JP2018084216A - Gas fuel engine and method for stopping gas fuel engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、ガス燃料エンジン及びガス燃料エンジンの停止方法に係り、特に、ガス燃料をシリンダに供給する燃料供給弁に異常が発生した際には安全かつ即座に運転を停止して未燃焼ガスの放出を可及的に減少させることができるガス燃料エンジン及びガス燃料エンジンの停止方法に関するものである。 The present invention relates to a gas fuel engine and a method for stopping the gas fuel engine, and in particular, when an abnormality occurs in a fuel supply valve that supplies gas fuel to a cylinder, the operation is stopped safely and immediately so that unburned gas is discharged. The present invention relates to a gas fuel engine capable of reducing emission as much as possible and a method of stopping the gas fuel engine.
下記特許文献1には、ガス燃料エンジンにおける燃料供給弁の異常検知装置の発明が開示されている。この異常検知装置は、燃料供給弁26に設置した振動センサ51と、燃料供給弁の開閉タイミングを表示する信号を供給するサイクル位相供給装置とを有している他、さらに、振動センサ51から供給される振動測定信号と燃料供給弁の開閉タイミング表示信号を入力し、燃料供給弁26の開閉に伴う振動に基づいて燃料供給弁の異常を判定し、異常信号を出力する異常発信装置50を備えている。この異常検知装置によれば、開閉時の振動強度に基づいて燃料供給弁の異常、特に燃料供給弁において運転中に発生する閉弁時のガス漏洩を検出できるものとされている。 Patent Document 1 below discloses an invention of an abnormality detection device for a fuel supply valve in a gas fuel engine. The abnormality detection device includes a vibration sensor 51 installed on the fuel supply valve 26 and a cycle phase supply device that supplies a signal indicating the opening / closing timing of the fuel supply valve. Provided with an abnormality transmission device 50 for inputting a vibration measurement signal and a fuel supply valve opening / closing timing display signal, determining abnormality of the fuel supply valve based on vibration accompanying opening / closing of the fuel supply valve 26, and outputting an abnormality signal. ing. According to this abnormality detection device, it is possible to detect an abnormality of the fuel supply valve based on the vibration intensity at the time of opening and closing, in particular, gas leakage at the time of closing the valve that occurs during operation of the fuel supply valve.
ガス燃料を供給するための燃料供給弁として電磁弁を備えたガス燃料エンジンにおいては、吸入、圧縮、燃焼、排気の4行程(4ストローク)からなるサイクルの1回分(1サイクル)の期間中、その約10%の時間において電磁弁が開いて燃料ガスが供給されている状態にある。これに対して、電磁弁の弁座での異物の噛み込みや弁自体の破損等に起因して、電磁弁が必要なタイミングで閉じずに開いたままとなり、1サイクルの間、継続して燃料ガスが供給されると、通常の約10倍の燃料ガスが燃焼室に供給されることになる。この場合、次のサイクルにおける燃焼行程では空気に対して燃料が過多となるため、着火源があっても燃焼室内では燃焼せず、失火が発生してしまう。また、この未燃の燃料ガスが煙道に流れ、他のシリンダの高温の排気ガスにより希釈されるとともに、暖められて自然着火温度に達し、煙道内で爆発を起こす可能性がある。このため、ガス燃料を供給する電磁弁が故障し、弁が全開又は破損となった場合には、即座にガス燃料エンジンを停止する必要がある。 In a gas fuel engine equipped with a solenoid valve as a fuel supply valve for supplying gas fuel, during a period of one cycle (one cycle) consisting of four strokes (four strokes) of intake, compression, combustion, and exhaust, In about 10% of the time, the solenoid valve is open and the fuel gas is being supplied. On the other hand, the solenoid valve remains open without closing at the necessary timing due to foreign matter biting in the valve seat or damage to the valve itself, etc., and continues for one cycle. If fuel gas is supplied, about 10 times as much fuel gas as usual will be supplied to a combustion chamber. In this case, in the combustion stroke in the next cycle, the fuel is excessive with respect to the air, so that even if there is an ignition source, the fuel does not burn in the combustion chamber and a misfire occurs. In addition, the unburned fuel gas flows into the flue and is diluted with the hot exhaust gas of the other cylinders, and is warmed to reach the natural ignition temperature, which may cause an explosion in the flue. For this reason, when a solenoid valve for supplying gas fuel fails and the valve is fully opened or damaged, it is necessary to immediately stop the gas fuel engine.
上記特許文献1に開示されたガス燃料エンジンにおける燃料供給弁の異常検知装置の発明によれば、燃料供給弁の開閉に伴う振動を振動センサで検出して異常を判定するものであったため、燃料供給弁の振動の検出精度によっては、燃料供給弁の故障を必ずしも正確に検出することが出来ず、燃料供給弁の故障の誤検出により、必要がない場合にガス燃料エンジンを無駄に停止させてしまうという懸念があった。 According to the invention of the abnormality detection device for a fuel supply valve in a gas fuel engine disclosed in Patent Document 1 described above, since the vibration accompanying the opening and closing of the fuel supply valve is detected by a vibration sensor, the abnormality is determined. Depending on the detection accuracy of the vibration of the supply valve, it is not always possible to accurately detect the failure of the fuel supply valve. There was concern that it would end up.
本発明は、上述した従来の問題点を解決することを目的としており、ガス燃料をシリンダに供給する燃料供給弁に異常が発生した際には安全かつ即座に運転を停止して未燃焼ガスの放出を可及的に減少させることができるガス燃料エンジン及びガス燃料エンジンの停止方法を提供することを目的としている。 An object of the present invention is to solve the above-described conventional problems. When an abnormality occurs in a fuel supply valve that supplies gas fuel to a cylinder, the operation is stopped safely and immediately, and unburned gas is removed. It is an object of the present invention to provide a gas fuel engine and a gas fuel engine stop method capable of reducing emissions as much as possible.
請求項1に記載されたガス燃料エンジンは、
ガス燃料により運転されるレシプロ式のガス燃料エンジンであって、
シリンダ内の混合気に点火する点火装置と、
前記シリンダにガス燃料を供給する燃料供給弁と、
前記燃料供給弁の閉弁動作の異常を検出する閉弁監視装置と、
前記ガス燃料エンジンのシリンダでの失火を検出する失火検出装置と、
前記閉弁監視装置が閉弁動作の異常を検出し、かつ、閉弁動作の異常から所定期間内に前記失火検出装置が失火を検出した場合、前記ガス燃料エンジンの停止処理を行う制御装置とを備えている。
A gas fuel engine according to claim 1 is provided.
A reciprocating gas fuel engine operated by gas fuel,
An ignition device for igniting the air-fuel mixture in the cylinder;
A fuel supply valve for supplying gas fuel to the cylinder;
A valve closing monitoring device for detecting an abnormality in the closing operation of the fuel supply valve;
A misfire detection device for detecting misfire in the cylinder of the gas fuel engine;
A control device that performs a stop process of the gas fuel engine when the valve closing monitoring device detects an abnormality in the valve closing operation and the misfire detection device detects a misfire within a predetermined period from the abnormality in the valve closing operation; It has.
前記閉弁監視装置としては、例えば、各シリンダの燃料供給弁に隣接して又は直接的に設けられた加速度センサを用いた装置が使用可能である。加速度センサによって、燃料供給弁が開く際の振動と、閉じる際の振動を、それぞれ信号として検出することができ、閉弁が行われる所定のタイミングで信号が検出されないか、あるいは信号の大きさが正常な範囲より小さい場合に、閉弁動作に異常があると判断する。 As the valve closing monitoring device, for example, a device using an acceleration sensor provided adjacent to or directly to the fuel supply valve of each cylinder can be used. The acceleration sensor can detect the vibration when the fuel supply valve is opened and the vibration when the fuel supply valve is closed as signals, respectively. The signal is not detected at a predetermined timing when the valve is closed, or the magnitude of the signal is When it is smaller than the normal range, it is determined that the valve closing operation is abnormal.
前記失火検出装置としては、例えば、各シリンダの燃焼室に設けられた圧力センサを用いる装置が使用可能である。圧力センサによって測定される、各シリンダの燃焼時の圧力が、正常な範囲より小さい場合に失火と判断する。 As the misfire detection device, for example, a device using a pressure sensor provided in the combustion chamber of each cylinder can be used. When the pressure at the time of combustion of each cylinder measured by the pressure sensor is smaller than the normal range, it is determined that misfire has occurred.
