(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023167477
(43)【公開日】2023-11-24
(54)【発明の名称】ガスエンジン
(51)【国際特許分類】
F02M 21/02 20060101AFI20231116BHJP
F02D 45/00 20060101ALI20231116BHJP
F02D 41/34 20060101ALI20231116BHJP
F02D 19/02 20060101ALI20231116BHJP
【ＦＩ】
F02M21/02 V
F02D45/00 368S
F02D41/34
F02D45/00 368Z
F02M21/02 301J
F02D19/02 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022078690
(22)【出願日】2022-05-12
(71)【出願人】
【識別番号】000000974
【氏名又は名称】川崎重工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000556
【氏名又は名称】弁理士法人有古特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】酒井 能成
(72)【発明者】
【氏名】近藤 祐太
(72)【発明者】
【氏名】前田 義人
(72)【発明者】
【氏名】今村 司
(72)【発明者】
【氏名】橋本 大
(72)【発明者】
【氏名】阪本 智浩
(72)【発明者】
【氏名】今野 海航
【テーマコード（参考）】
3G092
3G301
3G384
【Ｆターム（参考）】
3G092AB06
3G092AC08
3G092AC10
3G092BB01
3G092BB10
3G092CA04
3G092EA14
3G092FA15
3G092HB01Z
3G092HE05Z
3G301HA06
3G301HA22
3G301HA27
3G301JA21
3G301LB01
3G301MA11
3G301MA24
3G301NA08
3G301PC01Z
3G301PE03Z
3G384AA14
3G384AA22
3G384AA26
3G384BA13
3G384DA42
3G384EB10
3G384ED07
3G384FA14Z
3G384FA29Z
3G384FA58Z
(57)【要約】
【課題】逆火の、逆火が発生した燃焼サイクル以降の燃焼サイクルへの影響及び逆火が発生したシリンダの他シリンダへの影響を抑えたガスエンジンの提供。
【解決手段】本ガスエンジン２では、制御器１４は、センサ２８からの圧力を基にした逆火が発生しているシリンダユニット３２の検知と、逆火が発生しているシリンダユニット３２以外のシリンダユニット３２を対象とした停止シリンダユニットの決定と、逆火の検知後所定の期間にわたっての、逆火が発生しているシリンダユニット３２に対する燃料噴射器１８からの燃料噴射の停止及び前記停止シリンダユニットが存在するときはこの停止シリンダユニットに対する燃料噴射器１８からの燃料噴射の停止と、を行う。
【選択図】図３
【解決手段】本ガスエンジン２では、制御器１４は、センサ２８からの圧力を基にした逆火が発生しているシリンダユニット３２の検知と、逆火が発生しているシリンダユニット３２以外のシリンダユニット３２を対象とした停止シリンダユニットの決定と、逆火の検知後所定の期間にわたっての、逆火が発生しているシリンダユニット３２に対する燃料噴射器１８からの燃料噴射の停止及び前記停止シリンダユニットが存在するときはこの停止シリンダユニットに対する燃料噴射器１８からの燃料噴射の停止と、を行う。
【選択図】図３
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のシリンダユニットと、前記複数のシリンダユニットにエアを供給するマニホールドと、制御器と、を備え、
前記複数のシリンダユニットのそれぞれが、シリンダと、前記シリンダに接続する吸気ポートと、前記シリンダと前記吸気ポートとの間に位置する吸気弁と、前記シリンダ内の圧力を計測するセンサと、燃料を噴射する燃料噴射器と、を備え、
前記制御器が、前記センサからの圧力を基にした逆火が発生しているシリンダユニットの検知と、
前記逆火が発生しているシリンダユニット以外のシリンダユニットを対象とした停止シリンダユニットの決定と、
前記逆火の検知後所定の期間にわたって、前記逆火が発生しているシリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止及び前記停止シリンダユニットが存在するときはこの停止シリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止と、を行うガスエンジン。
