WO2021024313A1 - 内燃機関及び発電システム - Google Patents

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WO2021024313A1
WO2021024313A1 PCT/JP2019/030549 JP2019030549W WO2021024313A1 WO 2021024313 A1 WO2021024313 A1 WO 2021024313A1 JP 2019030549 W JP2019030549 W JP 2019030549W WO 2021024313 A1 WO2021024313 A1 WO 2021024313A1
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amplifier
internal combustion
combustion engine
output
charge
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PCT/JP2019/030549
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三千雄 小野塚
大輔 小森
陽昌 北村
早紀矢 渡辺
恒 高柳
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三菱重工エンジン&ターボチャージャ株式会社
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    • F02P5/15Digital data processing
    • F02P5/152Digital data processing dependent on pinking

Definitions

  • the present invention relates to an internal combustion engine and a power generation system.
  • Patent Document 1 describes, as a related technique, a technique relating to a vortex flow meter that takes the difference between the outputs of two charge amplifier circuits and cancels the common mode noise applied to one piezoelectric element.
  • an internal combustion engine used as a power source of a generator often includes a plurality of cylinders (that is, multiple cylinders).
  • the ignition timing is controlled to control the combustion.
  • the intake air becomes high temperature and spontaneous combustion occurs, and combustion occurs at a timing different from the ignition timing, which may cause a phenomenon called knocking.
  • knocking occurs, the cylinder vibrates. Therefore, in an internal combustion engine, in order to detect knocking, a sensor called a knock sensor for detecting the vibration of the cylinder may be provided for each cylinder. Since the output signal of the knock sensor is a differential output, it is easily affected by common mode noise.
  • the output signal of the knock sensor is simply converted into a voltage and then the wiring length for transmitting the voltage is long, it is easily affected by the voltage change due to the wiring length.
  • the wiring length that transmits the voltage varies from knock sensor to knock sensor, each knock sensor detects it as different vibration even if the cylinder vibrates almost equally due to the effect of the variation in the wiring length. become. Therefore, when detecting knocking in an internal combustion engine, there is a need for a technique capable of correctly detecting vibration, which is a physical quantity to be detected, that is, an output signal of a knock sensor.
  • An object of the present invention is to provide an internal combustion engine and a power generation system capable of solving the above problems.
  • the internal combustion engine includes an internal combustion engine main body including a plurality of cylinders, knock sensors provided in each of the plurality of cylinders, a control board having an amplifier circuit, and the knock.
  • a plurality of cables having different lengths for connecting each of the sensors and the control board are provided, and the amplifier circuit is connected to the first output terminal of the knock sensor via the cables for each of the plurality of cables.
  • the output of the first charge amplifier, the second charge amplifier connected to the second output terminal of the knock sensor via the cable, the output of the first charge amplifier, and the output of the second charge amplifier are input. It is equipped with a differential amplifier.
  • the amplifier circuit further includes a bandpass filter that passes through the frequency band of the output of the differential amplifier. Good.
  • the control board determines whether or not knocking has occurred based on the output signal of the amplifier circuit. It may be provided with a determination unit.
  • the determination unit determines that the amplitude of the output signal of the amplifier circuit is equal to or less than the amplitude threshold value for determining that knocking has occurred. If it is determined that knocking has not occurred, and if it is determined that the amplitude of the output signal of the amplifier circuit exceeds the threshold value, it is determined that knocking has occurred. Good.
  • the control board determines that knocking has occurred in the internal combustion engine main body. It may be provided with a correction unit for correcting the ignition timing of fuel or the amount of fuel supplied to the internal combustion engine main body.
  • the power generation system includes an internal combustion engine according to any one of the first to third aspects and a generator that generates power using the energy generated by the internal combustion engine as a power source. , Equipped with.
  • the vibration that is the detection target of the knock sensor can be correctly detected.
  • FIG. 1 is a diagram showing a configuration of a power generation system 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the power generation system 1 includes an internal combustion engine 10 and a generator 20.
  • the power generation system 1 is a system that generates power by rotating a generator 20 using energy obtained by combustion in an internal combustion engine 10 as a power source.
  • the internal combustion engine 10 includes an internal combustion engine main body 101, a control board 102, cables 103a1, 103a2, ..., 103an. Cables 103a1, 103a2, ..., 103an are collectively referred to as cable 103.
  • the internal combustion engine main body 101 includes cylinders 1011a1, 1011a2, ..., 1011an, and knock sensors 1012a1, 1012a2, ..., 1012an. Cylinders 1011a1, 1011a2, ..., 1011an are collectively referred to as cylinder 1011.
  • the knock sensors 1012a1, 1012a2, ..., 1012an are collectively referred to as the knock sensor 1012.
  • the internal combustion engine main body 101 rotates a crankshaft (not shown) by burning gas in each cylinder 1011 and moving a piston (not shown) up and down in each cylinder 1011 to obtain rotational energy. ..
  • the knock sensor 1012 is a sensor that detects knocking in the cylinder 1011. Knocking is the occurrence of abnormal vibration in the cylinder 1011. As a cause of knocking, for example, when the compression of the gas in the cylinder 1011 by the gas fuel becomes stronger than usual, the intake air becomes high temperature and spontaneously ignites, and this spontaneous combustion causes the gas to burn earlier than the original ignition timing of the engine. It is conceivable to start.
  • the knock sensor 1012 is provided in each cylinder 1011 and detects vibration in the cylinder 1011.
  • the knock sensor 1012a1 is provided in the cylinder 1011a1 and detects the vibration in the cylinder 1011a.
  • the knock sensor 1012a2 is provided in the cylinder 1011a2 and detects the vibration in the cylinder 1011a2.
  • the knock sensor 1012an is provided in the cylinder 1011an and detects the vibration in the cylinder 1011an.
  • the knock sensor 1012 has a first output terminal and a second output, and an electric signal having an electric charge amount corresponding to the magnitude of the detected vibration is output from each of the first output terminal and the second output terminal. The amount of electric charge output from the first output terminal and the second output terminal when vibration is not detected is the same amount of electric charge within the range of error.
  • the amount of electric charge output when vibration is not detected is compared with the reference, and when the amount of electric charge output from the first output terminal is large, it is output from the second output terminal.
  • the amount of electric charge is small, and when the amount of electric charge output from the first output terminal is small, the amount of electric charge output from the second output terminal is large. That is, the amount of electric charge output from the first output terminal and the second output terminal is opposite to each other based on the amount of electric charge output when vibration is not detected.
  • the control board 102 is a control board that amplifies the electric signal output by the knock sensor 1012 and controls the operation of the internal combustion engine main body 101 based on the amplified signal.
  • the control board 102 includes amplifier circuits 1021a1, 1021a2, ..., 1021an, and control circuit 1022 (an example of a determination unit and an example of a correction unit).
  • the amplifier circuits 1021a1, 1021a2, ..., 1021an are collectively referred to as the amplifier circuit 1021.
  • each amplifier circuit 1021 includes a first charge amplifier 110, a second charge amplifier 120, a differential amplifier 130, a gain amplifier 140, and a bandpass filter 150.
  • the first charge amplifier 110 includes an operational amplifier 1101, resistors 1102, 1103, and a capacitor 1104.
  • the first terminal of the resistor 1102 is connected to the forward rotation input terminal of the operational amplifier 1101.
