当に限定するものではなく、本実施の形態で説明される構成の全てが本発明の解決手段として必須であるとは限らない。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail. The present embodiment described below does not unduly limit the content of the present invention described in the claims, and all the configurations described in the present embodiment are essential as means for solving the present invention. Not necessarily.
［前提となる形態］
まず、図１〜図４に基づいて、前提となる４サイクルエンジンの制御システムを説明する。尚、図１は、発電プラントの構成を示す概念図であり、図２は、前提となる４サイクルエンジンの制御システムを示すブロック図である。また、図３は、図２に示した各波形出力器の概要を示す図であって、（ａ）はスピード波形出力器を示す図、（ｂ）はＴＤＣ波形出力器を示す図、（ｃ）はフェイズ波形出力器を示す図である。また、図４は、図３に示した各波形出力器から出力された波形を示す図であって、（ａ）はスピード波形を示す図、（ｂ）はＴＤＣ波形を示す図、（ｃ）はフェイズ波形を示す図である。
[Prerequisite form]
First, a control system for a four-cycle engine as a premise will be described with reference to FIGS. FIG. 1 is a conceptual diagram showing a configuration of a power plant, and FIG. 2 is a block diagram showing a control system for a four-cycle engine as a premise. 3 is a diagram showing an outline of each waveform output device shown in FIG. 2, wherein (a) shows a speed waveform output device, (b) shows a TDC waveform output device, and (c) ) Is a diagram showing a phase waveform output device. 4 is a diagram showing waveforms output from the respective waveform output devices shown in FIG. 3, wherein (a) shows a speed waveform, (b) shows a TDC waveform, and (c). FIG. 4 is a diagram showing a phase waveform.
図１に示すように、発電プラント１は、４サイクルエンジン２、発電機３、補機ユニット４を備えている。ここで説明する４サイクルエンジン２は、発電プラント１に好適なガスエンジンであって、複数気筒（例えば、１８気筒）を有する４サイクルエンジンである。具体的には、気筒がＶ字型に配置された、所謂Ｖ型エンジンと称されるもので、ピストン（図示せず）の往復動を回転運動に変えるクランク軸（図示せず）の両側にそれぞれカム軸（図示せず）を備えている。また、４サイクルエンジン２は、気筒ごとに、主室用インジェクター２１、副室用インジェクター２２、点火プラグ２３を備えている。主室用インジェクター２１と副室用インジェクター２２とは、気筒内に吸気される空気に燃料（ガス燃料）を噴射し、混合気とするためのもので、燃料噴射装置を構成する。点火プラグ２３は、気筒内に吸気された混合気に点火するためのものである。
As shown in FIG. 1, the
図２に示すように、ここで例示する４サイクルエンジン２は、主室用インジェクター２１、副室用インジェクター２２、点火プラグ２３を分散制御するもので、４サイクルエンジン２から１０メートル程度離れた位置に設置された機側盤には、メイン制御装置５１、主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ５３、点火装置５４、燃焼診断装置５５、スローターニング５６、ノックディテクター５７を備えている。
As shown in FIG. 2, the four-
メイン制御装置５１は、主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ５３、点火装置５４、燃焼診断装置５５、スローターニング５６、ノックディテクター５７を統括的に制御するためのもので、主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ５３、点火装置５４を介して主室用インジェクター２１、副室用インジェクター２２、点火プラグ２３を制御する。
The
主室用ガス供給コントローラ５２は、気筒ごとに設けられた主室用インジェクター２１を制御するためのもので、主室用ガス供給コントローラ５２は、スピード波形出力器５２１、ＴＤＣ波形出力器５２２、フェイズ波形出力器５２３を備えている。
The main chamber
スピード波形出力器５２１は、クランク軸２Ａの回転角度を特定するスピード波形を出力するためのものである。本形態に係るスピード波形出力器５２１は、クランク軸２Ａの軸まわりに等間隔に複数設けられた第１センシング体と該第１センシング体を検出する検出器とを備えている。図３（ａ）に示すように、第１センシング体は、クランク軸２Ａに設けられた検出歯車５２１Ａの外周に等間隔に複数形成された歯５２１Ａ１で構成され、検出器は、検出歯車５２１Ａの歯５２１Ａ１に臨むように設けられた電磁ピックアップ（磁気センサー）５２１Ｂで構成される。そして、制御の基準となる気筒のピストンが上死点に到達した時に歯５２１Ａ１を電磁ピックアップ５２１Ｂが検出するように、電磁ピックアップ５２１Ｂが厳密に調整される。したがって、図４（ａ）に示すように、電磁ピックアップ５２１Ｂは、歯５２１Ａ１を検出すると、±ａＶの波を出力する。そして、一つの波を出力してから検出歯車５２１Ａが歯数分の１回転するとつぎの波を出力する。これにより、主室用ガス供給コントローラ５２は、スピード波形出力器５２１から出力された波からクランク軸の回転角度を求めることができる。
The speed
ＴＤＣ波形出力器５２２は、制御の基準となる気筒のピストンの上死点（ＴＤＣ（Ｔｏｐ Ｄｅａｄ Ｃｅｎｔｅｒ））を特定するＴＤＣ波形を出力するためのものである。本形態に係るＴＤＣ波形出力器５２２は、クランク軸２Ａの軸まわりに一つ設けられた第２センシング体と該第２センシング体を検出する検出器とを備えている。図３（ｂ）に示すように、第２センシング体は、クランク軸２Ａに設けられた検出歯車５２２Ａの外周に一つ形成された歯５２２Ａ１で構成され、検出器は、制御の基準となる気筒のピストンが上死点に到達した時に歯５２２Ａ１を検出するように設けられた電磁ピックアップ（磁気センサー）５２２Ｂで構成される。そして、制御の基準となる気筒のピストンが上死点に到達した時に歯５２２Ａ１を電磁ピックアップ５２２Ｂが検出するように、電磁ピックアップ５２２Ｂが厳密に調整される。したがって、制御の基準となる気筒のピストンが上死点に到達すると電磁ピックアップ５２２Ｂが歯５２２Ａ１を検出する。これにより、図４（ｂ）に示すように、電磁ピックアップ５２２Ｂは±ａＶの波を出力する。そして、一つの波を出力してからクランク軸２Ａが一回転するとつぎの波を出力する。これにより、主室用ガス供給コントローラ５２は、ＴＤＣ波形出力器５２２から出力されたＴＤＣ波形から制御の基準となる気筒のピストンが上死点に到達するタイミングを求めることができる。
The TDC