前記複数のシリンダユニットのそれぞれが、シリンダと、前記シリンダに接続する吸気ポートと、前記シリンダと前記吸気ポートとの間に位置する吸気弁と、前記シリンダ内の圧力を計測するセンサと、燃料を噴射する燃料噴射器と、を備え、
前記制御器が、前記センサからの圧力を基にした逆火が発生しているシリンダユニットの検知と、
前記逆火が発生しているシリンダユニット以外のシリンダユニットを対象とした停止シリンダユニットの決定と、
前記逆火の検知後所定の期間にわたって、前記逆火が発生しているシリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止及び前記停止シリンダユニットが存在するときはこの停止シリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止と、を行うガスエンジン。
【請求項2】
前記複数のシリンダユニットが、前記マニホールドに沿って１列又は２列に並べられており、
前記制御器が、前記逆火が検知されたシリンダユニットよりも前記マニホールドでのエアの流れの下流側に位置しかつ前記逆火が検知されたシリンダユニットに隣接するシリンダユニットを前記停止シリンダユニットとする、請求項１に記載のガスエンジン。
前記制御器が、前記逆火が検知されたシリンダユニットよりも前記マニホールドでのエアの流れの下流側に位置しかつ前記逆火が検知されたシリンダユニットに隣接するシリンダユニットを前記停止シリンダユニットとする、請求項１に記載のガスエンジン。
【請求項3】
前記複数のシリンダユニットが、前記マニホールドに沿って２列に並べられ、一方の列のシリンダユニットのそれぞれが他方の列の対応するシリンダユニットと対向しており、 前記制御器が、前記逆火が検知されたシリンダユニットに対向するシリンダユニット、又は前記逆火が検知されたシリンダユニットに対向するシリンダユニットの前記マニホールドでのエアの流れの下流側に隣接するシリンダユニットを前記停止シリンダユニットとする、請求項１又は２に記載のガスエンジン。
【請求項4】
前記制御器が、前記吸気弁の開期間内で前記シリンダの圧力が所定の閾値よりも大きくなるのを検知すること、又は圧縮行程において前記シリンダの圧力が所定の範囲から外れることを検知することで、逆火を検知する、請求項１又は２に記載のガスエンジン。
【請求項5】
前記制御器が、前記センサが検出した圧力を基にした弱火が発生しているシリンダユニットの検知と、前記弱火の検知後所定の期間にわたって前記弱火が発生しているシリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止と、をさらに行い、
前記制御器が、クランク角度が上死点より所定の角度θ前である圧縮行程における前記シリンダの圧力をＰ（－θ）とし、クランク角度が上死点より所定の角度θ後である燃焼行程における前記シリンダの圧力をＰ（θ）とした場合、差ΔＰ＝Ｐ（θ）－Ｐ（－θ）が第１閾値Ｔ１以上で第２閾値Ｔ２以下であることを検知することで前記弱火の発生を検知する、請求項１又は２に記載のガスエンジン。
前記制御器が、クランク角度が上死点より所定の角度θ前である圧縮行程における前記シリンダの圧力をＰ（－θ）とし、クランク角度が上死点より所定の角度θ後である燃焼行程における前記シリンダの圧力をＰ（θ）とした場合、差ΔＰ＝Ｐ（θ）－Ｐ（－θ）が第１閾値Ｔ１以上で第２閾値Ｔ２以下であることを検知することで前記弱火の発生を検知する、請求項１又は２に記載のガスエンジン。
【請求項6】
複数のシリンダユニットと、前記複数のシリンダユニットにエアを供給するマニホールドと、制御器と、を備え、
前記複数のシリンダユニットのそれぞれが、シリンダと、前記シリンダに接続する吸気ポートと、前記シリンダと前記吸気ポートとの間に位置する吸気弁と、前記シリンダ内の圧力を計測するセンサと、燃料を噴射する燃料噴射器と、を備え、
前記制御器が、前記センサが検出した圧力を基にした弱火が発生しているシリンダユニットの検知と、前記弱火の検知後所定の期間にわたって前記弱火が発生しているシリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止と、を行い、
前記制御器が、クランク角度が上死点より所定の角度θ前である圧縮行程における前記シリンダの圧力をＰ（－θ）とし、クランク角度が上死点より所定の角度θ後である燃焼行程における前記シリンダの圧力をＰ（θ）とした場合、差ΔＰ＝Ｐ（θ）－Ｐ（－θ）が第１閾値Ｔ１以上で第２閾値Ｔ２以下であることを検知することで前記弱火の発生を検知する、ガスエンジン。