  • the first output terminal of the knock sensor 1012, the first terminal of the resistor 1103, and the first terminal of the capacitor 1104 are connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 1101.
  • the second terminal of the resistor 1103 and the second terminal of the capacitor 1104 are connected to the output terminal of the operational amplifier 1101.
  • the second terminal of resistor 1102 is connected to the ground GND.
  • the first charge amplifier 110 is a circuit that outputs a signal proportional to the total amount of input charges (integral value of current).
  • the first charge amplifier 110 receives an electric signal output from the first output terminal of the knock sensor 1012 at the inverting input terminal via the cable 103.
  • the first charge amplifier 110 converts the received electric signal into a signal proportional to the total amount of electric charge by an integrator circuit including a resistor 1103 and a capacitor 1104. At this time, the first charge amplifier 110 can convert the received electric signal into a signal proportional to the total amount of electric charges without depending on the length of the cable 103.
  • the first charge amplifier 110 outputs the converted signal to the differential amplifier 130.
  • the second charge amplifier 120 includes an operational amplifier 1201, resistors 1202, 1203, and a capacitor 1204.
  • the first terminal of the resistor 1202 is connected to the forward rotation input terminal of the operational amplifier 1201.
  • the second output terminal of the knock sensor 1012, the first terminal of the resistor 1203, and the first terminal of the capacitor 1204 are connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 1201.
  • a second terminal of the resistor 1203 and a second terminal of the capacitor 1204 are connected to the output terminal of the operational amplifier 1201.
  • the second terminal of resistor 1202 is connected to the ground GND.
  • the second charge amplifier 120 is a circuit that outputs a signal proportional to the total amount of input charges (integral value of current).
  • the second charge amplifier 120 receives an electric signal output from the second output terminal of the knock sensor 1012 at the inverting input terminal via the cable 103.
  • the second charge amplifier 120 converts the received electric signal into a signal proportional to the total amount of electric charge by an integrator circuit including a resistor 1203 and a capacitor 1204. At this time, the second charge amplifier 120 converts the received electric signal into a signal proportional to the total amount of electric charges, regardless of the length of the cable 103.
  • the second charge amplifier 120 outputs the converted signal to the differential amplifier 130.
  • the circuit constant of the second charge amplifier 120 is substantially equal to the circuit constant of the first charge amplifier 110. Further, the circuit constant of the second charge amplifier 120 and the circuit constant of the first charge amplifier 110 are fixed values.
  • the differential amplifier 130 includes an operational amplifier 1301, resistors 1302, 1303, 1304, and 1305.
  • the first terminal of the resistor 1302 and the first terminal of the resistor 1303 are connected to the forward rotation input terminal of the operational amplifier 1301.
  • the first terminal of the resistor 1304 and the first terminal of the resistor 1305 are connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 1301.
  • the second terminal of the resistor 1305 is connected to the output terminal of the operational amplifier 1301.
  • the second terminal of the resistor 1302 is connected to the output terminal of the first charge amplifier 110.
  • the second terminal of resistor 1303 is connected to the ground GND.
  • the second terminal of the resistor 1304 is connected to the output terminal of the second charge amplifier 120.
  • the differential amplifier 130 uses the output of the first charge amplifier 110 and the output of the second charge amplifier 120 as differential input signals, amplifies the differential input signal, and outputs the amplified signal to the gain amplifier 140.
  • the differential amplifier 130 amplifies the differential input signal.
  • the differential amplifier 130 improves the common-mode rejection ratio (CMRR).
  • CMRR common-mode rejection ratio
  • the resistance value of the resistor 1302 is substantially equal to the resistance value of the resistor 1304. Further, the resistance value of the resistor 1303 is substantially equal to the resistance value of the resistor 1305. Further, the resistance values of the resistors 1302, 1303, 1304 and 1305 are fixed values.
  • the gain amplifier 140 includes an operational amplifier 1401, resistors 1402, 1403, and 1404.
  • the first terminal of the resistor 1402 is connected to the forward rotation input terminal of the operational amplifier 1401.
  • the first terminal of the resistor 1403 and the first terminal of the resistor 1404 are connected to the inverting input terminal of the operational amplifier 1401.
  • a second terminal of the resistor 1403 is connected to the output terminal of the operational amplifier 1401.
  • the second terminal of resistor 1402 is connected to the ground GND.
  • the second terminal of the resistor 1404 is connected to the output terminal of the differential amplifier 130.
  • the gain amplifier 140 amplifies the output signal of the amplifier circuit 1021 so that the amplitude of the output signal of the amplifier circuit 1021 becomes a desired amplitude according to the magnitude of the electric signal output by the knock sensor 1012.
  • the gain amplifier 140 outputs the amplified signal to the bandpass filter 150.
  • the bandpass filter 150 passes only signals having a predetermined frequency component.
  • the predetermined frequency component is a signal component indicating a frequency included in the electric signal output by the knock sensor 1012.
  • the bandpass filter 150 receives the output signal output by the gain amplifier 140, passes only the frequency components that the bandpass filter 150 can pass among the received signals, and outputs the signal passed to the control circuit 1022. ..
  • the control circuit 1022 receives a signal of a predetermined frequency component from each amplifier circuit 1021.
  • the control circuit 1022 compares the amplitude of the signal received from each amplifier circuit 1021 with the threshold value.
  • This threshold value is an amplitude value determined by the amplitude of the electric signal output by the knock sensor 1012 when knocking occurs, that is, when the cylinder 1011 vibrates, and is for determining whether or not knocking has occurred. It is the amplitude value of.
  • the control circuit 1022 determines that knocking has not occurred in the internal combustion engine main body 101.
  • the control circuit 1022 determines that knocking has occurred in the cylinder 1011 corresponding to the signal.
  • the control circuit 1022 controls to correct the ignition timing of the gas, or controls to correct the amount of gas fuel supplied to the internal combustion engine main body 101. Prevent the occurrence of knocking.
  • the generator 20 generates electricity by rotating with the energy generated by the internal combustion engine 10 as a power source.
  • the processing of the power generation system 1 will be described.
  • the processing flow of the power generation system 1 shown in FIG. 3 will be described.
  • the processing of the power generation system 1 will be described by taking the case of detecting the output signal of the knock sensor 1012a1 provided in the cylinder 1011a1 as an example.
  • the knock sensor 1012 provided in each cylinder 1011 is also provided in the cylinder 1011a1. The process is performed in the same manner as the knock sensor 1012a1.
  • the knock sensor 1012a1 detects the vibration of the cylinder 1011a1 and outputs an electric signal of the amount of electric charge corresponding to the vibration to the amplifier circuit 1021a1 (step S1). For example, when knocking does not occur in the cylinder 1011a1, the knock sensor 1012a1 outputs an electric signal having substantially the same amount of electric charge from the first output terminal and the second output terminal. Further, when knocking occurs in the cylinder 1011a1, the knock sensor 1012a1 outputs the amount of electric charge from the first output terminal and the second output terminal, and when knocking does not occur, from the first output terminal and the second output terminal. Outputs electrical signals whose increases and decreases are opposite to each other with reference to.
  • the knock sensor 1012a1 when knocking occurs, the knock sensor 1012a1 outputs an electric signal having a larger electric charge than when knocking does not occur from the first output terminal, and when knocking does not occur from the second output terminal. It outputs an electric signal with a smaller charge than the above.