ここで、通常のガス燃料エンジンは複数のシリンダを有しているため、各々のシリンダに加速度センサと圧力センサを備えるものとすることが望ましい。そして、複数のシリンダからくる複数の信号を区別し、ある1つのシリンダについての閉弁動作の異常信号と失火検出信号が所定の条件で生じた場合に停止処理を行えば、より正確な処理となる。しかし、信号の取扱いや処理速度に制約がある場合には、より簡易なやり方として、複数のシリンダから来る複数の信号をシリンダによって区別せず、全体として閉弁動作の異常信号と失火検出信号が所定の条件で生じた場合に停止処理を行うこととしても良い。 Here, since a normal gas fuel engine has a plurality of cylinders, it is desirable that each cylinder includes an acceleration sensor and a pressure sensor. If a plurality of signals coming from a plurality of cylinders are distinguished, and a stop process is performed when an abnormal signal of a valve closing operation and a misfire detection signal occur for a certain cylinder under a predetermined condition, a more accurate process Become. However, when there are restrictions on signal handling and processing speed, as a simpler method, a plurality of signals coming from a plurality of cylinders are not distinguished by cylinders, and the valve closing operation abnormality signal and the misfire detection signal as a whole are detected. The stop process may be performed when it occurs under a predetermined condition.
請求項2に記載されたガス燃料エンジンは、請求項1に記載のガス燃料エンジンにおいて、
前記所定期間は、ガス燃料エンジンの吸入、圧縮、燃焼、排気の4行程からなるサイクルの1サイクルに相当する期間以内とされている。
A gas fuel engine according to claim 2 is the gas fuel engine according to claim 1,
The predetermined period is within a period corresponding to one cycle of a cycle composed of four strokes of suction, compression, combustion, and exhaust of the gas fuel engine.
請求項3に記載されたガス燃料エンジンは、請求項1に記載のガス燃料エンジンにおいて、
前記所定期間は、ガス燃料エンジンの吸入、圧縮、燃焼、排気の4行程からなるサイクルの2サイクルに相当する期間以内とされている。
A gas fuel engine according to claim 3 is the gas fuel engine according to claim 1,
The predetermined period is within a period corresponding to two cycles of a cycle composed of four strokes of suction, compression, combustion, and exhaust of the gas fuel engine.
請求項4に記載されたガス燃料エンジンは、請求項1〜3のいずれか1項に記載のガス燃料エンジンにおいて、
前記停止処理は、前記燃料供給弁によるガス燃料の供給の停止及び前記点火装置による点火の停止である第1処理と、前記燃料供給弁によるガス燃料の供給の停止のみである第2処理の何れかである。
The gas fuel engine according to claim 4 is the gas fuel engine according to any one of claims 1 to 3,
The stop process includes any one of a first process that stops supply of gas fuel by the fuel supply valve and stops ignition by the ignition device, and a second process that only stops supply of gas fuel by the fuel supply valve. It is.
請求項5に記載されたガス燃料エンジンは、請求項1〜4のいずれか1項に記載のガス燃料エンジンにおいて、
前記停止処理は、失火の検出から0.5サイクル以内の期間に行われる。
The gas fuel engine described in claim 5 is the gas fuel engine according to any one of claims 1 to 4,
The stop process is performed within a period of 0.5 cycle from the detection of misfire.
請求項6に記載されたガス燃料エンジンの停止方法は、
燃料供給弁からシリンダ内に供給したガス燃料で運転するガス燃料エンジンの停止方法であって、
前記燃料供給弁の閉止動作の異常を検出し、かつ前記燃料供給弁の閉止動作の異常の検出から所定期間内に前記シリンダ内で失火を検出した場合に、前記ガス燃料エンジンの停止処理を行う。
The method for stopping a gas fuel engine according to claim 6 is:
A method for stopping a gas fuel engine that operates with gas fuel supplied from a fuel supply valve into a cylinder,
When the abnormality in the closing operation of the fuel supply valve is detected and a misfire is detected in the cylinder within a predetermined period from the detection of the abnormality in the closing operation of the fuel supply valve, the gas fuel engine is stopped. .
請求項1に記載されたガス燃料エンジン又は請求項6に記載されたガス燃料エンジンの停止方法によれば、次に説明するような作用・効果が得られる。
未燃焼の状態でシリンダから煙道へと流れる燃料ガスを極力減らすため、燃料供給弁の閉弁動作に異常が生じた場合には、できるだけ早く、望ましくは1サイクル以内にガス燃料エンジンの停止処理を行うことが好ましい。そこで各シリンダにおいて1サイクルに1回行われる燃料供給弁の閉弁動作に異常があった場合には、1回の異常信号の検出で直ちに停止処理を行うことが考えられる。しかしながら、「発明が解決しようとする課題」の項でも説明したように、振動センサを用いた閉弁動作の監視は必ずしも完全ではなく、まれに、燃料供給弁の動作に異常が無くても信号に異常が生じる場合(誤検出)が生じる。そのような場合にもガス燃料エンジンの停止処理を行えば、ガス燃料エンジンが動力源として用いられているシステム(例えば発電システム)が全体として停止することとなり影響が大きい。そこで、本発明のように、閉弁動作の異常の検出から所定期間内に失火を検出した場合に限り、1回の閉弁動作の異常信号であっても直ちに停止処理を行うこととした。これにより、誤検出による無駄な停止を防止しつつ、必要な場合には安全かつ即座に運転を停止して未燃焼ガスの放出を可及的に減少させることができる。
According to the gas fuel engine described in claim 1 or the gas fuel engine stop method described in claim 6, the following operations and effects can be obtained.
In order to reduce the amount of fuel gas flowing from the cylinder to the flue in an unburned state as much as possible, if an abnormality occurs in the closing operation of the fuel supply valve, the gas fuel engine is stopped as soon as possible, preferably within one cycle. It is preferable to carry out. Therefore, if there is an abnormality in the closing operation of the fuel supply valve that is performed once in one cycle in each cylinder, it is conceivable that the stop process is performed immediately upon detection of one abnormality signal. However, as described in the section “Problems to be Solved by the Invention”, monitoring of the valve closing operation using the vibration sensor is not necessarily complete, and in rare cases, even if there is no abnormality in the operation of the fuel supply valve. When an abnormality occurs (false detection) occurs. Even in such a case, if the stop process of the gas fuel engine is performed, a system (for example, a power generation system) in which the gas fuel engine is used as a power source is stopped as a whole, which has a great influence. Therefore, as in the present invention, only when a misfire is detected within a predetermined period from the detection of an abnormality in the valve closing operation, the stop process is immediately performed even if there is an abnormality signal for one valve closing operation. Thus, it is possible to stop the operation safely and immediately when necessary, and to reduce the emission of unburned gas as much as possible while preventing unnecessary stop due to erroneous detection.
請求項2に記載されたガス燃料エンジンによれば、次に説明するような作用・効果が得られる。
燃料供給弁の閉弁動作に異常が生じた場合、例えば燃料供給弁が破損してしまった場合等には、燃料供給弁が比較的大きく開いたままとなるため、ガス燃料が過剰に供給されて混合気の燃料の割合が高い(濃い)状態となる。混合気の燃料の割合が過剰に高くなると点火に適切な範囲を外れてしまい失火が生じる。燃料供給弁は当該シリンダの吸入行程の初期に開閉動作がされるが、燃料供給弁が大きく開いたままの場合、当該吸入行程中にガス燃料が過剰に供給され、次の圧縮行程後の点火において失火が生じる。この場合、閉弁動作の異常から1サイクルに相当する期間以内に失火が検出される。なお、ここで1サイクルとは、吸入、圧縮、燃焼、排気の4行程(4ストローク)からなるサイクルの一回分であり、通常の4ストロークエンジンの場合はクランクが720度回転する。
According to the gas fuel engine described in claim 2, the following operations and effects can be obtained.