フェイズ波形出力器５２３は、制御の基準となる気筒の１サイクルを特定するフェイズ波形を出力するためのものである。本形態に係るフェイズ波形出力器５２３は、カム軸２Ｂの軸まわりに一つ設けられた第２センシング体と該第２センシング体を検出する検出器とを備えている。図３（ｃ）に示すように、第２センシング体は、カム軸２Ｂに設けられた金属のアーム５２３Ａ１で構成され、検出器は、アーム５２３Ａ１の端面に臨むように設けられた電磁ピックアップ（磁気センサー）５２３Ｂで構成される。したがって、図４（ｃ）に示すように、電磁ピックアップ５２３Ｂは、アーム５２３Ａ１の端面を検出すると、＋ｂＶの波を出力する。そして、一つの波を出力してからカム軸が１回転するとつぎの波を出力する。これにより、主室用ガス供給コントローラ５２は、フェイズ波形出力器５２３から出力された波から制御の基準となる気筒の１サイクルを求めることができる。
The phase
図３（ｃ）に示すように、本形態に係る電磁ピックアップ５２３Ｂは、波を出力してからカム軸がＡ°／２（クランク軸２ＡがＡ°）回転すると制御の基準となる気筒のピストンが爆発上死点に到達するように配置されている。これにより、制御の基準となる気筒のピストンは、電磁ピックアップ５２３Ｂから波が出力されてからクランク軸２ＡがＡ°回転すると、爆発上死点に到達する。したがって、主室用ガス供給コントローラ５２は、フェイズ波形出力器５２３から波が出力された後にＴＤＣ波形出力器５２２から波が出力された時を制御の基準となる気筒のピストンが爆発上死点に到達した時と判断できる。
As shown in FIG. 3 (c), the electromagnetic pickup 523B according to the present embodiment has a cylinder piston that becomes a reference for control when the camshaft rotates A ° / 2 (
図２に示すように、上述したスピード波形出力器５２１から出力されたスピード波形、ＴＤＣ波形出力器５２２から出力されたＴＤＣ波形、フェイズ波形出力器５２３から出力されたフェイズ波形は、主室用ガス供給コントローラ５２の入力となる。これにより、主室用ガス供給コントローラ５２は、スピード波形、ＴＤＣ波形、フェイズ波形を基にメイン制御装置５１からの指示を実行し、気筒ごとに、燃料の噴射タイミング、燃料の噴射量を制御する。具体的には、フェイズ波形、ＴＤＣ波形を基に起点となる爆発上死点を特定するとともに、スピード波形を用いて燃料の噴射タイミングを決定する。そして、主室用ガス供給コントローラ５２は、気筒ごとに設けられた主室用インジェクター２１を統括的に制御する。
As shown in FIG. 2, the speed waveform output from the speed
副室用ガス供給コントローラ５３は、気筒ごとに設けられた副室用インジェクター２２を制御するためのもので、主室用ガス供給コントローラ５２と同様、スピード波形出力器５３１、ＴＤＣ波形出力器５３２、フェイズ波形出力器５３３を備えている。
The sub-chamber
スピード波形出力器５３１は、上述したスピード波形出力器５２１と同様、クランク軸２Ａの回転角度を特定するスピード波形を出力するためのものである。図３（ａ）に示すように、本形態に係るスピード波形出力器５３１は、上述した検出歯車５２１Ａの外周に等間隔に複数形成された歯５２１Ａ１と、専用に設けられた電磁ピックアップ５３１Ｂとで構成される。これにより、専用に設けられた電磁ピックアップ５３１Ｂは、スピード波形出力器５２１を構成する電磁ピックアップ５２１Ｂとともに、検出歯車５２１Ａのまわりに配置される。
Similar to the speed
ＴＤＣ波形出力器５３２は、上述したＴＤＣ波形出力器５２２と同様、制御の基準となる気筒のピストンの上死点を特定するＴＤＣ波形を出力するためのものである。図３（ｂ）に示すように、本形態に係るＴＤＣ波形出力器５３２は、上述した検出歯車５２２Ａの外周に一つ形成された歯５２２Ａ１と、専用に設けられた電磁ピックアップ５３２Ｂとで構成される。これにより、専用に設けられた電磁ピックアップ５３２Ｂは、ＴＤＣ波形出力器５２２を構成する電磁ピックアップ５２２Ｂとともに、検出歯車５２２Ａのまわりに配置される。
Similar to the TDC
フェイズ波形出力器５３３は、上述したフェイズ波形出力器５２３と同様、制御の基準となる気筒の１サイクルを特定するフェイズ波形を出力するためのものである。図３（ｃ）に示すように、本形態に係るフェイズ波形出力器５３３は、上述したカム軸２Ｂに設けられた金属のアーム５２３Ａ１と、専用に設けられた電磁ピックアップ５３３Ｂとで構成される。専用に設けられた電磁ピックアップ５３３Ｂは、フェイズ波形出力器５２３を構成する電磁ピックアップ５２３Ｂとともに、カム軸２Ｂのまわりに設けられる。
The phase
図２に示すように、上述したスピード波形出力器５３１出力されたスピード波形、ＴＤＣ波形出力器５３２から出力されたＴＤＣ波形、フェイズ波形出力器５３３から出力されたフェイズ波形は、副室用ガス供給コントローラ５３の入力となる。これにより、副室用ガス供給コントローラ５３は、スピード波形、ＴＤＣ波形、フェイズ波形を基にメイン制御装置５１からの指示を実行し、気筒ごとに、燃料の噴射タイミング、燃料の噴射量を制御する。具体的には、フェイズ波形、ＴＤＣ波形を基に起点となる爆発上死点を特定するとともに、スピード波形を用いて燃料噴射タイミングを決定する。そして、副室用ガス供給コントローラ５３は、気筒ごとに設けられた副室用インジェクター２２を統括的に制御する。
As shown in FIG. 2, the speed waveform output from the speed
点火装置５４は、気筒ごとに設けられた点火プラグ２３を制御するためのもので、点火装置５４は、副室用ガス供給コントローラ５３と同様に、スピード波形出力器５４１、ＴＤＣ波形出力器５４２、フェイズ波形出力器５４３を備えている。
The
スピード波形出力器５４１は、上述したスピード波形出力器５３１と同様、クランク軸２Ａの回転角度を特定するスピード波形を出力するためのものである。図３（ａ）に示すように、本形態に係るスピード波形出力器５４１は、上述したスピード波形出力器５３１と同様、上述した検出歯車５２１Ａの外周に等間隔に複数形成された歯５２１Ａ１と、専用に設けられた電磁ピックアップ５４１Ｂとで構成される。これにより、専用に設けられた電磁ピックアップ５４１Ｂは、スピード波形出力器５２１，５３１をそれぞれ構成する電磁ピックアップ５２１Ｂ，５３１Ｂとともに、検出歯車５２１Ａのまわりに配置される。
Similar to the speed
ＴＤＣ波形出力器５４２は、上述したＴＤＣ波形出力器５３２と同様、制御の基準となる気筒のピストンの上死点を特定するＴＤＣ波形を出力するためのものである。図３（ｂ）に示すように、本形態に係るＴＤＣ波形出力器５４２は、上述した検出歯車５２２Ａの外周に一つ形成された歯５２２Ａ１と、専用に設けられた電磁ピックアップ５４２Ｂとで構成される。また、本形態に係る電磁ピックアップ５４２Ｂは、ほかの電磁ピックアップ５２２Ｂ，５３２Ｂの配置の関係で、波を出力してからクランク軸２ＡがＢ°回転すると制御の基準となる気筒のピストンが上死点に到達するように配置されている。これにより、制御の基準となる気筒のピストンは、ＴＤＣ波形出力器５４２から波が出力されてからクランク軸２ＡがＢ°回転すると、上死点に到達する。
Similar to the TDC