  • the knock sensor 1012a1 when knocking occurs, the knock sensor 1012a1 outputs an electric signal having a smaller charge than when knocking does not occur from the first output terminal, and outputs an electric signal having a smaller charge than when knocking does not occur from the second output terminal. Outputs a large electric signal.
  • the first charge amplifier 110 receives an electric signal from the knock sensor 1012a1 (step S2).
  • the first charge amplifier 110 stores the electric charge of the received electric signal in the capacitor 1104, and converts the voltage into a voltage having a magnitude corresponding to the amount of electric charge of the electric signal (step S3).
  • the first charge amplifier 110 outputs a voltage having a magnitude corresponding to the amount of electric charge of the electric signal to the differential amplifier 130.
  • the first charge amplifier 110 outputs, for example, a voltage lower than the voltage output when knocking does not occur when an electric signal having a charge larger than that when knocking does not occur is received. Further, for example, when the first charge amplifier 110 receives an electric signal having a charge smaller than the charge when knocking does not occur, the first charge amplifier 110 outputs a voltage higher than the voltage output when knocking does not occur.
  • the second charge amplifier 120 receives an electric signal from the knock sensor 1012a1 (step S4).
  • the second charge amplifier 120 stores the electric charge of the received electric signal in the capacitor 1204 and converts it into a voltage having a magnitude corresponding to the amount of electric charge of the electric signal (step S5).
  • the second charge amplifier 120 outputs a voltage having a magnitude corresponding to the amount of electric charge of the electric signal to the differential amplifier 130.
  • the second charge amplifier 120 outputs, for example, a voltage higher than the voltage output when knocking does not occur when an electric signal having a charge smaller than that when knocking does not occur is received.
  • the second charge amplifier 120 when the second charge amplifier 120 receives an electric signal having a charge larger than the charge when knocking does not occur, the second charge amplifier 120 outputs a voltage lower than the voltage output when knocking does not occur.
  • the electric signals input to the differential input terminals of the amplifier circuit 1021a1 are substantially equal, the output signal output by the first charge amplifier 110 and the output signal output by the second charge amplifier 120 are substantially equal.
  • the first charge amplifier 110 and the second charge amplifier 120 convert the amount of electric charge of the electric signal output by the knock sensor 1012a1 into a voltage. Therefore, regardless of the length of the cable 103a1 connecting the knock sensor 1012a1 and the amplifier circuit 1021a1, the first charge amplifier 110 and the second charge amplifier 120 apply a voltage corresponding to the electric charge of the electric signal output by the knock sensor 1012a1. Can be output.
  • the differential amplifier 130 receives signals of different voltages from the first charge amplifier 110 and the second charge amplifier 120.
  • the differential amplifier 130 amplifies the difference voltage between the voltage received from the first charge amplifier 110 and the voltage received from the second charge amplifier 120 (step S6). Further, at this time, the differential amplifier 130 cancels out the common mode voltage (voltage of the in-phase component) included in the voltage received from the first charge amplifier 110 and the voltage received from the second charge amplifier 120 (step S7). ).
  • the differential amplifier 130 outputs the amplified voltage to the gain amplifier 140.
  • the gain amplifier 140 receives a voltage signal from the differential amplifier 130.
  • the gain amplifier 140 amplifies the received voltage signal (step S8).
  • the gain amplifier 140 outputs the amplified voltage signal to the bandpass filter 150.
  • the bandpass filter 150 receives a voltage signal from the gain amplifier 140.
  • the bandpass filter 150 passes the voltage signal of only the predetermined frequency component to be passed among the received voltage signals (step S9), and outputs the voltage signal of only the frequency component to the control circuit 1022 (step S10).
  • the output of the differential amplifier 130 is a signal substantially equal to the output signal determined by the bias when knocking does not occur
  • the output signal of the amplifier circuit 1021a1 output via the gain amplifier 140 and the bandpass filter 150 is The signal is substantially equal to the output signal of the amplifier circuit 1021a1 determined by the bias when knocking does not occur. That is, when knocking does not occur in the cylinder 1011a1, the output signal of the amplifier circuit 1021a1 becomes a signal substantially equal to the output signal of the amplifier circuit 1021a1 determined by the bias when knocking does not occur.
  • the control circuit 1022 receives a voltage signal of a predetermined frequency component from the amplifier circuit 1021a1 (step S11).
  • the control circuit 1022 compares the amplitude of the received voltage signal with the threshold value (step S12).
  • This threshold value is an amplitude value determined by the amplitude of the electric signal output by the knock sensor 1012 when knocking occurs, that is, when the cylinder 1011 vibrates, and is for determining whether or not knocking has occurred. It is the amplitude value of.
  • the control circuit 1022 determines whether or not the amplitude of the signal received from the amplifier circuit 1021 is equal to or less than the threshold value (step S13).
  • control circuit 1022 determines that the amplitude of the signal received from the amplifier circuit 1021 is equal to or less than the threshold value (NO in step S13), the control circuit 1022 determines that knocking has not occurred in the internal combustion engine main body 101, and processes in step S11. Return to. Further, when the control circuit 1022 determines that the amplitude of the signal received from the amplifier circuit 1021 exceeds the threshold value (YES in step S13), the control circuit 1022 determines that knocking has occurred in the cylinder 1011 corresponding to the signal. When the control circuit 1022 determines that knocking has occurred in the cylinder 1011, the control circuit 1022 prevents the occurrence of knocking by controlling the ignition timing of the gas or controlling the amount of gas fuel supplied to the internal combustion engine main body 101. Control is performed (step S14). Then, the control circuit 1022 returns to the process of step S11.
  • the internal combustion engine 10 includes an internal combustion engine main body 101 including a plurality of cylinders 1011 (cylinders), a control board 102 for controlling the operation of the internal combustion engine main body 101, and a plurality of cylinders 1011.
  • Each of the knock sensor 1012 and the knock sensor 1012 are provided with a plurality of cables 103 having different lengths for connecting the knock sensor 1012 and the control board 102.
  • the control board 102 is connected to the first charge amplifier 110 connected to the first output terminal of the knock sensor 1012 via the cable 103, and to the second output terminal of the knock sensor 1012 via the cable 103 for each of the plurality of cables 103.
  • the second charge amplifier 120, the output of the first charge amplifier 110, and the differential amplifier 130 having the output of the second charge amplifier 120 as inputs are provided.
  • the output signal of the knock sensor is easily affected by the measurement environment such as noise and wiring. Therefore, in the case of a power generation system for which the output of the knock sensor 1012 is affected by the capacitance of the cable 100, which is the comparison target of the power generation system 1 according to the embodiment of the present invention, each cylinder 1011 is shown in FIG. It is necessary to make the lengths of the cables 100, which are the wirings from the knock sensor 1012 provided in the above to the amplifier circuit for amplifying the output signal of the knock sensor 1012, substantially equal.
  • the electric charge amount of the electric signal output by the knock sensor 1012a1 is voltage after the electric charge is transferred through the cable 103. Convert to. Therefore, regardless of the length of the cable 103a1 connecting the knock sensor 1012a1 and the amplifier circuit 1021a1, the first charge amplifier 110 and the second charge amplifier 120 have a voltage corresponding to the amount of electric charge of the electric signal output by the knock sensor 1012a1. Can be output. Further, the differential amplifier 130 cancels the common mode voltage (voltage of the in-phase component) included in the voltage received from the first charge amplifier 110 and the voltage received from the second charge amplifier 120.