When an abnormality occurs in the closing operation of the fuel supply valve, for example, when the fuel supply valve is damaged, the fuel supply valve remains relatively open, so that excessive gas fuel is supplied. As a result, the ratio of the fuel in the mixture becomes high (dense). If the ratio of the fuel in the air-fuel mixture becomes excessively high, the fuel falls outside the appropriate range for ignition and misfire occurs. The fuel supply valve is opened and closed at the beginning of the intake stroke of the cylinder. However, if the fuel supply valve remains largely open, the gas fuel is excessively supplied during the intake stroke, and the ignition after the next compression stroke is performed. A misfire occurs. In this case, misfire is detected within a period corresponding to one cycle from the abnormality of the valve closing operation. Here, one cycle is one cycle consisting of four strokes (four strokes) of intake, compression, combustion, and exhaust. In the case of a normal four-stroke engine, the crank rotates 720 degrees.
請求項3に記載されたガス燃料エンジンによれば、次に説明するような作用・効果が得られる。
燃料供給弁が開いたままの場合であっても、例えば燃料供給弁のシート面に微小な埃等が挟まった場合等のように、その開き方が比較的小さい場合には、当該吸入行程中にガス燃料はやや過剰に供給されるものの、次の圧縮工程後の点火では失火とならない場合がある。この場合、当該シリンダの給気マニホールドには、当該サイクルの圧縮工程、燃焼行程、排気行程の間もガス燃料が供給され続ける。この結果、その次のサイクルにおける吸入行程ではガス燃料がより過剰となるため、圧縮行程後の点火において失火が生じる。この場合、閉弁動作の異常から2サイクルに相当する期間以内に失火が検出される。
According to the gas fuel engine described in claim 3, the following operations and effects can be obtained.
Even when the fuel supply valve remains open, if the opening is relatively small, such as when fine dust or the like is caught in the seat surface of the fuel supply valve, In addition, although the gas fuel is supplied somewhat excessively, there is a case where misfire does not occur in the ignition after the next compression process. In this case, gas fuel continues to be supplied to the supply manifold of the cylinder during the compression process, the combustion stroke, and the exhaust stroke of the cycle. As a result, gas fuel becomes excessive in the intake stroke in the next cycle, and misfire occurs in ignition after the compression stroke. In this case, misfire is detected within a period corresponding to two cycles from the abnormality of the valve closing operation.
請求項4に記載されたガス燃料エンジンによれば、次に説明するような作用・効果が得られる。
ガス燃料エンジンの停止処理の際は、全てのシリンダに対し、燃料供給弁によるガス燃料の供給を停止する。これにより、可及的速やかにガス燃料エンジンの回転を止めることができ、未燃焼の状態で煙道に流れる燃料ガスを極力減少させることができる。しかしながら、ガス燃料の供給を停止するのみでは、直前のサイクルでシリンダに給気された混合気は点火装置によって点火されるため、もう1サイクル分、エンジンが駆動を続けることとなる。そこで、より速やかにガス燃料エンジンの回転を止めるため、点火装置に対しても停止処理を行い、全ての点火装置に対し、混合気への点火を停止することとしてもよい。
According to the gas fuel engine described in claim 4, the following operations and effects can be obtained.
During the stop process of the gas fuel engine, the supply of gas fuel by the fuel supply valve is stopped for all cylinders. Thereby, rotation of a gas fuel engine can be stopped as quickly as possible, and the fuel gas which flows into a flue in an unburned state can be reduced as much as possible. However, simply by stopping the supply of gas fuel, the air-fuel mixture supplied to the cylinder in the immediately preceding cycle is ignited by the ignition device, so that the engine continues to drive for another cycle. Therefore, in order to stop the rotation of the gas fuel engine more quickly, a stop process may be performed on the ignition device, and ignition of the air-fuel mixture may be stopped for all ignition devices.
請求項5に記載されたガス燃料エンジンによれば、次に説明するような作用・効果が得られる。
ガス燃料エンジンの停止処理は、技術的に可能な範囲で可及的速やかに行うべきであり、失火の検出から0.5サイクル以内に行なうことにより、閉弁動作の異常の検出から所定期間内に失火を検出した場合に、安全かつ即座に運転を停止して未燃焼ガスの放出を可及的に減少させる効果を確実にすることができる。
According to the gas fuel engine of the fifth aspect, the following operations and effects can be obtained.
The gas fuel engine stop process should be performed as quickly as possible within the technically possible range, and within 0.5 cycle from the detection of misfire, within a predetermined period of time from the detection of abnormality of the valve closing operation. When a misfire is detected, the operation can be safely and immediately stopped to ensure the effect of reducing the emission of unburned gas as much as possible.
図1から図3を参照して実施形態のガス燃料エンジンの構成を説明する。
図1に実施形態のガス燃料エンジン101を示す。このガス燃料エンジン101は、吸入、圧縮、燃焼、排気の4行程(ストローク)からなる一サイクルにおいてクランクが720度回転する4ストロークのレシプロエンジンであって、そのシリンダ数は複数である。図1では、複数のシリンダのうち、代表として一のシリンダ10及びその周囲の構造と、機能ブロックで表した制御系の構造とを示している。図1において、当該一のシリンダ10は軸線を縦にした断面で示され、その他のシリンダは、一のシリンダ10と同一の姿勢、同一の位置に、紙面に垂直な方向に所定間隔で並んでいるものとする。
The configuration of the gas fuel engine of the embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3.
FIG. 1 shows a gas fuel engine 101 according to an embodiment. The gas fuel engine 101 is a four-stroke reciprocating engine in which a crank rotates 720 degrees in one cycle consisting of four strokes (strokes) of suction, compression, combustion, and exhaust, and has a plurality of cylinders. FIG. 1 shows a cylinder 10 as a representative of a plurality of cylinders and the surrounding structure, and the structure of a control system represented by functional blocks. In FIG. 1, the one cylinder 10 is shown in a cross-section in which the axis is vertical, and the other cylinders are arranged in the same posture and the same position as the one cylinder 10 in a direction perpendicular to the paper surface at a predetermined interval. It shall be.
図1に示すように、このガス燃料エンジン101の構造は通常のレシプロエンジンと同一であり、シリンダ10の内部に昇降自在に設けられたピストン11と、シリンダ10内に連通する吸気孔12と排気孔13が形成されたシリンダヘッド14と、吸気孔12を開閉する吸気弁15と、排気孔13を開閉する排気弁16と、シリンダヘッド14に設けられた点火プラグ111とを備えている。
その他のエンジンとしての機械的構成については、適宜図示及び説明を省略する。
As shown in FIG. 1, the structure of the gas fuel engine 101 is the same as that of a normal reciprocating engine. The piston 11 is provided in the cylinder 10 so as to be movable up and down, the intake hole 12 communicating with the cylinder 10 and the exhaust gas. A cylinder head 14 having a hole 13 formed therein, an intake valve 15 for opening and closing the intake hole 12, an exhaust valve 16 for opening and closing the exhaust hole 13, and an ignition plug 111 provided in the cylinder head 14 are provided.
The illustration and description of the mechanical configuration as other engines are omitted as appropriate.
図1に示すように、吸気孔12に接続された給気マニホールド102には、ガス主管105から分岐したガス枝管104がガス供給電磁弁103を介して接続されている。図1において、ガス主管105は円形の断面で示されているが、その中心軸は紙面に垂直な方向に平行であり、ガス枝管104は、前述したように紙面に垂直な方向に所定間隔で並んでいるシリンダ10ごとに所定間隔でガス主管105から分岐し、対応する各シリンダ10の各給気マニホールド102にガス供給電磁弁103を介して接続されている。 As shown in FIG. 1, a gas branch pipe 104 branched from a gas main pipe 105 is connected to an air supply manifold 102 connected to the intake hole 12 via a gas supply electromagnetic valve 103. In FIG. 1, the gas main pipe 105 is shown in a circular cross section, but its central axis is parallel to the direction perpendicular to the paper surface, and the gas branch pipes 104 are arranged at predetermined intervals in the direction perpendicular to the paper surface as described above. Are branched from the gas main pipe 105 at a predetermined interval for each of the cylinders 10 arranged in a row, and connected to each supply manifold 102 of each corresponding cylinder 10 via a gas supply electromagnetic valve 103.
図1に示すように、各シリンダ10の給気マニホールド102には、シリンダ10にガス燃料を供給する燃料供給弁として、ガス供給電磁弁103が取り付けられている。このガス供給電磁弁103は、ガス供給電磁弁駆動装置109によって駆動される。 As shown in FIG. 1, a gas supply electromagnetic valve 103 is attached to the supply manifold 102 of each cylinder 10 as a fuel supply valve that supplies gas fuel to the cylinder 10. The gas supply electromagnetic valve 103 is driven by a gas supply electromagnetic valve driving device 109.