フェイズ波形出力器５４３は、上述したフェイズ波形出力器５３３と同様、制御の基準となる気筒の１サイクルを特定するフェイズ波形を出力するためのものである。図３（ｃ）に示すように、本形態に係るフェイズ波形出力器５４３は、上述したカム軸２Ｂに設けられた金属のアーム５２３Ａ１と、専用に設けられた電磁ピックアップ５４３Ｂとで構成される。また、本形態に係る電磁ピックアップ５４３Ｂは、ほかの電磁ピックアップ５２３Ｂ，５３３Ｂの配置の関係で、波を出力してからカム軸２ＢがＣ°／２（クランク軸２ＡがＣ°）回転すると制御の基準となる気筒のピストンが爆発上死点に到達するように配置されている。これにより、制御の基準となる気筒のピストンは、フェイズ波形出力器５４３から波が出力されてからクランク軸２ＡがＣ°回転すると、爆発上死点に到達する。したがって、点火装置５４は、フェイズ波形出力器５４３から波が出力されてからクランク軸２ＡがＣ°回転し、かつ、ＴＤＣ波形出力器５４２から波が出力されてからクランク軸がＢ°回転した時を制御の基準となる気筒のピストンが爆発上死点に到達した時と判断する。
Similarly to the phase
図２に示すように、上述したスピード波形出力器５４１から出力されたスピード波形、ＴＤＣ波形出力器５４２から出力されたＴＤＣ波形、フェイズ波形出力器５４３から出力されたフェイズ波形は、点火装置５４の入力となる。これにより、点火装置５４は、スピード波形、ＴＤＣ波形、フェイズ波形を基にメイン制御装置５１からの指示を実行し、気筒ごとに点火タイミングを制御する。具体的には、ＴＤＣ波形、フェイズ波形を基に起点となる爆発上死点を特定するとともに、スピード波形を用いて点火タイミングを決定する。そして、点火装置５４は、気筒ごとに設けられた点火プラグ２３を統括的に制御する。
As shown in FIG. 2, the speed waveform output from the speed
燃焼診断装置５５は、気筒ごとに燃焼状態を診断するためのものである。本形態に係る燃焼診断装置５５は、気筒ごとに設けられた筒内圧センサー２４に接続されるとともに、スピード波形出力器５５１、フェイズ波形出力器５５２を備えている。
The combustion
スピード波形出力器５５１は、上述したスピード波形出力器５４１と同様、クランク軸２Ａの回転角度を特定するスピード波形を出力するためのものである。本形態に係るスピード波形出力器５５１は、上述したスピード波形出力器５４１と同様、上述した検出歯車５２１Ａの外周に等間隔に複数形成された歯５２１Ａ１と、専用に設けられた電磁ピックアップ５５１Ｂとで構成される。これにより、専用に設けられた電磁ピックアップ５５１Ｂは、スピード波形出力器５２１，５３１，５４１をそれぞれ構成する電磁ピックアップ５２１Ｂ、５３１Ｂ，５４１Ｂとともに、検出歯車５２１Ａのまわりに配置される。
Similar to the speed
フェイズ波形出力器５５２は、上述したフェイズ波形出力器５４３と同様、制御の基準となる気筒の１サイクルを特定するフェイズ波形を出力するためのものである。図３（ｃ）に示すように、本形態に係るフェイズ波形出力器５５２は、上述したカム軸２Ｂに設けられた金属のアーム５２３Ａ１と、専用に設けられた電磁ピックアップ５５２Ｂとで構成される。また、本形態に係る電磁ピックアップ５５２Ｂは、波を出力した時に制御の基準となる気筒のピストンが爆発上死点に到達するように配置されている。
Similarly to the phase
図２に示すように、上述した筒内圧センサー２４からの出力、スピード波形出力器５５１から出力されたスピード波形、フェイズ波形出力器５５２から出力されたフェイズ波形は、燃焼診断装置５５の入力となる。そして、燃焼診断装置５５は、フェイズ波形出力器５５２から出力されたフェイズ波形をＴＤＣ波形として認識する。これにより、燃焼診断装置５５は、筒内圧、スピード波形、ＴＤＣ波形として認識したフェイズ波形を基にメイン制御装置５１からの指示を実行し、気筒ごとに燃焼状態を診断する。
As shown in FIG. 2, the output from the in-
スローターニング５６は、長期間放置されたエンジンをゆっくり回転させた場合等にエンジンが回転しているか否かを判別するためのものである。本形態に係るスローターニング５６は、フェイズ波形出力器５６１を備えている。本形態に係るフェイズ波形出力器５６１は、上述したフェイズ波形出力器５５２と同様、制御の基準となる気筒の１サイクルを特定するフェイズ波形を出力するためのものである。図３（ｃ）に示すように、本形態に係るフェイズ波形出力器５６１は、上述したカム軸２Ｂに設けられた金属のアーム５２３Ａ１と、専用に設けられた電磁ピックアップ５６１Ｂとで構成される。また、本形態に係るフェイズ波形出力器５６１は、ほかの電磁ピックアップと干渉しない位置に配置されている。
The
図２に示すように、上述したフェイズ波形出力器５６１から出力されたフェイズ波形は、スローターニング５６の入力となる。これにより、スローターニングは、フェイズ波形を基にメイン制御装置５１からの指示を実行し、エンジンが回転しているか否かを判別する。
As shown in FIG. 2, the phase waveform output from the above-described phase
ノックディテクター５７は、気筒ごとにノッキングを制御するためのものである。本形態に係るノックディテクター５７は、気筒ごとに設けられたノックセンサー２５に接続されるとともに、フェイズ波形出力器５７１を備えている。図３（ｃ）に示すように、本形態に係るフェイズ波形出力器５７１は、上述したフェイズ波形出力器５６１と同様、制御の基準となる気筒の１サイクルを特定するフェイズ波形を出力するためのものである。本形態に係るフェイズ波形出力器５７１は、上述したカム軸２Ｂに設けられた金属のアーム５２３Ａ１と、専用に設けられた電磁ピックアップ５７１Ｂとで構成される。また、本形態に係るフェイズ波形出力器５７１は、ほかの電磁ピックアップ５２３Ｂ，５３３Ｂ，５４３Ｂ，５６１Ｂの配置の関係で、基準となる気筒のピストンが上死点に到達してからカム軸がＤ°／２（クランク軸がＤ°）回転した時に波が出力するように配置されている。
The
図２に示すように、上述したノックセンサー２５からの出力、フェイズ波形出力器５７１から出力されたフェイズ波形は、ノックディテクター５７の入力となる。そして、ノックディテクター５７は、フェイズ波形出力器５７１から出力されたフェイズ波形をＴＤＣ波形として認識する。これにより、ノックディテクター５７は、筒内圧、ＴＤＣ波形として認識したフェイズ波形を基にメイン制御装置５１からの指示を実行し、気筒ごとにノッキングを制御する。
As shown in FIG. 2, the output from the
上述した４サイクルエンジンの制御システムは、制御装置５２〜５５ごとにスピード波形出力器を備え、制御装置５２〜５４ごとにＴＤＣ波形出力器を備える。また、制御装置５２〜５７ごとに、フェイズ波形出力器を備える。したがって、４つのスピード波形出力器、３つのＴＤＣ波形出力器、６つのフェイズ波形出力器が必要となる。また、機側盤は、４サイクルエンジン２から１０メートル程度離れているので、５つのスピード波形出力器、３つのＴＤＣ波形出力器、６つのフェイズ波形出力器から機側盤に設けた制御装置５２〜５７に接続する配線のコストが必要となる。
The four-cycle engine control system described above includes a speed waveform output device for each of the
さらに、４つのスピード波形出力器（電磁ピックアップ）、３つのＴＤＣ波形出力器（電磁ピックアップ）、６つのフェイズ波形出力器（電磁ピックアップ）を厳密に調整しなければならないので、調整に長時間を要し、調整コストが嵩む。 In addition, four speed waveform output devices (electromagnetic pickups), three TDC waveform output devices (electromagnetic pickups), and six phase waveform output devices (electromagnetic pickups) must be strictly adjusted, so adjustment takes a long time. In addition, adjustment costs increase.