  • the internal combustion engine 10 detects knocking in the internal combustion engine 10
  • the noise of the cable 103 (wiring) and the in-phase component which are greatly affected by the measurement environment
  • the knock sensors 1012 detect substantially the same vibration
  • the internal combustion engine 10 can detect the vibrations as substantially the same output signals (that is, the detection variation among the knock sensors 1012 can be reduced).
  • the power generation system to be compared it was necessary to unify the length of the cable 100 to 6 meters, which is the longest cable, whereas in the power generation system 1 according to the embodiment of the present invention shown in FIG. 1, the length is long.
  • the vibration that is the detection target of the knock sensor 1012 both when the lengths of the cables 103 vary or when the lengths of the cables 103 are substantially the same. That is, the output signal of the knock sensor 1012 can be detected correctly.
  • the length of the cable 103 is limited to the required length in the power generation system 1, it is not necessary to unify the length to the longest cable 103, so that the short cable 103 (that is, it can be cheaper because the material is less).
  • a sexual cable can be used.
  • the space for placing the routed cable 100 which was necessary for the power generation system to be compared with the longest cable 100, is no longer necessary for the power generation system 1, and the system should be made smaller for the power generation system 1. Can be done. Further, in the power generation system 1, since the system can be designed without worrying about the length of the cable 103, the degree of freedom in design is increased, and the sales opportunity of the power generation system 1 can be increased from the advantages such as short delivery time.
  • the internal combustion engine 10 includes a bandpass filter 150.
  • the internal combustion engine 10 causes noise for the output signal of the knock sensor 1012, that is, the output signal of the knock sensor 1012. It is possible to remove signals in frequency bands other than. Therefore, the internal combustion engine 10 according to the embodiment of the present invention can more accurately detect the vibration that is the detection target of the knock sensor 1012, that is, the output signal of the knock sensor 1012, as compared with the case where the bandpass filter 150 is not provided. it can.
  • the storage unit, other storage devices, etc. in each embodiment of the present invention may be provided anywhere within the range in which appropriate information is transmitted and received. Further, there may be a plurality of storage units, other storage devices, and the like within a range in which appropriate information is transmitted and received, and the data may be distributed and stored.
  • step S4 can be performed earlier than step S2.
  • step S4 can be performed earlier than step S2.
  • FIG. 5 is a schematic block diagram showing a configuration of a computer according to at least one embodiment.
  • the computer 50 includes a CPU 60, a main memory 70, a storage 80, and an interface 90.
  • each of the above-mentioned control circuit 1022 and other control devices is mounted on the computer 50.
  • each processing unit described above is stored in the storage 80 in the form of a program.
  • the CPU 60 reads a program from the storage 80, expands it into the main memory 70, and executes the above processing according to the program. Further, the CPU 60 secures a storage area corresponding to each of the above-mentioned storage units in the main memory 70 according to the program.
  • Examples of the storage 80 include HDD (Hard Disk Drive), SSD (Solid State Drive), magnetic disk, optical magnetic disk, CD-ROM (Compact Disc Read Only Memory), DVD-ROM (Digital Versaille Digital Read). , Semiconductor memory and the like.