図2は、ガス供給電磁弁103の概念的な断面図である。このガス供給電磁弁103は、わずかなストロークで大きな開口を形成して短時間で大量のガスを流せる電磁弁であり、平板で形成された弁座21と、弁座21の平板の平面と接して流路を遮断する平板で形成された弁体22を有する。このガス供給電磁弁103としては、例えば、ソレノイド駆動のフェースタイプのポペット弁などが使用できる。弁体22の平板と弁座21の平板には、それぞれ同心円状に貫通溝が形成されており、弁体22と弁座21が平面接触するときには、貫通溝同士が互いにずれて当たって通路を遮断して閉弁状態になり、弁体22と弁座21が離れるときには僅かに別れただけで複数の貫通溝同士が導通して大きな開口を形成する。開弁時には弁体22が電磁石23により弁座21から離れる方向に引きつけられ、閉弁時には弁体22はばね24により弁座21に押し付けられる。 FIG. 2 is a conceptual cross-sectional view of the gas supply electromagnetic valve 103. The gas supply solenoid valve 103 is a solenoid valve that can form a large opening with a small stroke and allow a large amount of gas to flow in a short time. The gas supply solenoid valve 103 is in contact with a flat plate of the valve seat 21 and the flat plate of the valve seat 21. And a valve body 22 formed of a flat plate that blocks the flow path. As this gas supply electromagnetic valve 103, for example, a face type poppet valve driven by a solenoid can be used. A through groove is formed concentrically on the flat plate of the valve body 22 and the flat plate of the valve seat 21. When the valve body 22 and the valve seat 21 are in plane contact with each other, the through grooves are offset from each other and pass through the passage. When the valve body 22 and the valve seat 21 are separated from each other, the plurality of through grooves are electrically connected to each other to form a large opening. When the valve is opened, the valve body 22 is attracted in a direction away from the valve seat 21 by the electromagnet 23, and when the valve is closed, the valve body 22 is pressed against the valve seat 21 by the spring 24.
図1に示すように、シリンダヘッド14に設けられた点火プラグ111には、点火プラグ111に電気エネルギーを供給する点火装置110が接続されている。 As shown in FIG. 1, an ignition device 110 that supplies electric energy to the spark plug 111 is connected to the spark plug 111 provided in the cylinder head 14.
図1に示すように、各ガス供給電磁弁103には、ガス供給電磁弁103の弁の動作の異常、特に閉弁動作の異常を検出する手段として、加速度センサ106が取り付けられている。加速度センサ106が出力する加速度信号は、振動解析装置107に入力されるように構成されている。振動解析装置107は、後述するように、加速度センサ106から取得した加速度信号の振幅値が所定のしきい値を下回った場合に、ガス供給電磁弁103が何らかの不具合により閉動作しなかったと判断し、故障信号を制御装置108に出力する。このように、加速度センサ106と振動解析装置107は、各ガス供給電磁弁103の異常、特に閉弁動作の異常を検出する閉弁監視装置として機能する。 As shown in FIG. 1, an acceleration sensor 106 is attached to each gas supply electromagnetic valve 103 as means for detecting an abnormality in the operation of the gas supply electromagnetic valve 103, particularly an abnormality in the valve closing operation. The acceleration signal output from the acceleration sensor 106 is configured to be input to the vibration analysis device 107. As will be described later, when the amplitude value of the acceleration signal acquired from the acceleration sensor 106 falls below a predetermined threshold, the vibration analysis device 107 determines that the gas supply electromagnetic valve 103 did not close due to some malfunction. The failure signal is output to the control device 108. As described above, the acceleration sensor 106 and the vibration analysis device 107 function as a valve-closing monitoring device that detects an abnormality of each gas supply electromagnetic valve 103, particularly an abnormality of the valve-closing operation.
図3を参照して加速度センサ106と振動解析装置107による閉弁動作の異常検出について詳述する。加速度センサ106で計測された波形は、図3中に符合A、Bで示すように、ガス供給電磁弁103の弁の開時(A)、および閉時(B)に大きな振動波形を示す。振動解析装置107は、これらの振動波形のうち、ガス供給電磁弁103の弁の閉時に対応する所定時間幅又は所定クランク角度幅のサンプリング範囲としてのウィンドウWを設け、そのウィンドウW内での振動波形の最大値と最小値の差、もしくは絶対値の最大値をガス供給電磁弁103の弁閉時の加速度振幅値として算出する。そして振動解析装置107は、この加速度振幅値が予め定めたしきい値よりも低かった場合、すなわち閉弁異常が検出された場合には、ガス供給電磁弁103の故障により弁の閉動作が行われ無かった又は不完全であったと判断し、ガス供給電磁弁103が異常であることを示す故障信号を後述する制御装置108に出力する。 With reference to FIG. 3, the detection of abnormality of the valve closing operation by the acceleration sensor 106 and the vibration analysis device 107 will be described in detail. The waveforms measured by the acceleration sensor 106 show large vibration waveforms when the gas supply electromagnetic valve 103 is opened (A) and closed (B), as indicated by symbols A and B in FIG. Of these vibration waveforms, the vibration analysis device 107 provides a window W as a sampling range of a predetermined time width or a predetermined crank angle width corresponding to when the gas supply electromagnetic valve 103 is closed, and the vibration in the window W The difference between the maximum value and the minimum value of the waveform or the maximum value of the absolute value is calculated as the acceleration amplitude value when the gas supply solenoid valve 103 is closed. When the acceleration amplitude value is lower than a predetermined threshold value, that is, when a valve closing abnormality is detected, the vibration analyzing device 107 performs the valve closing operation due to the failure of the gas supply electromagnetic valve 103. A failure signal indicating that the gas supply solenoid valve 103 is abnormal is output to the control device 108 described later.
振動解析装置107からの故障信号は、各シリンダの1サイクルごとにON(正常)又はOFF(異常)の2値信号(接点信号)として出力されるが、複数のシリンダの中の何れのシリンダについての情報であるかの区別は行なわない構成となっている。しかしながら、後述する燃焼解析装置113からの失火有無信号のように、シリアル通信プロトコル(CAN)等のデジタル通信技術を利用し、シリンダ番号、各番号のシリンダにおける閉弁異常の有無(正常又は異常の識別)を示すデジタル信号を、故障信号として1サイクルごとに制御装置108に出力するものとしてもよい。 The failure signal from the vibration analyzer 107 is output as a binary signal (contact signal) that is ON (normal) or OFF (abnormal) for each cycle of each cylinder. The information is not distinguished from each other. However, using a digital communication technology such as a serial communication protocol (CAN) like a misfire detection signal from the combustion analysis device 113 described later, the cylinder number and the presence / absence of valve closing abnormality in each cylinder (normal or abnormal) A digital signal indicating (identification) may be output to the control device 108 every cycle as a failure signal.
図1に示すように、各シリンダ10には、シリンダ10内の圧力を計測することによりシリンダ10内の失火を検出する手段として、シリンダ内圧センサ112が取り付けられている。シリンダ内圧センサ112が出力する圧力信号は、燃焼解析装置113に入力されるように構成されている。燃焼解析装置113は、シリンダ内圧センサ112から取得した圧力信号にて、圧縮行程の圧力と燃焼行程の圧力とを比較することにより、当該シリンダ内の燃焼行程で失火が発生したか否かを検出し、失火有無信号を後述する制御装置108に出力する。このように、シリンダ内圧センサ112と燃焼解析装置113は、各シリンダでの失火を検出する失火検出装置として機能する。 As shown in FIG. 1, each cylinder 10 is provided with a cylinder internal pressure sensor 112 as means for detecting misfire in the cylinder 10 by measuring the pressure in the cylinder 10. The pressure signal output from the cylinder internal pressure sensor 112 is configured to be input to the combustion analysis device 113. The combustion analyzer 113 detects whether or not misfiring has occurred in the combustion stroke in the cylinder by comparing the pressure in the compression stroke and the pressure in the combustion stroke with the pressure signal acquired from the cylinder internal pressure sensor 112. Then, a misfire presence / absence signal is output to the control device 108 described later. Thus, the cylinder internal pressure sensor 112 and the combustion analysis device 113 function as a misfire detection device that detects misfire in each cylinder.