［実施の形態１］
つぎに、図５〜図９に基づいて、本発明の実施の形態１である４サイクルエンジンの制御システムについて詳細に説明する。尚、上述した４サイクルエンジンの制御システムと同一の構成は同一の符号を付して説明を省略する。
[Embodiment 1]
Next, a control system for a four-cycle engine according to the first embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. In addition, the same structure as the control system of the 4-cycle engine mentioned above attaches | subjects the same code | symbol, and abbreviate | omits description.
図５は、本発明の実施の形態１である４サイクルエンジンの制御システムを示すブロック図であり、図６は、図５に示した各波形出力器の概要を示す図であって、（ａ）はスピード波形出力器を示す図、（ｂ）はフェイズ波形出力器を示す図である。図７は、図５に示した分配器の制御構成を示すブロック図である。図８は、図５に示した入力波形変換部で変換する前の波形と変換された後の波形を示す図であって、（ａ）は変換前の速度波形を示す図、（ｂ）は変換後の速度波形を示す図、（ｃ）は整形前の回転波形を示す図、（ｄ）は整形後の回転波形を示す図である。図９は、出現する波の位相調整を説明するための図であって、（ａ）はスピード波形に出現する波の位相調整を示す図、（ｂ）はＴＤＣ波形に出現する波の位相調整を示す図、（ｃ）はフェイズ波形に出現する位相調整を示す図である。また、図１０は、ＦＰＧＡで調整されたスピード波形、ＴＤＣ波形、フェイズ波形を示す図であり、図１１は、図１０に示したスピード波形、ＴＤＣ波形、フェイズ波形の検出基準を示す図である。
5 is a block diagram showing a control system for a 4-cycle engine according to
図５に示すように、本発明の実施の形態１である４サイクルエンジンの制御システムは、複数の制御装置が共有する機器から複数の制御装置にスピード波形及びフェイズ波形を入力できるもので、速度波形出力器６、回転波形出力器７、分配器８を備えている。
As shown in FIG. 5, the control system for a 4-cycle engine according to the first embodiment of the present invention can input speed waveforms and phase waveforms from a device shared by a plurality of control devices to a plurality of control devices. A
速度波形出力器６は、上述したスピード波形出力器５２１と同様に、クランク軸２Ａの回転角度を特定する速度波形を出力するためのものである。本実施の形態１に係る速度波形出力器６は、上述したスピード波形出力器５２１と同様に、クランク軸２Ａの軸まわりに複数設けられた第１センシング体と該第１センシング体を検出する検出器とを備えている。図６（ａ）に示すように、第１センシング体は、上述したスピード波形出力器５２１と同様、クランク軸２Ａに設けられた検出歯車６１の外周に等間隔に複数形成された歯６１Ａで構成され、検出器は検出歯車６１の歯６１Ａに臨むように設けられた電磁ピックアップ（磁気センサー）６２で構成される。したがって、図８（ａ）に示すように、電磁ピックアップ６２は、歯６１Ａを検出すると、±ａＶの波を出力する。そして、一つの波を出力してから検出歯車６１が歯数分の１回転するとつぎの波を出力する。これにより、速度波形出力器６から出力された速度波形からクランク軸２Ａの回転角度を求めることができる。尚、歯の数は、４サイクルエンジン２に対して十分な分解能が得られ、かつ、安定したセンシングが可能な数であればよい。また、第１センシング体と検出器とは一対で構成されるが、本実施の形態１では、バックアップのために一の第１センシング体に対して検出器が二系統設けられる（二重化）。具体的には、検出歯車６１の外周に設けられた歯に対して電磁ピックアップ６２が二系統設けられる。
Similar to the speed
回転波形出力器７は、上述したＴＤＣ波形出力器５２２と同様に、制御の基準となる気筒の上死点（ＴＤＣ）を特定する回転波形を出力するためのものである。本実施の形態１に係る回転波形出力器７は、上述したフェイズ波形出力器５２３と同様に、カム軸２Ｂの軸まわりに一つ設けられた第２センシング体と該第２センシング体を検出する検出器とを備えている。図６（ｂ）に示すように、第２センシング体は、上述したフェイズ波形出力器５２３と同様、カム軸２Ｂに設けられた金属のアーム７１１で構成され、検出器は、アーム７１１の端面に臨むように設けられた電磁ピックアップ（磁気センサー）７２で構成される。したがって、図８（ｃ）に示すように、電磁ピックアップ７２は、アーム７１１の端面を検出すると、＋ｂＶの波を出力する。そして、一つの波を出力してからカム軸２Ｂが１回転するとつぎの波を出力する。これにより、回転波形出力器７から出力された回転波形から制御の基準となる気筒の上死点（ＴＤＣ）を求めることができる。尚、第２センシング体と検出器とは一対で構成されるが、本実施の形態１では、バックアップのために一の第２センシング体に対して検出器が二系統設けられる（二重化）。具体的には、カム軸２Ｂに設けられた金属のアーム７１１に対して電磁ピックアップ７２が二系統設けられる。
Similar to the TDC
分配器８は、速度波形出力器６から出力された速度波形を各制御装置５２〜５５の処理に適したスピード波形に変換し、各制御装置５２〜５５に出力するとともに、回転波形出力器７から出力された回転波形を各制御装置５２〜５７の処理に適したＴＤＣ波形またはフェイズ波形に変換し、各制御装置５２〜５７に出力するためものである。分配器８は、４サイクルエンジン２から１０メートル程度離れた位置に設置された機側盤に配置される。分配器８には、上述した速度波形出力器６、回転波形出力器７が接続される。
The distributor 8 converts the speed waveform output from the speed
図７に示すように、分配器８は、入力部８１、入力波形変換部８２、ＦＰＧＡ８３、出力波形変換部８４、出力部８５を備えている。
入力部８１には、上述した速度波形出力器６、回転波形出力器７が接続され、速度波形出力器６から出力された速度波形、回転波形出力器７から出力された回転波形が入力される。
As shown in FIG. 7, the distributor 8 includes an
The speed
入力波形変換部８２は、入力部８１を通り、入力された速度波形及び回転波形をＦＰＧＡ８２で処理できる波形に整形するためのものである。入力波形変換部８２は、図８（ｂ）に示すように、入力部８１から入力された±ａＶの速度波形を＋ＰＶの矩形波形に変換するとともに、図８（ｄ）に示すように、入力部８１から入力された＋ｂＶの回転波形を＋ＰＶの矩形波形に変換する。
The input
ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）８３は、高速処理が可能であり、入力波形変換部８２で変換された速度波形と回転波形とから上死点波形を生成するとともに、出力部８５から出力するスピード波形、ＴＤＣ波形、フェイズ波形の位相を調整するものである。図７に示すように、ＦＰＧＡ８３は、上死点波形生成部８３１、スピード波形調整部８３２、ＴＤＣ波形調整部８３３、フェイズ波形調整部８３４を有している。
An FPGA (Field-Programmable Gate Array) 83 is capable of high-speed processing, and generates a top dead center waveform from the velocity waveform and the rotation waveform converted by the input
上死点波形生成部８３１は、上述したＴＤＣ波形出力器５２２と同様に、制御の基準となる気筒のピストンの上死点を特定する上死点波形を生成するためのものである。本実施の形態１である上死点波形生成部８３１は、入力波形変換部８２で変換された速度波形と変換された回転波形とを基に生成する。具体的には、変換された回転波形において波が出現した後に変換されたスピード波形の波が所定量出現したタイミングで上死点波形の波が出現するように生成する。所定量は、制御の基準となる気筒のピストンが上死点に到達する時と合致するように調整されるが、所定量は整数に限られるものではなく、小数を含むものであってもよい。
Similar to the TDC
スピード波形調整部８３２は、出力部８５から出力するスピード波形において出現する波の位相を調整するためのもので、入力波形変換部８２で変換された入力波形の位相に対して出力部８５から出力されるスピード波形の位相を調整する。具体的には、分配器８に接続されたパソコン（図示せず）からスピード波形調整部８３２に変数を入力することにより調整される。尚、スピード波形調整部８３２に入力する変数は、波の位相に対するものであり、上述した検出歯車６１の一歯分で任意に入力可能である。具体的には、一歯分を細分化した単位で任意に入力可能である。