  • the storage 80 may be internal media directly connected to the bus of computer 50, or external media connected to computer 50 via an interface 90 or a communication line. When this program is distributed to the computer 50 via a communication line, the distributed computer 50 may expand the program in the main memory 70 and execute the above processing.
  • the storage 80 is a non-temporary tangible storage medium.
  • the above program may realize a part of the above-mentioned functions.
  • the program may be a file that can realize the above-mentioned functions in combination with a program already recorded in the computer system, a so-called difference file (difference program).
  • the vibration that is the detection target of the knock sensor can be correctly detected.
  • Power generation system 10 Internal combustion engine 20 ... Generator 50 ... Computer 60 ... CPU 70 ... Main memory 80 ... Storage 90 ... Interfaces 100, 103, 103a1, 103a2, 103an ... Cable 101 ... Internal engine main body 102 ... Control board 110 ... First charge amplifier 120 ... Second charge amplifier 130 ... Differential amplifier 140 ... Gain amplifier 150 ... Bandpass filters 1101, 1201, 1301, 1401 ... Operational amplifier 1102, 1103, 1202, 1203, 1302, 1303 , 1304, 1305, 1402, 1403, 1404 ... Resistance 1104, 1204 ... Capacitors 1011, 1011a1, 1011a2, 1011an ... Cylinders 1012, 1012a1, 1012a2, 1012an ... Knock sensors 1021, 1021a1, 1021a2, 1021an ... Amplifier circuit 1022 ... Control circuit

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Abstract

内燃機関は、複数の気筒を具備する内燃機関本体と、前記複数の気筒のそれぞれに設けられたノックセンサと、増幅回路を有する制御基板と、前記ノックセンサの各々と前記制御基板とを接続する長さの異なる複数のケーブルと、を備え、前記増幅回路は、複数の前記ケーブルごとに、前記ケーブルを介して前記ノックセンサの第1出力端子に接続される第1のチャージアンプ、前記ケーブルを介して前記ノックセンサの第2出力端子に接続される第2のチャージアンプ、前記第1のチャージアンプの出力及び前記第2のチャージアンプの出力を入力とする差動アンプ、を備える。

Description

内燃機関及び発電システム
 本発明は、内燃機関及び発電システムに関する。
 さまざまなシステムにおいてセンサが使用されている。センサが対象とする物理量を正しく検出するには、配線やノイズなどの測定環境からの影響を低減する必要がある。
 特許文献1には、関連する技術として、2つのチャージアンプ回路の出力の差分と取り、1つの圧電素子に印加されたコモンモードノイズを相殺する渦流量計に係る技術が記載されている。
特許第3478375号公報
 ところで、発電を行う発電システムにおいて発電機の動力源として使用される内燃機関は複数のシリンダーを備える(すなわち多気筒である)ことが多い。内燃機関では着火タイミングを制御し燃焼を制御している。しかしながら、例えば、シリンダー内の気体の圧縮が通常よりも強くなると吸気が高温になり自然発火が生じ、着火タイミングとは異なるタイミングで燃焼することで、ノッキングと呼ばれる現象が起こることがある。ノッキングが起こった場合、シリンダーが振動する。そのため、内燃機関では、ノッキングを検出するために、シリンダーの振動を検出するノックセンサと呼ばれるセンサがシリンダーごとに設けられることがある。
 ノックセンサの出力信号は、差動出力であるためコモンモードノイズの影響を受けやすい。また、ノックセンサの出力信号を単純に電圧に変換した後、その電圧を伝送する配線長が長い場合、配線長による電圧変化の影響を受けやすい。また、その電圧を伝送する配線長がノックセンサごとにばらつきがある場合、その配線長のばらつきの影響により、シリンダーがほぼ等しく振動する場合であっても、各ノックセンサが異なる振動として検出することになる。
 そこで、内燃機関におけるノッキングを検出する場合、検出対象の物理量である振動、すなわちノックセンサの出力信号を正しく検出することのできる技術が求められている。
 本発明は、上記の課題を解決することのできる内燃機関及び発電システムを提供することを目的としている。
 本発明の第1の態様によれば、内燃機関は、複数の気筒を具備する内燃機関本体と、前記複数の気筒のそれぞれに設けられたノックセンサと、増幅回路を有する制御基板と、前記ノックセンサの各々と前記制御基板とを接続する長さの異なる複数のケーブルと、を備え、前記増幅回路は、複数の前記ケーブルごとに、前記ケーブルを介して前記ノックセンサの第1出力端子に接続される第1のチャージアンプ、前記ケーブルを介して前記ノックセンサの第2出力端子に接続される第2のチャージアンプ、前記第1のチャージアンプの出力及び前記第2のチャージアンプの出力を入力とする差動アンプ、を備える。
 本発明の第2の態様によれば、第1の態様における内燃機関において、前記増幅回路は、さらに、前記差動アンプの出力の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタ、を備えるものであってもよい。
 本発明の第3の態様によれば、第1の態様または第2の態様における内燃機関において、前記制御基板は、前記増幅回路の出力信号に基づいて、ノッキングが発生したか否かを判定する判定部、を備えるものであってもよい。
 本発明の第4の態様によれば、第3の態様における内燃機関において、前記判定部は、前記増幅回路の出力信号の振幅がノッキングが発生したと判定する振幅のしきい値以下であると判定した場合に、ノッキングが発生していないと判定し、前記増幅回路の出力信号の振幅が前記しきい値を超えたと判定した場合に、ノッキングが発生していると判定するものであってもよい。
 本発明の第5の態様によれば、第1の態様から第4の態様の何れか1つの内燃機関において、前記制御基板は、ノッキングが発生していると判定した場合、前記内燃機関本体における燃料の着火タイミング、または、内燃機関本体に供給される燃料量を補正する補正部、を備えるものであってもよい。
 本発明の第6の態様によれば、発電システムは、第1の態様から第3の態様の何れか1つの内燃機関と、前記内燃機関によって生成されたエネルギーを動力源として発電する発電機と、を備える。
 本発明の実施形態による内燃機関及び発電システムによれば、ノックセンサの検出対象である振動を正しく検出することができる。
本発明の一実施形態による発電システムの構成を示す図である。 本発明の一実施形態による増幅回路の構成を示す図である。 本発明の一実施形態による発電システムの処理フローを示す図である。 本発明の一実施形態による発電システムの比較対象となる発電システムの構成を示す図である。 少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
<実施形態>
 以下、図面を参照しながら実施形態について詳しく説明する。
 本発明の一実施形態による発電システムについて説明する。
 図1は、本発明の一実施形態による発電システム1の構成を示す図である。発電システム1は、図1に示すように、内燃機関10、発電機20を備える。発電システム1は、内燃機関10における燃焼によって得られるエネルギーを動力源として発電機20を回転させることにより発電するシステムである。
 内燃機関10は、内燃機関本体101、制御基板102、ケーブル103a1、103a2、・・・、103anを備える。ケーブル103a1、103a2、・・・、103anを総称してケーブル103と呼ぶ。
 内燃機関本体101は、シリンダー(気筒)1011a1、1011a2、・・・、1011an、ノックセンサ1012a1、1012a2、・・・、1012anを備える。シリンダー1011a1、1011a2、・・・、1011anを総称してシリンダー1011と呼ぶ。ノックセンサ1012a1、1012a2、・・・、1012anを総称してノックセンサ1012と呼ぶ。