燃焼解析装置113からの失火有無信号は、シリアル通信プロトコル(CAN)等のデジタル通信技術によるデジタル信号である。すなわち、シリンダ番号、各番号のシリンダにおける燃焼異常の有無(正常又は異常の識別)を示すデジタル信号を、失火有無信号として1サイクルごとに制御装置108に出力する。 The misfire presence / absence signal from the combustion analysis device 113 is a digital signal by a digital communication technique such as a serial communication protocol (CAN). That is, a digital signal indicating the cylinder number and the presence / absence of combustion abnormality (normal or abnormal identification) in the cylinder of each number is output to the controller 108 as a misfire presence / absence signal for each cycle.
図1に示すように、ガス燃料エンジン101は、機関の停止処理を行なうか否かを判断する制御手段として制御装置108を有している。前述の通り、制御装置108には、振動解析装置107からの故障信号と、燃焼解析装置113からの失火有無信号が入力される。 As shown in FIG. 1, the gas fuel engine 101 has a control device 108 as control means for determining whether or not to stop the engine. As described above, the failure signal from the vibration analysis device 107 and the misfire presence / absence signal from the combustion analysis device 113 are input to the control device 108.
制御装置108は、振動解析装置107が閉弁動作の異常を検出し、かつ、閉弁動作の異常から所定期間内に燃焼解析装置113が失火を検出した場合、ガス燃料エンジン101の停止処理を行う。所定期間としては、ガス燃料エンジン101の吸入、圧縮、燃焼、排気の4行程からなるサイクルの1サイクルに相当する期間又は2サイクルに相当する期間とする。 When the vibration analysis device 107 detects an abnormality in the valve closing operation and the combustion analysis device 113 detects a misfire within a predetermined period from the abnormality in the valve closing operation, the control device 108 performs a stop process of the gas fuel engine 101. Do. The predetermined period is a period corresponding to one cycle of the cycle composed of four strokes of intake, compression, combustion, and exhaust of the gas fuel engine 101 or a period corresponding to two cycles.
ガス燃料エンジン101の停止処理としては、ガス供給電磁弁103によるガス燃料の供給の停止と、点火装置110による点火の停止の双方を行なうこととするが、ガス供給電磁弁103によるガス燃料の供給を停止することのみとしてもよい。このような停止処理を行なうため、図1に示すように、制御装置108は、ガス供給電磁弁駆動装置109と、点火装置110に接続されており、必要な場合にこれらを停止処理するための制御信号を出力するように構成されている。なお、停止処理のために制御装置108から出力される制御信号は、接点信号でも通信によるデジタル信号でも構わない。また、制御装置108からの制御信号による停止処理は、閉弁動作の異常の検出後、1又は2サイクル期間内に失火が検出された場合に、その失火の検出からできるだけ早い期間、例えば0.5サイクル以内の期間に行われるものとする。 As the stop process of the gas fuel engine 101, both the stop of the gas fuel supply by the gas supply electromagnetic valve 103 and the stop of the ignition by the ignition device 110 are performed, but the supply of the gas fuel by the gas supply electromagnetic valve 103 is performed. It is good also as only stopping. In order to perform such a stop process, as shown in FIG. 1, the control device 108 is connected to a gas supply electromagnetic valve drive device 109 and an ignition device 110. The control signal is output. Note that the control signal output from the control device 108 for the stop process may be a contact signal or a digital signal by communication. Further, the stop process by the control signal from the control device 108 is performed as soon as possible after the detection of the misfire, for example, 0. 0 when the misfire is detected within one or two cycle period after the abnormality of the valve closing operation is detected. It shall be performed within a period of 5 cycles.
図1に示すように、制御装置108にはプログラマブルコントローラPLCが接続されている。このプログラマブルコントローラPLCは、ガス主管105の上流側の基端部と、ガス燃料の供給元(図示せず)との間に設けられている供給元弁(図示せず)を開閉制御する機能を備えている。制御装置108は、前述した停止処理を行なう場合、同時にプログラマブルコントローラPLCに警報及び停止制御の信号を送り、供給元弁を遮断することにより、ガス主管105へのガス燃料の供給を元から絶つとともに、ガス燃料エンジン101が緊急停止する旨の警報を図示しない警報装置(表示警報装置、音声警報装置等)に発報させる。 As shown in FIG. 1, a programmable controller PLC is connected to the control device 108. This programmable controller PLC has a function of opening and closing a supply valve (not shown) provided between a base end portion on the upstream side of the gas main pipe 105 and a gas fuel supply source (not shown). I have. When performing the above-described stop process, the control device 108 simultaneously sends an alarm and stop control signal to the programmable controller PLC and shuts off the supply source valve, thereby stopping the supply of gas fuel to the gas main pipe 105 from the beginning. Then, an alarm device (display alarm device, voice alarm device, etc.) not shown in the figure is issued to notify that the gas fuel engine 101 is stopped urgently.
図4を参照して従来のガス燃料エンジンでガス供給電磁弁が故障した場合を想定した模擬実験について説明する。
従来のガス燃料エンジンでは、ガス供給電磁弁の故障を考慮せず、失火を複数回検出した場合に機関を停止処理するシステムとなっているため、以下の説明では、ガス供給電磁弁の故障を模擬的に発生させるために、ある時点でガス供給電磁弁の配線をカットして駆動信号を停止させている。
なお、複数回としているが、ガス供給電磁弁の故障を考慮しない場合、1シリンダの失火であれば、未燃ガスが煙道に出ても爆発する危険性は無く、それよりも誤検出防止を考慮したためである。
With reference to FIG. 4, a simulation experiment assuming a case where a gas supply solenoid valve fails in a conventional gas fuel engine will be described.
The conventional gas fuel engine is a system that stops the engine when multiple misfires are detected without considering the failure of the gas supply solenoid valve. In order to generate it in a simulated manner, the wiring of the gas supply solenoid valve is cut at a certain point to stop the drive signal.
Although there are multiple times, if the failure of the gas supply solenoid valve is not considered, if one cylinder misfires, there is no risk of explosion even if unburned gas enters the flue, preventing false detection This is because of this.
図4は、本実施形態の比較例となる従来のガス燃料エンジンの運転時に出力されるガス供給電磁弁の番号及び駆動信号と、特定シリンダ(No.1)のシリンダ内圧力信号の波形と、点火信号の波形と、故障判定信号を示す波形図である。なお、この例におけるシリンダ数は6つである。また、図4及びその説明では、ガス供給弁およびシリンダに、着火の順序に従ってNo.1からNo.6までの番号(No.)を付しているが、これは説明の便宜のためであって、物理的なシリンダの配列とは異なっている。 FIG. 4 shows the number and drive signal of the gas supply solenoid valve output during operation of the conventional gas fuel engine as a comparative example of the present embodiment, the waveform of the cylinder pressure signal of the specific cylinder (No. 1), It is a wave form diagram which shows the waveform of an ignition signal, and a failure determination signal. In this example, the number of cylinders is six. Further, in FIG. 4 and the description thereof, the gas supply valve and the cylinder are No. 1 in the order of ignition. 1 to No. Numbers (No.) up to 6 are given for convenience of explanation, and are different from the physical cylinder arrangement.
このガス燃料エンジンは、本実施形態のガス燃料エンジン101と同様、吸入、圧縮、燃焼、排気の4行程(ストローク)からなる一サイクルにおいてクランクが720度回転する4ストロークのレシプロエンジンである。従って、図4の第1段(最上段)に示すように、No.1〜6の各シリンダの各ガス供給電磁弁は、例えば第1サイクルC1から第2サイクルC2以降、順に繰り返して駆動信号が与えられていく。 Similar to the gas fuel engine 101 of this embodiment, this gas fuel engine is a four-stroke reciprocating engine in which the crank rotates 720 degrees in one cycle consisting of four strokes (strokes) of intake, compression, combustion, and exhaust. Therefore, as shown in the first stage (uppermost stage) in FIG. The gas supply solenoid valves of the cylinders 1 to 6 are repeatedly given drive signals in order, for example, from the first cycle C1 to the second cycle C2.
