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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