 内燃機関本体101は、例えば、各シリンダー1011内でガスを燃焼させて各シリンダー1011内でピストン(図示せず)を上下に動かすことでクランクシャフト(図示せず)を回転させ、回転エネルギーを得る。
 ノックセンサ1012は、シリンダー1011におけるノッキングを検出するセンサである。ノッキングとは、シリンダー1011において異常な振動が起こることである。ノッキングが起こる原因としては、例えば、ガスの燃料によるシリンダー1011内の気体の圧縮が通常よりも強くなると吸気が高温になり自然発火し、この自然発火によりエンジン本来の着火タイミングよりも早くガスが燃焼を開始することなどが考えられる。
 ノックセンサ1012は、各シリンダー1011に設けられ、そのシリンダー1011における振動を検出する。具体的には、ノックセンサ1012a1は、シリンダー1011a1に設けられ、シリンダー1011aにおける振動を検出する。また、ノックセンサ1012a2は、シリンダー1011a2に設けられ、シリンダー1011a2における振動を検出する。また、ノックセンサ1012anは、シリンダー1011anに設けられ、シリンダー1011anにおける振動を検出する。ノックセンサ1012は、第1出力端子、第2出力を有し、検出した振動の大きさに応じた電荷量を有する電気信号が第1出力端子と第2出力端子のそれぞれから出力される。なお、振動が検出されない場合に第1出力端子と第2出力端子とから出力される電荷量は、誤差の範囲内で等しい電荷量である。また、振動が検出される場合には、振動が検出されない場合に出力される電荷量を基準に比べて、第1出力端子から出力される電荷量が多い場合には第2出力端子から出力される電荷量は少なく、第1出力端子から出力される電荷量が少ない場合には第2出力端子から出力される電荷量は多い。すなわち、第1出力端子と第2出力端子とから出力される電荷量は、振動が検出されない場合に出力される電荷量を基準に、互いに増減が逆となる。
 制御基板102は、ノックセンサ1012の出力する電気信号を増幅し、増幅した信号に基づいて内燃機関本体101の動作を制御する制御基板である。制御基板102は、増幅回路1021a1、1021a2、・・・、1021an、制御回路1022(判定部の一例、補正部の一例)を備える。増幅回路1021a1、1021a2、・・・、1021anを総称して増幅回路1021と呼ぶ。
 各増幅回路1021は、図2に示すように、第1チャージアンプ110、第2チャージアンプ120、差動アンプ130、ゲインアンプ140、バンドパスフィルタ150を備える。
 第1チャージアンプ110は、図2に示すように、オペアンプ1101、抵抗1102、1103、キャパシタ1104を備える。オペアンプ1101の正転入力端子には、抵抗1102の第1端子が接続される。オペアンプ1101の反転入力端子には、ノックセンサ1012の第1出力端子、抵抗1103の第1端子、キャパシタ1104の第1端子が接続される。オペアンプ1101の出力端子には、抵抗1103の第2端子、キャパシタ1104の第2端子が接続される。抵抗1102の第2端子は、グラウンドGNDに接続される。
 第1チャージアンプ110は、入力した電荷の総量(電流の積分値)に比例する信号を出力する回路である。第1チャージアンプ110は、ノックセンサ1012の第1出力端子から出力される電気信号をケーブル103を介して反転入力端子で受ける。第1チャージアンプ110は、受けた電気信号を、抵抗1103とキャパシタ1104とからなる積分回路により電荷の総量に比例する信号に変換する。このとき、第1チャージアンプ110は、ケーブル103の長さに依存することなく、受けた電気信号を電荷の総量に比例する信号に変換することができる。第1チャージアンプ110は、変換後の信号を差動アンプ130に出力する。
 第2チャージアンプ120は、図2に示すように、オペアンプ1201、抵抗1202、1203、キャパシタ1204を備える。オペアンプ1201の正転入力端子には、抵抗1202の第1端子が接続される。オペアンプ1201の反転入力端子には、ノックセンサ1012の第2出力端子、抵抗1203の第1端子、キャパシタ1204の第1端子が接続される。オペアンプ1201の出力端子には、抵抗1203の第2端子、キャパシタ1204の第2端子が接続される。抵抗1202の第2端子は、グラウンドGNDに接続される。
 第2チャージアンプ120は、第1チャージアンプ110と同様に、入力した電荷の総量(電流の積分値)に比例する信号を出力する回路である。第2チャージアンプ120は、ノックセンサ1012の第2出力端子から出力される電気信号をケーブル103を介して反転入力端子で受ける。第2チャージアンプ120は、受けた電気信号を、抵抗1203とキャパシタ1204とからなる積分回路により電荷の総量に比例する信号に変換する。このとき、第2チャージアンプ120は、ケーブル103の長さに依存することなく、受けた電気信号を電荷の総量に比例する信号に変換する。第2チャージアンプ120は、変換後の信号を差動アンプ130に出力する。
 なお、第2チャージアンプ120の回路定数は、第1チャージアンプ110の回路定数とほぼ等しくする。また、第2チャージアンプ120の回路定数と第1チャージアンプ110の回路定数は、固定値である。
 差動アンプ130は、図2に示すように、オペアンプ1301、抵抗1302、1303、1304、1305を備える。オペアンプ1301の正転入力端子には、抵抗1302の第1端子、抵抗1303の第1端子が接続される。オペアンプ1301の反転入力端子には、抵抗1304の第1端子、抵抗1305の第1端子が接続される。オペアンプ1301の出力端子には、抵抗1305の第2端子が接続される。抵抗1302の第2端子は、第1チャージアンプ110の出力端子に接続される。抵抗1303の第2端子は、グラウンドGNDに接続される。抵抗1304の第2端子は、第2チャージアンプ120の出力端子に接続される。
 差動アンプ130は、第1チャージアンプ110の出力と第2チャージアンプ120の出力とを差動入力信号として、その差動入力信号を増幅し、増幅後の信号をゲインアンプ140に出力する。差動アンプ130は、差動入力信号を増幅する。この差動アンプ130によって、同相信号除去比(Common-Mode Rejection Ratio、CMRR)が向上する。
 なお、抵抗1302の抵抗値は、抵抗1304の抵抗値とほぼ等しくする。また、抵抗1303の抵抗値は、抵抗1305の抵抗値とほぼ等しくする。また、抵抗1302、1303、1304、1305それぞれの抵抗値は、固定値である。
 ゲインアンプ140は、図2に示すように、オペアンプ1401、抵抗1402、1403、1404を備える。オペアンプ1401の正転入力端子には、抵抗1402の第1端子が接続される。オペアンプ1401の反転入力端子には、抵抗1403の第1端子、抵抗1404の第1端子が接続される。オペアンプ1401の出力端子には、抵抗1403の第2端子が接続される。抵抗1402の第2端子は、グラウンドGNDに接続される。抵抗1404の第2端子は、差動アンプ130の出力端子に接続される。
 ゲインアンプ140は、増幅回路1021の出力信号の振幅がノックセンサ1012の出力する電気信号の大きさに応じた所望の振幅となるように、増幅回路1021の出力信号を増幅する。ゲインアンプ140は、増幅後の信号をバンドパスフィルタ150に出力する。
 バンドパスフィルタ150は、所定の周波数成分の信号のみを通過させる。所定の周波数成分とは、ノックセンサ1012が出力する電気信号に含まれる周波数を示す信号成分のことである。バンドパスフィルタ150は、ゲインアンプ140の出力する出力信号を受け、受けた信号のうちバンドパスフィルタ150が通過させることのできる周波数成分のみを通過させ、制御回路1022へ通過させた信号を出力する。
 制御回路1022は、各増幅回路1021から所定の周波数成分の信号を受ける。制御回路1022は、各増幅回路1021から受けた信号の振幅としきい値とを比較する。このしきい値は、ノッキングが起こったとき、すなわち、シリンダー1011が振動したときにノックセンサ1012が出力する電気信号の振幅によって決定される振幅値であり、ノッキングが起こったか否かを判定するための振幅値である。制御回路1022は、増幅回路1021から受けた信号の振幅がしきい値以下である場合、内燃機関本体101でノッキングが起こっていないと判定する。また、制御回路1022は、増幅回路1021から受けた信号の振幅がしきい値を超えた場合、その信号に対応するシリンダー1011でノッキングが起こったと判定する。制御回路1022は、シリンダー1011でノッキングが起こったと判定した場合、ガスの着火タイミングを補正する制御を行い、または、内燃機関本体101に供給されるガス燃料量などを補正する制御を行うことによって、ノッキングの発生を防止する。
 発電機20は、内燃機関10によって生成されたエネルギーを動力源として回転することにより発電する。
 次に、本発明の一実施形態による発電システム1の処理について説明する。
 ここでは、図3に示す発電システム1の処理フローについて説明する。