図4の第2段には、No.1シリンダのシリンダ内圧力信号が表示されており、図中最も左側に示すように、第1サイクルC1以前のサイクルにおけるシリンダ内圧力信号のピークは正常な燃焼を示しているが、第1段から斜め右下向きの矢印で示すように、第2サイクルC2から第6サイクルC6では、No.1シリンダのガス供給電磁弁の配線をカットすることにより駆動信号を停止しているため、No.1シリンダのシリンダ内圧力信号のピークは正常な燃焼の場合よりも低い異常値を示している。図4中に示すように、これは失火を意味する。 In the second stage of FIG. The cylinder pressure signal of one cylinder is displayed. As shown on the leftmost side of the figure, the peak of the cylinder pressure signal in the cycle before the first cycle C1 indicates normal combustion. As indicated by the diagonally downward-pointing arrow, in the second cycle C2 to the sixth cycle C6, No. Since the drive signal is stopped by cutting the wiring of the gas supply solenoid valve of one cylinder, no. The peak of the in-cylinder pressure signal of one cylinder shows an abnormal value lower than that in the case of normal combustion. As shown in FIG. 4, this means misfire.
このような従来のガス燃料エンジンによれば、ガス供給電磁弁の故障を考慮しないシステムとなっており、所定回数(この例では5回)の失火が検出された場合に始めて制御手段で故障判定が行なわれ、図4の第4段(最下段)に示すように故障判定信号のステータスが正常(高値)から異常(低値)へと変化する。すなわち、故障した後に全シリンダのガス供給電磁弁が停止するまでに5サイクルを要している。この5サイクルの間、失火しているNo.1シリンダからは未燃のガス燃料が煙道へ漏れた状態となっており、「発明が解決しようとする課題」の項で説明したような問題が生じている。 According to such a conventional gas fuel engine, the system does not take into account the failure of the gas supply solenoid valve, and it is determined by the control means only when a predetermined number of misfires (in this example, 5 times) are detected. And the status of the failure determination signal changes from normal (high value) to abnormal (low value) as shown in the fourth level (bottom level) in FIG. That is, five cycles are required until the gas supply solenoid valves of all cylinders stop after failure. No. has been misfired during these 5 cycles. From one cylinder, unburned gas fuel has leaked into the flue, resulting in the problem described in the section “Problems to be Solved by the Invention”.
図5を参照して本実施形態のガス燃料エンジンによる作用・効果を説明する。
図5は、本実施形態のガス供給電磁弁103が故障した場合を想定するため、ある時点で特定のガス供給電磁弁103の配線をカットして駆動信号を停止させた模擬実験の結果を示している。
The operation and effect of the gas fuel engine of this embodiment will be described with reference to FIG.
FIG. 5 shows the result of a simulation experiment in which the drive signal is stopped by cutting the wiring of a specific gas supply solenoid valve 103 at a certain point in time in order to assume the case where the gas supply solenoid valve 103 of the present embodiment fails. ing.
図5は、本実施形態に係るガス燃料エンジン101の運転時に出力されるガス供給電磁弁103の番号及び駆動信号と、点火信号の波形と、加速度センサ106で得られた特定シリンダ(No.1)の加速度信号と、シリンダ内圧センサ112が検出した特定シリンダ(No.1)のシリンダ内圧信号と、振動解析装置107が特定シリンダ(No.1)について有する失火の有無を示す状態信号の波形図である。なお、この例におけるシリンダ数は6つである。また、図5及びその説明では、ガス供給弁およびシリンダに、着火の順序に従ってNo.1からNo.6までの番号(No.)を付しているが、これは説明の便宜のためであって、物理的なシリンダの配列とは異なっている。 5 shows the number and drive signal of the gas supply solenoid valve 103 output during operation of the gas fuel engine 101 according to the present embodiment, the waveform of the ignition signal, and the specific cylinder (No. 1 obtained by the acceleration sensor 106). ) Acceleration signal, cylinder internal pressure signal of the specific cylinder (No. 1) detected by the cylinder internal pressure sensor 112, and a waveform diagram of a state signal indicating the presence or absence of misfire that the vibration analysis device 107 has for the specific cylinder (No. 1) It is. In this example, the number of cylinders is six. In FIG. 5 and the description thereof, the gas supply valve and the cylinder are given No. 1 in the order of ignition. 1 to No. Numbers (No.) up to 6 are given for convenience of explanation, and are different from the physical cylinder arrangement.
本実施形態のガス燃料エンジン101は、前述した通り、一サイクルでクランクが720度回転する4ストロークのレシプロエンジンである。従って、図5の第1段(最上段)に示すように、No.1〜6の各シリンダ10の各ガス供給電磁弁103は、例えば第1サイクルC1から第2サイクルC2以降、順に繰り返して駆動信号が与えられていく。 As described above, the gas fuel engine 101 of this embodiment is a 4-stroke reciprocating engine in which the crank rotates 720 degrees in one cycle. Therefore, as shown in the first stage (uppermost stage) in FIG. The gas supply solenoid valves 103 of the cylinders 1 to 6 are repeatedly given drive signals in order, for example, from the first cycle C1 to the second cycle C2.
図5の第2段は、各シリンダの点火プラグ111に点火装置110が与える点火信号を示している。 The second stage of FIG. 5 shows the ignition signal that the ignition device 110 gives to the ignition plug 111 of each cylinder.
図5の第3段は、6つのガス供給電磁弁103のうち、特にNo.1のガス供給電磁弁103に設けられた加速度センサ106が出力する加速度信号を示している。図5の第1段と第3段を対比させると分かるように、ガス供給電磁弁103が正常な場合には、第1段でNo.1シリンダのガス供給電磁弁103に駆動信号が与えられると、その後にNo.1シリンダの加速度センサ106が開弁に伴う加速度信号を出力して第1のピークを示し、ごく短い所定時間後に駆動信号の解除による閉弁に伴う加速度信号を出力して第2のピークを示す。この作用は、先に説明した図3において、ガス供給電磁弁103の駆動信号(ガス供給電磁弁駆動電流)と、弁開時(A)及び弁閉時(B)の加速度センサ106の加速度波形(加速度センサ波形)の関係と同一である。 The third stage of FIG. The acceleration signal output from the acceleration sensor 106 provided in one gas supply electromagnetic valve 103 is shown. As can be seen by comparing the first stage and the third stage in FIG. 5, when the gas supply solenoid valve 103 is normal, No. When a drive signal is given to the gas supply solenoid valve 103 of one cylinder, the No. The acceleration sensor 106 of one cylinder outputs an acceleration signal accompanying opening of the valve and shows a first peak, and after a very short predetermined time, outputs an acceleration signal accompanying closing of the valve due to release of the driving signal and shows a second peak. . In FIG. 3 described above, this action is achieved by the drive signal of the gas supply solenoid valve 103 (gas supply solenoid valve drive current) and the acceleration waveform of the acceleration sensor 106 when the valve is open (A) and when the valve is closed (B). This is the same as the relationship of (acceleration sensor waveform).
図5の第4段は、No.1シリンダのシリンダ内圧力信号を表示しており、図中左側の4つの波形のピークは正常な燃焼を示している。ところが、第4サイクルC4において、No.1シリンダのガス供給電磁弁103の配線をカットし、駆動信号を停止したため、第3段において、No.1シリンダに対応するガス供給電磁弁103の加速度センサ106からは、加速度信号が検出されていない(図5中、「加速度信号欠如」参照。)。そして、第3段の加速度信号が検出されていない「加速度信号欠如」の位置から斜め右下向きの矢印で示す先には、第4サイクルC4内における燃焼行程で出力されたNo.1シリンダのシリンダ内圧力信号のピーク波形が示されている。このNo.1シリンダのシリンダ内圧力信号のピーク波形は、正常な燃焼の場合と異なり、圧縮行程の圧力波形と燃焼行程の圧力波形が上死点を境に線対象となっている。これは失火を意味する。 The fourth stage in FIG. An in-cylinder pressure signal for one cylinder is displayed, and the peaks of the four waveforms on the left side in the figure indicate normal combustion. However, in the fourth cycle C4, no. Since the wiring of the gas supply solenoid valve 103 of 1 cylinder was cut and the drive signal was stopped, in the third stage, No. No acceleration signal is detected from the acceleration sensor 106 of the gas supply electromagnetic valve 103 corresponding to one cylinder (see “lack of acceleration signal” in FIG. 5). Then, from the position of “absence of acceleration signal” where the third stage acceleration signal is not detected, the No. output from the combustion stroke in the fourth cycle C4 is indicated by an arrow pointing diagonally downward to the right. A peak waveform of an in-cylinder pressure signal of one cylinder is shown. This No. Unlike the case of normal combustion, the peak waveform of the in-cylinder pressure signal of one cylinder is a line target between the pressure waveform of the compression stroke and the pressure waveform of the combustion stroke with the top dead center as a boundary. This means misfire.