The speed
したがって、図９（ａ）（１）に示すように、制御の基準となる気筒Ｌ１のピストンの上死点と出力部８５から出力されるスピード波形の波とがずれている場合には、図９（ａ）（２）に示すように、ピストンの上死点とスピード波形の波とが一致するように微調整される。そして、図１０（ａ）に示すように、微調整されたスピード波形は、主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ５３、点火装置５４、燃焼診断装置５５に出力するスピード波形となる。
Therefore, as shown in FIGS. 9A and 9A, when the top dead center of the piston of the cylinder L1 serving as a reference for control is shifted from the wave of the speed waveform output from the
ＴＤＣ波形調整部８３３は、出力部８５から出力するＴＤＣ波形において出現する波の位相、波の幅を調整するためのもので、上死点波形生成部８３１で生成された上死点波形の位相に対して出力部８５から出力されるＴＤＣ波形の位相、波の幅を調整する。具体的には、分配器８に接続されたパソコンからＴＤＣ波形調整部８３３に変数を入力することにより調整される。尚、ＴＤＣ波形調整手段に入力する変数は、波の位相、波の幅に対するものであり、任意に調整可能である。具体的には、波の位相に対しては検出歯車６１の歯単位と一歯を細分化した単位で任意に入力可能であり、波の幅に対しては検出歯車６１の歯単位で任意に入力可能である。
The TDC
したがって、図９（ｂ）（１）に示すように、制御の基準となる気筒Ｌ１のピストンの上死点と出力部８５から出力されるＴＤＣ波形の波とがずれている場合には、図９（ｂ）（２）に示すように、ピストンの上死点とＴＤＣ波形の波が一致するように微調整される。そして、図１０（ｂ）に示すように、微調整されたＴＤＣ波形は、主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ５３に出力するＴＤＣ波形となる。
Therefore, as shown in FIGS. 9B and 9A, when the top dead center of the piston of the cylinder L1 serving as a reference for control is shifted from the wave of the TDC waveform output from the
フェイズ波形調整部８３４は、出力部８５から出力するフェイズ波形において出現する波の位相、波の幅を調整するためのもので、入力波形変換部８２で変換された入力波形に対して出力部８５から出力されるフェイズ波形の位相、波の幅を調整する。具体的には、分配器８に接続されたパソコンからフェイズ波形調整部８３４に変数を入力することにより調整される。尚、フェイズ波形調整部８３４に入力する変数は、波の位相、波の幅に対するものであり、任意に入力可能である。例えば、波の位相に対しては検出歯車６１の歯単位と一歯を細分化した単位で任意に入力可能であり、波の幅に対しては検出歯車６１の歯単位で任意に入力可能である。
The phase
したがって、図９（ｃ）（１）に示すように、制御の基準となる気筒Ｌ１のピストンの上死点とフェイズ波形の波とがずれている場合には、図９（ｃ）（２）に示すように、ピストンの上死点とフェイズ波形の基準とが一致するように微調整される。 Therefore, as shown in FIGS. 9 (c) and (1), when the top dead center of the piston of the cylinder L1 serving as the reference of control is shifted from the wave of the phase waveform, FIGS. 9 (c) and (2). As shown in Fig. 5, fine adjustment is performed so that the top dead center of the piston and the reference of the phase waveform match.
また、上述したＴＤＣ波形調整部８３３は、出力部８５から出力するＴＤＣ波形の位相を出力先に合わせて調整可能である。例えば、前提となる形態と同様に、点火装置５４に入力するＴＤＣ波形は、波が出現してからクランク軸がＢ°回転すると制御の基準となる気筒Ｌ１のピストンが上死点に到達するように調整できる。このように調整すれば、図１０（ｄ）に示すように、出力部８５から点火装置５４に出力するＴＤＣ波形は、波が出現してからクランク軸２ＡがＢ°回転すると制御の基準となる気筒Ｌ１のピストンが上死点に到達する。
Further, the TDC
また、上述したフェイズ波形調整部８３４は、出力部８５から出力するフェイズ波形の位相を出力先に合わせて調整可能である。例えば、前提となる形態と同様に、主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ５３に入力するフェイズ波形は、波が出現してからクランク軸２ＡがＡ°回転すると制御の基準となる気筒Ｌ１のピストンが上死点に到達するように調整できる。このように調整すれば、図１０（ｃ）に示すように、主室用ガス供給コントローラ５２と副室用ガス供給コントローラ５３とに出力するフェイズ波形は、波が出現してからクランク軸２ＡがＡ°回転すると制御の基準となる気筒Ｌ１のピストンが上死点に到達する。
Further, the phase
同様に、例えば、点火装置５４に入力するフェイズ波形は、波が出現してからクランク軸２ＡがＣ°回転すると制御基準となる気筒Ｌ１のピストンが上死点に到達するように調整できる。このように調整すれば、図１０（ｅ）に示すように、点火装置５４に出力するフェイズ波形は、波が出現してからクランク軸２ＡがＣ°回転すると制御の基準となる気筒Ｌ１のピストンが上死点に到達する。また、例えば、スローターニング５６に入力するフェイズ波形は、所定のタイミングで波が出現するように調整できる。このように調整すれば、図１０（ｇ）に示すように、スローターニング５６に出力するフェイズ波形は、所定のタイミングで波が出現する。また、例えば、ノックディテクター５７に入力する波は、制御基準となる気筒Ｌ１のピストンが上死点に到達してからクランク軸２ＡがＤ°回転すると波が出現するように調整できる。このように調整すれば、図１０（ｈ）に示すように、ノックディテクター５７に出力するフェイズ波形は、制御基準となる気筒Ｌ１が上死点に到達してからクランク軸２ＡがＤ°回転した時に波が出力する。
Similarly, for example, the phase waveform input to the
出力波形変換部８４は、スピード波形調整部８３２で調整された速度波形、ＴＤＣ波形調整部８３３で調整された上死点波形、フェイズ波形調整部８３４で調整された回転波形を各制御装置５２〜５７で処理可能な波形に変換するものである。出力波形変換部８４は、スピード波形変換部８４１、ＴＤＣ波形変換部８４２、フェイズ波形変換部８４３を有している。
The output
図１０（ａ）に示すように、スピード波形調整部８３２で微調整された速度波形は、スピード波形変換部８４１で主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ５３、点火装置５４、燃焼診断装置５５に入力可能なスピード波形に変換され、これらに出力される。具体的には、図１１（ａ）に示すように、±ａＶのスピード波形に変換され、主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ５３、点火装置５４、燃焼診断装置５５に出力される。
As shown in FIG. 10A, the speed waveform finely adjusted by the speed
また、図１０（ｂ）に示すように、ＴＤＣ波形調整部８３３で微調整された上死点波形は、ＴＤＣ波形変換部８４２で主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ５３に入力可能なＴＤＣ波形に変換され、これらに出力される。具体的には、図１１（ｂ）に示すように、±ａＶのＴＤＣ波形に変換され、主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ５３に出力される。
Further, as shown in FIG. 10B, the top dead center waveform finely adjusted by the TDC
また、図１０（ｃ）に示すように、フェイズ波形調整部８３４で調整された回転波形は、フェイズ波形変換部８４３で主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ５３に入力可能なフェイズ波形に変換され、これらに出力される。具体的には、図１１（ｃ）に示すように、＋ｂＶのフェイズ波形に変換され、主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ５３に出力される。
10C, the rotation waveform adjusted by the phase