 なお、以下では、シリンダー1011a1に設けられたノックセンサ1012a1の出力信号を検出する場合を例に発電システム1の処理を説明するが、各シリンダー1011に設けられたノックセンサ1012についてもシリンダー1011a1に設けられたノックセンサ1012a1と同様に処理が行われる。
 ノックセンサ1012a1は、シリンダー1011a1の振動を検出し、その振動に応じた電荷量の電気信号を増幅回路1021a1に出力する(ステップS1)。例えば、シリンダー1011a1においてノッキングが起こっていない場合、ノックセンサ1012a1は、第1出力端子と第2出力端子とからほぼ等しい電荷量の電気信号を出力する。また、シリンダー1011a1においてノッキングが起こった場合、ノックセンサ1012a1は、第1出力端子と第2出力端子とから、ノッキングが起こっていない場合に第1出力端子と第2出力端子とから出力する電荷量を基準として互いに増減が逆となる電気信号を出力する。具体的には、ノックセンサ1012a1は、ノッキングが起こった場合、第1出力端子からノッキングが起こっていない場合に比べて多い電荷の電気信号を出力し、第2出力端子からノッキングが起こっていない場合に比べて少ない電荷の電気信号を出力する。または、ノックセンサ1012a1は、ノッキングが起こった場合、第1出力端子からノッキングが起こっていない場合に比べて少ない電荷の電気信号を出力し、第2出力端子からノッキングが起こっていない場合に比べて多き電荷の電気信号を出力する。
 第1チャージアンプ110は、ノックセンサ1012a1から電気信号を受ける(ステップS2)。第1チャージアンプ110は、受けた電気信号の電荷をキャパシタ1104に蓄えることによって、電気信号の電荷量に応じた大きさの電圧に変換する(ステップS3)。第1チャージアンプ110は、電気信号の電荷量に応じた大きさの電圧を差動アンプ130に出力する。なお、第1チャージアンプ110は、例えば、ノッキングが起こっていない時の電荷に比べて多い電荷の電気信号を受けた場合、ノッキングが起こっていない時に出力する電圧に比べて低い電圧を出力する。また、第1チャージアンプ110は、例えば、ノッキングが起こっていない時の電荷に比べて少ない電荷の電気信号を受けた場合、ノッキングが起こっていない時に出力する電圧に比べて高い電圧を出力する。
 また、第2チャージアンプ120は、ノックセンサ1012a1から電気信号を受ける(ステップS4)。第2チャージアンプ120は、受けた電気信号の電荷をキャパシタ1204に蓄えることによって、電気信号の電荷量に応じた大きさの電圧に変換する(ステップS5)。第2チャージアンプ120は、電気信号の電荷量に応じた大きさの電圧を差動アンプ130に出力する。なお、第2チャージアンプ120は、例えば、ノッキングが起こっていない時の電荷に比べて少ない電荷の電気信号を受けた場合、ノッキングが起こっていない時に出力する電圧に比べて高い電圧を出力する。また、第2チャージアンプ120は、例えば、ノッキングが起こっていない時の電荷に比べて多い電荷の電気信号を受けた場合、ノッキングが起こっていない時に出力する電圧に比べて低い電圧を出力する。
 なお、増幅回路1021a1の差動入力端子に入力される電気信号がほぼ等しい場合、第1チャージアンプ110の出力する出力信号と第2チャージアンプ120の出力する出力信号は、ほぼ等しい。
 なお、上述のように、第1チャージアンプ110及び第2チャージアンプ120は、ノックセンサ1012a1の出力する電気信号の電荷量を電圧に変換する。そのため、ノックセンサ1012a1と増幅回路1021a1とを接続するケーブル103a1の長さに関わらず、第1チャージアンプ110及び第2チャージアンプ120は、ノックセンサ1012a1の出力する電気信号の電荷に応じた電圧を出力することができる。
 差動アンプ130は、第1チャージアンプ110と第2チャージアンプ120とから異なる電圧の信号を受ける。差動アンプ130は、第1チャージアンプ110から受けた電圧と第2チャージアンプ120から受けた電圧との差電圧を増幅する(ステップS6)。また、このとき、差動アンプ130は、第1チャージアンプ110から受けた電圧と第2チャージアンプ120から受けた電圧とに含まれるコモンモード電圧(同相成分の電圧)を打ち消している(ステップS7)。差動アンプ130は、増幅後の電圧をゲインアンプ140に出力する。なお、第1チャージアンプ110と第2チャージアンプ120の出力信号がほぼ等しい、すなわち、差動アンプ130の差動入力端子に入力される信号がほぼ等しい場合、差動アンプ130は、ノッキングが起こっていないときのバイアスによって定まる出力信号とほぼ等しい信号を出力する。また、第1チャージアンプ110から受けた電圧が第2チャージアンプ120から受けた電圧よりも高い電圧である場合、差動アンプ130は、ノッキングが起こっていない時に出力する電圧よりも高い電圧の信号を出力する。また、第1チャージアンプ110から受けた電圧が第2チャージアンプ120から受けた電圧よりも低い電圧である場合、差動アンプ130は、ノッキングが起こっていない時に出力する電圧よりも低い電圧の電圧信号を出力する。
 ゲインアンプ140は、差動アンプ130から電圧信号を受ける。ゲインアンプ140は、受けた電圧信号を増幅する(ステップS8)。ゲインアンプ140は、増幅後の電圧信号をバンドパスフィルタ150に出力する。
 バンドパスフィルタ150は、ゲインアンプ140から電圧信号を受ける。バンドパスフィルタ150は、受けた電圧信号のうち通過させる所定の周波数成分のみの電圧信号を通過させ(ステップS9)、その周波数成分のみの電圧信号を制御回路1022へ出力する(ステップS10)。
 なお、差動アンプ130の出力がノッキングが起こっていないときのバイアスによって定まる出力信号とほぼ等しい信号である場合、ゲインアンプ140及びバンドパスフィルタ150を介して出力する増幅回路1021a1の出力信号は、ノッキングが起こっていないときのバイアスによって定まる増幅回路1021a1の出力信号とほぼ等しい信号となる。すなわち、シリンダー1011a1においてノッキングが起こっていない場合、増幅回路1021a1の出力信号は、ノッキングが起こっていないときのバイアスによって定まる増幅回路1021a1の出力信号とほぼ等しい信号になる。
 制御回路1022は、増幅回路1021a1から所定の周波数成分の電圧信号を受ける(ステップS11)。制御回路1022は、受けた電圧信号の振幅としきい値とを比較する(ステップS12)。このしきい値は、ノッキングが起こったとき、すなわち、シリンダー1011が振動したときにノックセンサ1012が出力する電気信号の振幅によって決定される振幅値であり、ノッキングが起こったか否かを判定するための振幅値である。制御回路1022は、増幅回路1021から受けた信号の振幅がしきい値以下であるか否かを判定する(ステップS13)。
 制御回路1022は、増幅回路1021から受けた信号の振幅がしきい値以下であると判定した場合(ステップS13においてNO)、内燃機関本体101でノッキングが起こっていないと判定し、ステップS11の処理に戻る。
 また、制御回路1022は、増幅回路1021から受けた信号の振幅がしきい値を超えたと判定した場合(ステップS13においてYES)、その信号に対応するシリンダー1011でノッキングが起こったと判定する。制御回路1022は、シリンダー1011でノッキングが起こったと判定した場合、ガスの着火タイミングを制御し、または、内燃機関本体101に供給されるガス燃料量などを制御することによって、ノッキングの発生を防止する制御を行う(ステップS14)。そして、制御回路1022は、ステップS11の処理に戻る。
 以上、本発明の一実施形態による発電システム1について説明した。
 本発明の一実施形態による発電システム1において、内燃機関10は、複数のシリンダー1011(気筒)を具備する内燃機関本体101、内燃機関本体101の動作を制御する制御基板102、複数のシリンダー1011のそれぞれに設けられたノックセンサ1012、ノックセンサ1012の各々と制御基板102とを接続する長さの異なる複数のケーブル103、を備える。制御基板102は、複数のケーブル103ごとに、ケーブル103を介してノックセンサ1012の第1出力端子に接続される第1チャージアンプ110、ケーブル103を介してノックセンサ1012の第2出力端子に接続される第2チャージアンプ120、第1チャージアンプ110の出力及び第2チャージアンプ120の出力を入力とする差動アンプ130、を備える。
 ところで、ノックセンサの出力信号は、ノイズや配線などの測定環境からの影響を受けやすい。そのため、本発明の一実施形態による発電システム1の比較対象となる、例えば、ノックセンサ1012の出力がケーブル100の静電容量の影響を受ける発電システムの場合、図4に示すように各シリンダー1011に設けられたノックセンサ1012からそのノックセンサ1012の出力信号を増幅する増幅回路までの配線であるケーブル100の長さをほぼ等しくする必要がある。