図5の第5段(最下段)は、振動解析装置107が判定したガス供給電磁弁103の正常又は異常のステータスを2値で表すガス供給電磁弁状態信号を示している。図5に示す例では、この信号は、第1サイクルC1以前から第3サイクルC3までは、正常な燃焼を示すON状態(高値)を示してきた。ところが、第4サイクルC4では、図5の第1段に示すようにガス供給電磁弁103が正常に作動しなかったため、同第3段に示すようにNo.1シリンダの開閉に伴う振動が検出されず、その結果として振動解析装置107では、ガス供給電磁弁状態信号がOFF状態(低値)となり、振動解析装置107はこのステータスに基づき、故障信号を制御装置108に出力した。さらにその後、1サイクル未満の所定期間内に、同第4段に示すようにNo.1シリンダの失火が燃焼解析装置113によって検出され、燃焼解析装置113は失火有無信号(この場合は有)を制御装置108に出力した。制御装置108は、故障信号及び故障信号の受け取りから所定時間内に受け取った失火信号により、ガス供給電磁弁103に異常が発生したものと判定し、0.5サイクル以内に、ガス供給電磁弁駆動装置109と点火装置110を停止制御する停止処理を行なう。 The fifth stage (bottom stage) in FIG. 5 shows a gas supply solenoid valve state signal that represents a normal or abnormal status of the gas supply solenoid valve 103 determined by the vibration analysis device 107 in binary. In the example shown in FIG. 5, this signal has shown the ON state (high value) which shows normal combustion from before the 1st cycle C1 to the 3rd cycle C3. However, in the fourth cycle C4, the gas supply electromagnetic valve 103 did not operate normally as shown in the first stage of FIG. The vibration associated with opening / closing of one cylinder is not detected. As a result, in the vibration analysis device 107, the gas supply electromagnetic valve state signal is turned off (low value), and the vibration analysis device 107 controls the failure signal based on this status. Output to the device 108. Further, within a predetermined period of less than one cycle, as shown in the fourth stage, No. One cylinder misfire was detected by the combustion analysis device 113, and the combustion analysis device 113 output a misfire presence / absence signal (in this case) to the control device 108. The control device 108 determines that an abnormality has occurred in the gas supply solenoid valve 103 based on the failure signal and the misfire signal received within a predetermined time from the reception of the failure signal, and drives the gas supply solenoid valve within 0.5 cycle. A stop process for controlling the stop of the device 109 and the ignition device 110 is performed.
これにより、ガス供給電磁弁103の開閉動作に異常がないのに異常と判断する誤検出のリスクを最小化して無益な機関停止を可及的に避けつつ、必要な場合には安全かつ即座に機関の運転を停止して未燃焼ガスの放出を可及的に減少させる効果を得ることができる。 This minimizes the risk of misdetection when the gas supply solenoid valve 103 is open / closed and there is no abnormality, minimizing the risk of erroneous detection and avoiding unnecessary engine stoppages as much as possible, and safely and immediately when necessary. It is possible to obtain the effect of stopping the engine operation and reducing the emission of unburned gas as much as possible.
図5に示す例では、第4サイクルC4においてNo.1シリンダの開閉に伴う振動が検出されず、かつその後、同サイクルの期間内にNo.1シリンダの失火が検出されたため、1サイクルにも満たない短い時間で異常の判断を行い、直ちに機関の運転を停止することができた。従って、第4サイクルC4において、制御装置108が機関の停止処理を決定した時点では、No.2シリンダからNo.6シリンダまでは既にガス燃料が供給されていたが、No.5シリンダの点火プラグ111までは点火信号が与えられて燃焼が行なわれているため、未燃のガス燃料を排気するのはNo.6シリンダのみで済む。 In the example shown in FIG. No vibration associated with the opening and closing of one cylinder is detected, and thereafter, no. Since a misfire of one cylinder was detected, an abnormality was judged in a short time less than one cycle, and the operation of the engine could be stopped immediately. Therefore, at the time when the control device 108 determines the engine stop process in the fourth cycle C4, No. 4 is performed. No. 2 cylinder Gas fuel was already supplied up to 6 cylinders. Since the ignition signal is given up to the five-cylinder spark plug 111 and combustion is performed, it is No. Only 6 cylinders are required.
なお、図5を参照して説明した模擬実験では、ガス供給電磁弁103の配線をカットして駆動信号を停止し、ガス供給電磁弁103が作動しない状態とした。このため、当該ガス供給電磁弁103の加速度センサ106は振動波形を発生せず、振動解析装置107は、これに基づいてガス供給電磁弁103の異常を判定した。また、ガス供給電磁弁103が開かず、燃料ガスはシリンダに供給されず、燃焼が起きなかったため、燃焼解析装置113は、No.1シリンダにおけるシリンダ内圧力信号に基づいて失火を判定した。
これに対し、本実施形態は、ガス供給電磁弁103の閉弁動作の異常を検出することを第1の目的としており、そのために図3を参照して説明したような手法で閉弁時のガス供給電磁弁103の異常を判断しており、また検出された失火はガス燃料の過多により生じたものである。
しかしながら、ガス供給電磁弁103の異常を加速度センサ106の振動波形で判断するアルゴリズム(問題解決のための演算手法)は、ガス供給電磁弁103の異常の種類に応じて任意に設定・選択することができるし、失火はその原因に係わらずシリンダ内圧力信号で検出することができるので、図5に示した模擬実験の結果は、閉弁動作の異常を検出する本実施形態の作用・効果を確認するために適当であり、本実施形態の効果を示すものと言える。
なお、ガス供給弁103が動作せず、燃料ガスが供給されずに燃焼が起きなかった場合でも、誤検出でなければ、即座に機関の運転を停止することはなんら問題はない。
In the simulation experiment described with reference to FIG. 5, the wiring of the gas supply electromagnetic valve 103 is cut to stop the drive signal, and the gas supply electromagnetic valve 103 is not activated. For this reason, the acceleration sensor 106 of the gas supply electromagnetic valve 103 does not generate a vibration waveform, and the vibration analysis device 107 determines an abnormality of the gas supply electromagnetic valve 103 based on this. In addition, since the gas supply solenoid valve 103 was not opened, the fuel gas was not supplied to the cylinder, and combustion did not occur, Misfire was determined based on the cylinder pressure signal in one cylinder.
On the other hand, this embodiment has a first object of detecting an abnormality in the valve closing operation of the gas supply electromagnetic valve 103, and for that purpose, the method described with reference to FIG. The abnormality of the gas supply electromagnetic valve 103 is judged, and the detected misfire is caused by excessive gas fuel.
However, an algorithm for determining an abnormality of the gas supply electromagnetic valve 103 based on the vibration waveform of the acceleration sensor 106 (calculation method for solving the problem) is arbitrarily set and selected according to the type of abnormality of the gas supply electromagnetic valve 103. Since the misfire can be detected by the cylinder pressure signal regardless of the cause, the result of the simulation experiment shown in FIG. 5 shows the operation and effect of this embodiment for detecting an abnormality in the valve closing operation. It is suitable for confirmation and it can be said that the effect of this embodiment is shown.
Even if the gas supply valve 103 does not operate and the fuel gas is not supplied and combustion does not occur, there is no problem in stopping the operation of the engine immediately if it is not erroneously detected.