また、図１０（ｄ）に示すように、ＴＤＣ波形調整部８３３で調整されたＴＤＣ波形は、ＴＤＣ波形変換部８４２で点火装置５４に入力可能なＴＤＣ波形に変換され、点火装置５４に出力される。具体的には、図１１（ｄ）に示すように、±ａＶのＴＤＣ波形に変換され、点火装置５４に出力される。
10D, the TDC waveform adjusted by the TDC
また、図１０（ｅ）に示すように、フェイズ波形調整部８３４で調整されたフェイズ波形は、フェイズ波形変換部８４３で点火装置５４に入力可能なフェイズ波形に変換され、点火装置５４に出力される。具体的には、図１１（ｅ）に示すように、＋ａＶのフェイズ波形に変換され、点火装置５４に出力される。
また、図１０（ｆ）に示すように、フェイズ波形調整部８３４で調整されたフェイズ波形は、フェイズ波形変換部８４３で燃焼診断装置５５に入力可能なフェイズ波形に変換され、燃焼診断装置５５に出力される。具体的には、図１１（ｆ）に示すように、＋ｃＶのフェイズ波形に変換され、燃焼診断装置５５に出力される。
10E, the phase waveform adjusted by the phase
Further, as shown in FIG. 10 (f), the phase waveform adjusted by the phase
また、図１０（ｇ）に示すように、フェイズ波形調整部８３４で調整されたフェイズ波形は、フェイズ波形変換部８４３でスローターニング５６に適したフェイズ波形に変換され、スローターニング５６に出力される。具体的には、図１１（ｇ）に示すように、＋ｂＶのフェイズ波形に変換され、スローターニング５６に出力される。
また、図１０（ｈ）に示すように、フェイズ波形調整部８３４で調整されたフェイズ波形は、フェイズ波形変換部８４３でノックディテクター５７に入力可能なフェイズ波形に変換され、ノックディテクター５７に出力される。具体的には、図１１（ｈ）に示すように、＋ｃＶのフェイズ波形に変換され、ノックディテクター５７に出力される。
Also, as shown in FIG. 10G, the phase waveform adjusted by the phase
Also, as shown in FIG. 10H, the phase waveform adjusted by the phase
上述した本発明の実施の形態１である４サイクルエンジンの制御システムは、分配器８において、スピード波形変換部８４１が速度波形出力器６から出力された速度波形を複数の制御装置５２〜５５のそれぞれに入力可能な信号レベルのスピード波形に変換する。同様に、フェイズ波形変換部８４３が回転波形出力器７から出力された回転波形を複数の制御装置５２〜５７のそれぞれに入力可能な信号レベルのフェイズ波形に変換する。そして、出力部８５がスピード波形変換部８４１で変換されたスピード波形を制御装置５２〜５５のそれぞれに出力し、フェイズ波形変換部８４３で変換されたフェイズ波形を制御装置５２〜５７のそれぞれに出力する。これにより、前提となる形態のように、制御装置５２〜５５ごとにスピード波形出力器５２１，５３１，５４１，５５１を備える必要がなく、また、制御装置５２〜５７ごとにフェイズ波形出力器５２３，５３３，５４３，５５２，５６１，５７１を備える必要がない。これにより、本発明の実施の形態１である４サイクルエンジンの制御システムは、機器コスト、配線コストを抑制できる。
In the control system for a 4-cycle engine according to the first embodiment of the present invention described above, in the distributor 8, the speed waveform output from the speed
また、本実施の形態１である４サイクルエンジンの制御システムでは、複数の制御機器５２〜５７が共有する分配器８から各制御装置５２〜５４にスピード波形を出力し、各制御装置５２〜５７にフェイズ波形を出力するものとしたので、分配器８の上死点波形生成部８３１で上死点波形を生成できる。これにより、制御装置５２〜５４ごとにＴＤＣ波形出力器を設けなくてもよく、また、上死点波形検出器を設ける必要もない。これにより、本実施の形態１である４サイクルエンジンの制御システムは、機器コスト配線コストをさらに抑制できる。
In the control system for a 4-cycle engine according to the first embodiment, a speed waveform is output from the distributor 8 shared by the plurality of
また、前提となる形態に示した４サイクルエンジンの制御システムを本実施の形態１のように、複数の制御装置５２〜５７が共有する分配器８から複数の制御装置５２〜５７にＴＤＣ波形、フェイズ波形を入力するように改造した場合でも、ＴＤＣ波形の位相、フェイズ波形の位相を調整すれば、従前のものと同じ位相の波形を複数の制御装置５２〜５７に出力できる。これにより、前提となる形態に示した４サイクルエンジンの制御システムを改造した場合でも、複数の制御装置５２〜５７の制御データを変更する必要がない。
Further, as in the first embodiment, the four-cycle engine control system shown in the premise form is distributed from the distributor 8 shared by the plurality of
また、速度波形出力器６、回転波形出力器７の重複を解消できる結果、速度波形出力器６、回転波形出力器７が一つずつで済み、速度波形出力器６，回転波形出力器７の二重化が容易となり、本発明の実施の形態１のように、速度波形出力器６、回転波形出力器７を二重化した場合には一方が故障した場合でも運転の継続が可能になる。
Further, as a result of eliminating the overlap between the speed
上述した本発明の実施の形態１である４サイクルエンジンの制御システムは、第１センシング体をクランク軸２Ａの軸線まわりに設け、クランク軸２Ａの速度波形を分配器８に出力するとしたが、第１センシング体をカム軸２Ｂの軸線まわりに設け、カム軸２Ｂの速度波形を求めるものとしてもよい。
また、カム軸２Ｂの一端に第２センシング体をなす歯を外周に有する検出歯車を設けるとともに、図１２（ａ）に示すように、その歯Ｔの一つを欠落させて第２センシング体としてもよい。このようにすると、図１２（ｂ）に示すように、検出器Ｓから出力される波Ｗに規則性が乱されるので、あるべき歯ＰＴにより出現するはずの波ＰＷの位置をフェイズ波形の波とすることも可能である。また、一の歯の前後少なくとも一方に新たに歯を設けることにより第２センシング体としてもよい。
In the control system for a 4-cycle engine according to the first embodiment of the present invention described above, the first sensing body is provided around the axis of the
In addition, a detection gear having teeth forming the second sensing body on the outer periphery is provided at one end of the
また、速度波形出力器６及び回転波形出力器７に電磁ピックアップを用いるものとしたが、電磁ピックアップに限られるものではなく、光センサーやホール素子を用いてもよい。また、これらを適宜組み合わせるものであってもよい。
Moreover, although the electromagnetic pickup is used for the velocity
また、スピード波形の位相を調整するスピード波形調整処理と、フェイズ波形の位相を調整するフェイズ波形調整処理をＦＰＧＡが実行するものとしたが、処理を高速処理できるものであれば、これに限られるものではなく、ＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ−Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）やＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）を用いてもよい。 The FPGA executes the speed waveform adjustment process for adjusting the phase of the speed waveform and the phase waveform adjustment process for adjusting the phase of the phase waveform. However, the FPGA is limited to this as long as the process can be performed at high speed. An MPU (Micro-Processing Unit) or a CPU (Central Processing Unit) may be used instead.