 一方、本発明の一実施形態による発電システム1における第1チャージアンプ110及び第2チャージアンプ120は、ケーブル103を介して電荷が移動した後に、ノックセンサ1012a1の出力する電気信号の電荷量を電圧に変換する。そのため、ノックセンサ1012a1と増幅回路1021a1とを接続するケーブル103a1の長さに関わらず、第1チャージアンプ110及び第2チャージアンプ120は、ノックセンサ1012a1の出力する電気信号の電荷量に応じた電圧を出力することができる。また、差動アンプ130は、第1チャージアンプ110から受けた電圧と第2チャージアンプ120から受けた電圧とに含まれるコモンモード電圧(同相成分の電圧)を打ち消す。したがって、内燃機関10は、内燃機関10におけるノッキングを検出する場合、測定環境からの影響の大きいケーブル103(配線)や同相成分のノイズを低減することができる。また、内燃機関10は、各ノックセンサ1012がほぼ等しい振動を検出した場合に、ほぼ等しい出力信号として検出することができる(すなわち、各ノックセンサ1012間の検出ばらつきを小さくすることができる)。なお、比較対象の発電システムではケーブル100の長さを最長のケーブルである6メートルに統一する必要があったのに対して、図1に示す本発明の一実施形態による発電システム1では、長さに3~6メートルのばらつきのあるケーブル103a1~103anを使用してもノックセンサ1012の出力を検出することができることを実験により確認済みである。
 よって、本発明の一実施形態による内燃機関10は、ケーブル103の長さにばらつきがある場合、または、ケーブル103の長さがほぼ等しい場合の両方において、ノックセンサ1012の検出対象である振動、すなわちノックセンサ1012の出力信号を正しく検出することができる。
 なお、発電システム1においてケーブル103の長さを必要な長さに制限した場合、最長のケーブル103に長さを統一する必要がないため、短いケーブル103(すなわち、材料が少ない分安価になる可能性のあるケーブル)を使用することができる。また、最長のケーブル100に長さを統一した比較対象の発電システムでは必要であった、引き回したケーブル100の部分を置く空間が発電システム1では不要になり、発電システム1ではシステムを小さくすることができる。また、発電システム1ではケーブル103の長さを気にせずにシステムを設計できるため、設計の自由度が高くなり、短納期などの利点から発電システム1の販売の機会を増やすことができる。
 また、本発明の一実施形態による内燃機関10は、バンドパスフィルタ150を備える。このバンドパスフィルタ150の通過させる信号の周波数帯域をノックセンサ1012の出力信号の周波数帯域に設定することによって、内燃機関10は、ノックセンサ1012の出力信号にとってノイズとなる、ノックセンサ1012の出力信号以外の周波数帯域の信号を除去することができる。
 よって、本発明の一実施形態による内燃機関10は、バンドパスフィルタ150を備えない場合に比べて、ノックセンサ1012の検出対象である振動、すなわちノックセンサ1012の出力信号をより正しく検出することができる。
 なお、本発明の各実施形態における記憶部、その他の記憶装置等は、適切な情報の送受信が行われる範囲においてどこに備えられていてもよい。また、記憶部、その他の記憶装置等は、適切な情報の送受信が行われる範囲において複数存在しデータを分散して記憶していてもよい。
 なお、本発明の実施形態における処理は、適切な処理が行われる範囲において、処理の順番が入れ替わってもよい。例えば、図3に示した処理フローにおいて、ステップS2及びS3と、ステップS4及びS5は、説明の都合上このような順番として説明したが、ステップS2よりもステップS4の処理が早期に行われる可能性がある。
 本発明の実施形態について説明したが、上述の制御回路1022、その他の制御装置は内部に、コンピュータシステムを有していてもよい。そして、上述した処理の過程は、プログラムの形式でコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記憶されており、このプログラムをコンピュータが読み出して実行することによって、上記処理が行われる。コンピュータの具体例を以下に示す。
 図5は、少なくとも1つの実施形態に係るコンピュータの構成を示す概略ブロック図である。
 コンピュータ50は、図5に示すように、CPU60、メインメモリ70、ストレージ80、インターフェース90を備える。
 例えば、上述の制御回路1022、その他の制御装置のそれぞれは、コンピュータ50に実装される。そして、上述した各処理部の動作は、プログラムの形式でストレージ80に記憶されている。CPU60は、プログラムをストレージ80から読み出してメインメモリ70に展開し、当該プログラムに従って上記処理を実行する。また、CPU60は、プログラムに従って、上述した各記憶部に対応する記憶領域をメインメモリ70に確保する。
 ストレージ80の例としては、HDD(Hard Disk Drive)、SSD(Solid State Drive)、磁気ディスク、光磁気ディスク、CD-ROM(Compact Disc Read Only Memory)、DVD-ROM(Digital Versatile Disc Read Only Memory)、半導体メモリ等が挙げられる。ストレージ80は、コンピュータ50のバスに直接接続された内部メディアであってもよいし、インターフェース90または通信回線を介してコンピュータ50に接続される外部メディアであってもよい。また、このプログラムが通信回線によってコンピュータ50に配信される場合、配信を受けたコンピュータ50が当該プログラムをメインメモリ70に展開し、上記処理を実行してもよい。少なくとも1つの実施形態において、ストレージ80は、一時的でない有形の記憶媒体である。
 また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現してもよい。さらに、上記プログラムは、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるファイル、いわゆる差分ファイル(差分プログラム)であってもよい。
 本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例であり、発明の範囲を限定しない。これらの実施形態は、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の追加、種々の省略、種々の置き換え、種々の変更を行ってよい。
 本発明の実施形態による内燃機関及び発電システムによれば、ノックセンサの検出対象である振動を正しく検出することができる。
1・・・発電システム
10・・・内燃機関
20・・・発電機
50・・・コンピュータ
60・・・CPU
70・・・メインメモリ
80・・・ストレージ
90・・・インターフェース
100、103、103a1、103a2、103an・・・ケーブル
101・・・内燃機関本体
102・・・制御基板
110・・・第1チャージアンプ
120・・・第2チャージアンプ
130・・・差動アンプ
140・・・ゲインアンプ
150・・・バンドパスフィルタ
1101、1201、1301、1401・・・オペアンプ
1102、1103、1202、1203、1302、1303、1304、1305、1402、1403、1404・・・抵抗
1104、1204・・・キャパシタ
1011、1011a1、1011a2、1011an・・・シリンダー
1012、1012a1、1012a2、1012an・・・ノックセンサ
1021、1021a1、1021a2、1021an・・・増幅回路
1022・・・制御回路

Claims (6)

  1.  複数の気筒を具備する内燃機関本体と、
     前記複数の気筒のそれぞれに設けられたノックセンサと、
     増幅回路を有する制御基板と、
     前記ノックセンサの各々と前記制御基板とを接続する長さの異なる複数のケーブルと、
     を備え、
     前記増幅回路は、複数の前記ケーブルごとに、
     前記ケーブルを介して前記ノックセンサの第1出力端子に接続される第1のチャージアンプ、
     前記ケーブルを介して前記ノックセンサの第2出力端子に接続される第2のチャージアンプ、
     前記第1のチャージアンプの出力及び前記第2のチャージアンプの出力を入力とする差動アンプ、
     を備える、
     内燃機関。
  2.  前記増幅回路は、
     さらに、前記差動アンプの出力の周波数帯域を通過させるバンドパスフィルタ、
     を備える請求項1に記載の内燃機関。
  3.  前記制御基板は、
     前記増幅回路の出力信号に基づいて、ノッキングが発生したか否かを判定する判定部、
     を備える請求項1または請求項2に記載の内燃機関。
  4.  前記判定部は、
     前記増幅回路の出力信号の振幅がノッキングが発生したと判定する振幅のしきい値以下であると判定した場合に、ノッキングが発生していないと判定し、前記増幅回路の出力信号の振幅が前記しきい値を超えたと判定した場合に、ノッキングが発生していると判定する、
     請求項3に記載の内燃機関。
  5.  前記制御基板は、
     ノッキングが発生していると判定した場合、前記内燃機関本体における燃料の着火タイミング、または、内燃機関本体に供給される燃料量を補正する補正部、
     を備える請求項1から請求項4の何れか一項に記載の内燃機関。
  6.  請求項1から請求項5の何れか一項に記載の内燃機関と、
     前記内燃機関によって生成されたエネルギーを動力源として発電する発電機と、
     を備える発電システム。
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