以上説明したように、本実施形態によれば、ガス供給電磁弁103の閉弁動作の異常の検出から所定期間内に失火を検出した場合に限り、1回の閉弁動作の異常信号であっても、直ちにガス供給電磁弁駆動装置109と点火装置111の駆動を中止することで機関の停止処理を行うこととした。これにより、誤検出による無駄な停止を防止しつつ、必要な場合には即座に運転を停止して未燃焼ガスの放出を可及的に減少させることができる。また、機関を停止するためにガス供給電磁弁103の駆動を中止するだけでなく、点火プラグ111も停止するので、シリンダ10から排出された未燃のガス燃料が煙道に出ていても、これに着火して爆発が起きる可能性を小さくすることができ、従来よりも安全である。 As described above, according to the present embodiment, only when the misfire is detected within a predetermined period from the detection of the abnormality of the valve closing operation of the gas supply electromagnetic valve 103, the abnormality signal of one valve closing operation is not detected. However, the engine stop process is performed by immediately stopping the driving of the gas supply electromagnetic valve driving device 109 and the ignition device 111. Thereby, while preventing a useless stop due to erroneous detection, the operation can be stopped immediately when necessary to reduce the emission of unburned gas as much as possible. In addition to stopping the driving of the gas supply solenoid valve 103 to stop the engine, the spark plug 111 is also stopped, so even if unburned gas fuel discharged from the cylinder 10 goes out to the flue, This can ignite and reduce the possibility of explosion, which is safer than before.
本実施形態のガス燃料エンジンを動力源とする発電システムの例で上記作用・効果を再度説明する。まず、このような発電システムは、例えば建物の地下等にガス燃料エンジンの本体を配置し、建物内に排気用の煙道を配設して建物外に排気する構成となっている場合がある。このような発電システムは、電力を安定的に供給することが重要な目的であるが、ガス供給電磁弁の動作不良の誤検出のために電力供給を停止していては目的を達成することができない。しかし、本実施形態によれば、このような弁の動作不良の誤検出のために電力供給が停止することを確実に回避しつつ、しかもガス供給電磁弁に不具合が実際に生じた場合には即座に機関の運転を停止できる。しかも、従来の煙道には未燃のガス燃料の爆発を防ぐために高価な逃がし弁が多数設けられていたが、本実施例では運転停止の場合に煙道に流出する未燃焼ガスの量が従来よりも少なくなるので、逃がし弁の数を大幅に少なくすることができ、設備コストの低減を図ることができる。さらに、点火装置が停止するので、建物内に配設された煙道に未燃のガス燃料が流出したとしても爆発する危険性は従来よりも小さく、より安全である。 The operation and effect will be described again with an example of a power generation system using the gas fuel engine of the present embodiment as a power source. First, such a power generation system may have a configuration in which a main body of a gas fuel engine is disposed, for example, in a basement of a building, and an exhaust flue is disposed in the building to exhaust outside the building. . In such a power generation system, it is an important purpose to stably supply power, but if the power supply is stopped due to erroneous detection of malfunction of the gas supply solenoid valve, the purpose can be achieved. Can not. However, according to the present embodiment, when the gas supply electromagnetic valve actually fails while reliably avoiding the stop of the power supply due to such erroneous detection of the valve malfunction. The engine can be stopped immediately. Moreover, in the conventional flue, many expensive relief valves were provided to prevent the explosion of unburned gas fuel, but in this embodiment, the amount of unburned gas flowing into the flue when the operation is stopped is reduced. Since the number is smaller than the conventional one, the number of relief valves can be greatly reduced, and the equipment cost can be reduced. Furthermore, since the ignition device is stopped, even if unburned gas fuel flows into the flue arranged in the building, the risk of explosion is smaller and safer than before.
なお、以上説明した実施形態では、主としてガス供給電磁弁103の閉弁動作の異常を検出することを第1の目的としていたが、図5で説明したように、駆動信号の不具合や機械的破損により、ガス供給電磁弁103が作動不能となる事象や、ガス供給電磁弁103の開弁動作に異常が生じる事象を検出するために、加速度センサ106の振動波形を適宜のアルゴリズムで処理・判断することにより、前述した閉弁動作の異常以外のガス供給電磁弁103の異常を検出するようにしてもよい。 In the embodiment described above, the primary purpose is mainly to detect an abnormality in the valve closing operation of the gas supply electromagnetic valve 103. However, as described with reference to FIG. Therefore, the vibration waveform of the acceleration sensor 106 is processed / determined with an appropriate algorithm in order to detect an event in which the gas supply electromagnetic valve 103 becomes inoperable or an event in which an abnormality occurs in the valve opening operation of the gas supply electromagnetic valve 103. Accordingly, an abnormality of the gas supply electromagnetic valve 103 other than the abnormality of the valve closing operation described above may be detected.
なお、ガス供給電磁弁103の開弁動作の異常の場合には、弁は閉じたままとなり、ガス燃料がシリンダ10外に排出される可能性は比較的小さいが、本実施形態で想定しているように、ガス供給電磁弁103の閉弁動作の異常の場合には、弁は開いたままとなり、ガス燃料がシリンダ10外に排出される可能性がより大きいため、その異常を検出して停止処理する実益がより大きい。 In the case of an abnormality in the valve opening operation of the gas supply electromagnetic valve 103, the valve remains closed and the possibility that the gas fuel is discharged out of the cylinder 10 is relatively small. As shown in the figure, in the case of an abnormality in the valve closing operation of the gas supply solenoid valve 103, the valve remains open, and there is a greater possibility that gas fuel will be discharged out of the cylinder 10. The profit to stop processing is larger.
また、以上説明した実施形態では、ガス燃料エンジン101として、4ストローク、6シリンダのレシプロエンジンを例示したが、これは単なる例示であり、1シリンダのエンジンでも本発明の対象となる。また、本発明におけるガス燃料エンジンには、ガス専焼エンジンだけでなく、ガス燃料と液体燃料の両方を使用するデュアルフューエルエンジンも含まれる。 In the embodiment described above, a 4-stroke, 6-cylinder reciprocating engine is exemplified as the gas fuel engine 101. However, this is merely an example, and a 1-cylinder engine is also an object of the present invention. The gas fuel engine in the present invention includes not only a gas-fired engine but also a dual fuel engine that uses both gas fuel and liquid fuel.
10…シリンダ
101…ガス燃料エンジン
103…燃料供給弁としてのガス供給電磁弁
106…閉弁監視装置を構成する加速度センサ
107…閉弁監視装置を構成する振動解析装置
108…制御装置
111…点火装置としての点火プラグ
112…失火検出装置を構成するシリンダ内圧センサ
113…失火検出装置を構成する燃焼解析装置
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 ... Cylinder 101 ... Gas fuel engine 103 ... Gas supply electromagnetic valve as a fuel supply valve 106 ... Acceleration sensor which comprises valve closing monitoring apparatus 107 ... Vibration analysis apparatus which comprises valve closing monitoring apparatus 108 ... Control apparatus 111 ... Ignition apparatus Spark plug 112 as a cylinder internal pressure sensor 113 constituting a misfire detection device 113 ... Combustion analysis device constituting a misfire detection device
Claims (6)
シリンダ内の混合気に点火する点火装置と、
前記シリンダにガス燃料を供給する燃料供給弁と、
前記燃料供給弁の閉弁動作の異常を検出する閉弁監視装置と、
前記ガス燃料エンジンのシリンダでの失火を検出する失火検出装置と、
前記閉弁監視装置が閉弁動作の異常を検出し、かつ、閉弁動作の異常から所定期間内に前記失火検出装置が失火を検出した場合、前記ガス燃料エンジンの停止処理を行う制御装置と、
を備えたガス燃料エンジン。 A reciprocating gas fuel engine operated by gas fuel,
An ignition device for igniting the air-fuel mixture in the cylinder;
A fuel supply valve for supplying gas fuel to the cylinder;
A valve closing monitoring device for detecting an abnormality in the closing operation of the fuel supply valve;
A misfire detection device for detecting misfire in the cylinder of the gas fuel engine;
A control device that performs a stop process of the gas fuel engine when the valve closing monitoring device detects an abnormality in the valve closing operation and the misfire detection device detects a misfire within a predetermined period from the abnormality in the valve closing operation; ,
Gas fuel engine equipped with.
前記燃料供給弁の閉止動作の異常を検出し、かつ前記燃料供給弁の閉止動作の異常の検出から所定期間内に前記シリンダ内で失火を検出した場合に、前記ガス燃料エンジンの停止処理を行うガス燃料エンジンの停止方法。 A method for stopping a gas fuel engine that operates with gas fuel supplied from a fuel supply valve into a cylinder,
When the abnormality in the closing operation of the fuel supply valve is detected and a misfire is detected in the cylinder within a predetermined period from the detection of the abnormality in the closing operation of the fuel supply valve, the gas fuel engine is stopped. How to stop a gas fuel engine.
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