尚、制御装置５２〜５７に入力可能か否かは、電圧等の信号レベルにより制限されるが、信号レベルは電圧に限られるものではなく、スピード波形、ＴＤＣ波形、フェイズ波形などの波形や、電流により制限されるものも含み、本形態では、これらに適合した波形に変換することを含むものである。
Whether or not input to the
［実施の形態２］
つぎに、図１３〜図１８に基づいて、本発明の実施の形態２である４サイクルエンジンの制御システムについて詳細に説明する。尚、上述した４サイクルエンジンの制御システムと同一の構成は同一の符号を付して説明を省略する。
[Embodiment 2]
Next, a control system for a 4-cycle engine, which is
図１３は、本発明の実施の形態２である４サイクルエンジンの制御システムを示すブロック図である。図１４〜図１８は、図１３に示した速度波形出力器と回転波形出力器の詳細を示す図である。 FIG. 13 is a block diagram illustrating a control system for a four-cycle engine according to the second embodiment of the present invention. 14 to 18 are diagrams showing details of the velocity waveform output device and the rotation waveform output device shown in FIG.
図１３に示すように、本発明の実施の形態２である４サイクルエンジンの制御システムは、上述した本発明の実施の形態１である４サイクルエンジンの制御システムと同様、速度波形出力器１６から出力された速度波形と回転波形出力器から出力された回転波形とを分配器１８に出力し、分配器１８から各制御装置５２〜５７に出力するものである。
As shown in FIG. 13, the control system for the four-cycle engine according to the second embodiment of the present invention is similar to the control system for the four-cycle engine according to the first embodiment of the present invention described above. The output velocity waveform and the rotation waveform output from the rotation waveform output device are output to the
本発明の実施の形態２に係る速度波形出力器１６は、上述した実施の形態１に係る速度波形出力器６と異なり、カム軸２Ｂの回転角度を特定する速度波形を出力するためのものである。本実施の形態２に係る速度波形出力器１６は、カム軸２Ｂの軸まわりに複数設けられた第１センシング体と該第１センシング体を検出する検出器とを備えている。図１４及び図１６に示すように、本実施の形態２に係る第１センシング体は、カム軸２Ｂの軸端に設けられたディスク９の外周側に等間隔に複数形成されたスリット９１で構成されている。ディスク９は、円板状に形成され、スリット９１は、ディスク９の直径方向に細長い長円形で形成されている。実施の形態２では、４サイクルエンジン２の回転数制御に対して十分な分解能が得られ、かつ安定したセンシングが可能な数のスリット９１が設けられている。
Unlike the speed
尚、本実施の形態２に係る速度波形出力器１６は、上述した実施の形態１に係る速度波形出力器６と異なり、カム軸２Ｂの回転角度を特定する。これにより、クランク軸２Ａの回転角度を指標とする場合には、カム軸２Ｂの回転角度をクランク軸２Ａの回転角度に換算する必要がある。
The velocity
検出器１６１は、ディスク９に設けられたスリット９１を検出し、波形を出力するためもので、図１４に示すように、本実施の形態２では、透過型の光センサーで構成されている。具体的には、投光器１６２と受光器１６３との間をスリット９１が通過するように、投光器１６２がエンジン本体側に取り付けられ、受光器１６３が蓋側に取り付けられている。尚、投光器１６２と受光器１６３とは一対で構成すれば足りるが、本実施の形態２では、図１７に示すように、バックアップのために二対（二系統）で構成されている。
The
本発明の実施の形態２に係る回転波形出力器１７は、上述した本発明の実施の形態１に係る回転波形出力器７と同様に、制御の基準となる気筒の１サイクルを特定する回転波形を出力するためのものである。本実施の形態２に係る回転波形出力器１７は、カム軸２Ｂの軸まわりに一つ設けられた第２センシング体と該第２センシング体を検出する検出器とを備えている。図１４及び図１６に示すように、第２センシング体は、上述したディスク９の外周側に形成されたスリット９１よりも内側に一つ形成されたスリット９２で構成されている。スリット９２は、外周側に形成されたスリット９１と同様、ディスク９の直径方向に細長い長円形で形成されている。尚、本実施の形態である４サイクルエンジン２のカム軸２Ｂの回転数は、クランク軸２Ａの回転数（定格回転数）の半分である。
The rotational
検出器１７１は、ディスク９に設けられたスリット９２を検出し、波形を出力するためのもので、図１４に示すように、本実施の形態２では、透過型の光センサーで構成されている。具体的には、投光器１７２と受光器１７３との間をディスク９の外周側のスリット９１よりも内側に形成されたスリット９２が通過するように、投光器１７２がエンジン本体側に取り付けられ、受光器１７３が蓋側に取り付けられている。尚、投光器１７２と受光器１７３とは一対で構成すれば足りるが、本実施の形態２では、バックアップのために二対で構成されている。
The
分配器１８は、上述した実施の形態１に係る分配器８と同様の構成、同様の作用を有するものである。ここでは、実施の形態１に係る分配器８の構成及び作用を引用しながら異なる点を説明する。
The
上述したように、本実施の形態２に係る速度波形出力器１６は、上述した実施の形態１に係る速度波形出力器６と異なり、カム軸２Ｂの回転角度を特定する。これにより、クランク軸２Ａの回転角度を指標とする場合には、カム軸２Ｂの回転角度をクランク軸の回転角度に換算する必要がある。したがって、本実施の形態２に係る分配器１８は、ＦＰＧＡ８３においてスピード波形をクランク軸２Ａのスピード波形に変換する。具体的には、一つの波を等分し二つの波に変換する。このようにすれば、クランク軸２Ａの回転角度が指標となるスピード波形が各制御装置５２〜５５に出力される。
As described above, the velocity
上述した本発明の実施の形態２である４サイクルの定置用エンジンは、上述した実施の形態１である４サイクルエンジンの制御システムと同様、速度波形出力器１６から出力された速度波形をスピード波形に変換し、主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ、点火装置５４、燃焼診断装置５５に出力する。したがって、主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ５３、点火装置５４、燃焼診断装置５５ごとにスピード波形出力器を備える必要がない。また、回転波形出力器７から出力された回転波形をフェイズ波形に変換し、主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ５３、点火装置５４、燃焼診断装置５５、スローターニング、ノックディテクター５７に出力する。したがって、主室用ガス供給コントローラ５２、副室用ガス供給コントローラ５３、点火装置５４、燃焼診断装置５５、スローターニング、ノックディテクター５７ごとにフェイズ波形出力器を備える必要がない。これにより、本発明の実施の形態２である４サイクルエンジンの制御システムは、機器コスト、配線コストを抑制できる。また、速度波形出力器１６と回転波形出力器１７の取付位置の調整もそれぞれ一つずつ行うだけでよい。これにより、調整作業に要するコストを抑制できる。
The 4-cycle stationary engine according to the second embodiment of the present invention described above uses the speed waveform output from the speed
また、ディスク９をカム軸２Ｂの軸端に設けたので、速度波形出力器１６及び回転波形出力器１７の調整が容易にできる。
また、検出器１６１，１７１を投光器１６２，１７２と投光器１６２，１７２から投光した光を受光する受光器１６３，１７３とを備えた透過型のセンサーで構成したので、ディスク９の表面状態の影響を受けることがなく、検出精度を高めることができる。
Further, since the
Further, since the
また、速度波形出力器１６を構成する検出器１６１を二対の光センサー（投光器１６２と受光器１６３）で構成したので、二重化が可能となり、信頼性を高めることができる。同様に、回転波形出力器１７を構成する検出器１７１を二対の光センサー（投光器１７２と受光器１７３）で構成したので、二重化が可能となり、信頼性を高めることができる。
Further, since the
本発明は、分配器において、４サイクルエンジンの制御システムにおいてスピード波形出力器、フェイズ波形出力器の重複を解消できるので、プラントなどに設置される４サイクルエンジンの制御システムに好適である。 The present invention is suitable for a control system for a four-cycle engine installed in a plant or the like because the speed waveform output unit and the phase waveform output unit can be eliminated in the control system for the four-cycle engine in the distributor.
１ 発電プラント
２ ４サイクルエンジン
２Ａ クランク軸
２Ｂ カム軸
２１ 主室用インジェクター
２２ 副室用インジェクター
２３ 点火プラグ
２４ 筒内圧センサー
２５ ノックセンサー
５１ メイン制御装置
５２ 主室用ガス供給コントローラ（燃料噴射制御装置）
５３ 副室用ガス供給コントローラ（燃料噴射制御装置）
５４ 点火装置
５５ 燃焼診断装置
５６ スローターニング
５７ ノックディテクター
６ 速度波形出力器
６１ 検出歯車
６１Ａ 歯（第１センシング体）
６２ 電磁ピックアップ
７ 速度波形出力器
７１１ アーム（第２センシング体）
７２ 電磁ピックアップ
８ 分配器
８１ 入力部
８２ 入力波形変換部
８３ ＦＰＧＡ
８３１ 上死点波形生成部（基準波形生成部）
８３２ スピード波形調整部
８３３ ＴＤＣ波形調整部
８３４ フェイズ波形調整部
８４ 出力波形変換部
８４１ スピード波形変換部
８４２ 波形変換部
８４３ フェイズ波形変換部
８５ 出力部
９ ディスク
９１ スリット（第１センシング体）
９２ スリット（第２センシング体）
１６ 速度波形出力器
１６１ 検出器
１６２ 投光器
１６３ 受光器
１７ 回転波形出力器
１７１ 検出器
１７２ 投光器
１７３ 受光器
１８ 分配器
DESCRIPTION OF
53 Gas supply controller for sub chamber (fuel injection control device)
54
62
72 Electromagnetic Pickup 8
831 Top dead center waveform generator (reference waveform generator)
832 Speed
92 Slit (second sensing body)
16 Speed
Claims (5)
クランク軸の軸線まわり、または前記クランク軸が回転させるカム軸の軸線まわりに等間隔に設けられた複数の第１センシング体と、
前記第１センシング体を検出し、前記クランク軸の速度波形、または前記カム軸の速度波形を出力する速度波形出力器と、
前記カム軸の軸線まわりに構成された一つの第２センシング体と、
前記第２センシング体を検出し、前記カム軸の回転波形を出力する回転波形出力器と、
前記速度波形出力器から出力された速度波形を前記複数の制御装置のそれぞれに入力可能なスピード波形に変換するスピード波形変換部、
前記回転波形出力器から出力された回転波形を前記複数の制御装置のそれぞれに入力可能なフェイズ波形に変換するフェイズ波形変換部、及び
前記スピード波形変換部で変換されたスピード波形と前記フェイズ波形変換部で変換されたフェイズ波形とを前記複数の制御装置のそれぞれに出力する出力部、を有する分配器と、
を備えたことを特徴とする４サイクルエンジンの制御システム。 A plurality of control devices for controlling the four-cycle engine;
A plurality of first sensing bodies provided at equal intervals around the axis of the crankshaft or around the axis of the camshaft rotated by the crankshaft;
A speed waveform output device that detects the first sensing body and outputs a speed waveform of the crankshaft or a speed waveform of the camshaft;
One second sensing body configured around the axis of the camshaft;
A rotation waveform output device that detects the second sensing body and outputs a rotation waveform of the camshaft;
A speed waveform converter that converts the speed waveform output from the speed waveform output device into a speed waveform that can be input to each of the plurality of control devices;
A phase waveform converter that converts the rotational waveform output from the rotational waveform output device into a phase waveform that can be input to each of the plurality of control devices; and the speed waveform converted by the speed waveform converter and the phase waveform conversion An output unit that outputs the phase waveform converted by the unit to each of the plurality of control devices;
A control system for a four-cycle engine, comprising:
前記速度波形出力器から出力された速度波形の位相に対して前記出力部から出力されるスピード波形の位相を調整するスピード波形調整部と、
前記回転波形出力器から出力された回転波形の位相に対して前記出力部から出力されるフェイズ波形の位相を調整するフェイズ波形調整部と、
をさらに備えたことを特徴とする請求項１に記載の４サイクルエンジンの制御システム。 The distributor is
A speed waveform adjusting unit that adjusts the phase of the speed waveform output from the output unit with respect to the phase of the speed waveform output from the speed waveform output unit;
A phase waveform adjustment unit that adjusts the phase of the phase waveform output from the output unit with respect to the phase of the rotation waveform output from the rotation waveform output device;
The control system for a 4-cycle engine according to claim 1, further comprising:
前記スピード波形の位相を調整するスピード波形調整処理と、前記フェイズ波形の位相を調整するフェイズ波形調整処理とを実行するＦＰＧＡを備えたことを特徴とする請求項２に記載の４サイクルエンジンの制御システム。 The distributor is
3. The control of a four-cycle engine according to claim 2, further comprising an FPGA that executes a speed waveform adjustment process for adjusting the phase of the speed waveform and a phase waveform adjustment process for adjusting the phase of the phase waveform. system.
前記分配器の出力部は、前記基準波形生成部で生成された基準波形を出力することを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の４サイクルエンジンの制御システム。 The distributor generates a reference waveform used as a reference for each of the plurality of control devices based on the velocity waveform output from the velocity waveform output device and the rotation waveform output from the rotation waveform output device. A reference waveform generator
4. The control system for a 4-cycle engine according to claim 1, wherein the output unit of the distributor outputs the reference waveform generated by the reference waveform generation unit. 5.
前記回転波形出力器と前記速度波形出力器とが単一の波形出力器で構成されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の４サイクルエンジンの制御システム。 The plurality of first sensing bodies are provided around the axis of the cam shaft, and the second sensing body is configured by missing one of the plurality of first sensing bodies,
The four-cycle engine control system according to any one of claims 1 to 4, wherein the rotation waveform output unit and the velocity waveform output unit are configured by a single waveform output unit.
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