前記複数のシリンダユニットのそれぞれが、シリンダと、前記シリンダに接続する吸気ポートと、前記シリンダと前記吸気ポートとの間に位置する吸気弁と、前記シリンダ内の圧力を計測するセンサと、燃料を噴射する燃料噴射器と、を備え、
前記制御器が、前記センサが検出した圧力を基にした弱火が発生しているシリンダユニットの検知と、前記弱火の検知後所定の期間にわたって前記弱火が発生しているシリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止と、を行い、
前記制御器が、クランク角度が上死点より所定の角度θ前である圧縮行程における前記シリンダの圧力をＰ（－θ）とし、クランク角度が上死点より所定の角度θ後である燃焼行程における前記シリンダの圧力をＰ（θ）とした場合、差ΔＰ＝Ｐ（θ）－Ｐ（－θ）が第１閾値Ｔ１以上で第２閾値Ｔ２以下であることを検知することで前記弱火の発生を検知する、ガスエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示は、ガスエンジンに関する。
【背景技術】
【0002】
ガスエンジンは、通常複数のシリンダを備えている。これらのシリンダは、吸気ポートを介して共通のマニホールドと接続され、マニホールドからエアがそれぞれの吸気ポートに送られる。一般にガス燃料は吸気ポートやシリンダで燃料噴器を介して供給される。エアと混合された燃料がシリンダ内で点火される。
【0003】
燃料混合ガスを吸気ポートからシリンダに移動する際に、燃料がシリンダの高温部に触れる等の理由で着火し、この燃焼がシリンダから吸気ポート内まで広がる「逆火（バックファイア）」が発生することがある。特に、天然ガスと比べて爆発限界濃度の範囲が広く着火エネルギーが小さい水素を燃料とするエンジンでは、逆火が発生し易い。逆火は安全で安定した燃焼の妨げとなりうる。逆火の検出及び処理についての検討が、特開２０１６－１３０４７３公報、特開２００６－５７５９６公報及び特開２００６－５２７１１３公報で報告されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１６－１３０４７３公報
【特許文献2】特開２００６－５７５９６公報
【特許文献3】特開２００６－５２７１１３公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
逆火の影響は、逆火が発生した燃焼サイクルだけでなく、この燃焼サイクル以降の燃焼サイクルにも及びうる。逆火が、逆火が発生した燃焼サイクル以降の燃焼サイクルでの不正燃焼を引き起こす、「逆火の連鎖」が発生する可能性が高い。また逆火が発生した吸気ポートは、マニホールドを介して他の吸気ポートと繋がっているため、逆火の影響が他のシリンダでの燃焼にも影響を及ぼしうる。逆火は、他のシリンダでの不正燃焼の要因にもなる可能性がある。逆火の連鎖、及び逆火が他のシリンダユニットでの不正燃焼の要因となることが抑えられた、ガスエンジンが望まれている。
【0006】
本発明者の意図するところは、逆火の連鎖、及び逆火が他のシリンダユニットでの不正燃焼の要因となることが抑えられた、ガスエンジンの提供にある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
ガスエンジンは、複数のシリンダユニットと、前記複数のシリンダユニットにエアを供給するマニホールドと、制御器と、を備える。前記複数のシリンダユニットのそれぞれは、シリンダと、前記シリンダに接続する吸気ポートと、前記シリンダと前記吸気ポートとの間に位置する吸気弁と、前記シリンダ内の圧力を計測するセンサと、燃料を噴射する燃料噴射器と、を備える。前記制御器は、前記センサからの圧力を基にした逆火が発生しているシリンダユニットの検知と、前記逆火が発生しているシリンダユニット以外のシリンダユニットを対象とした停止シリンダユニットの決定と、前記逆火の検知後所定の期間にわたって、前記逆火が発生しているシリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止及び前記停止シリンダユニットが存在するときはこの停止シリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止と、を行う。
【発明の効果】
【0008】
本ガスエンジンでは、制御器は、逆火が発生しているシリンダユニット以外のシリンダユニットを対象として停止シリンダユニットを決定し、逆火が発生しているシリンダユニット及びこの停止シリンダユニットに対して、燃料噴射を停止する。これにより、逆火が他のシリンダユニットでの不正燃焼の要因となることが、抑制されている。さらに制御器は、この際の燃料噴射の停止を、所定の期間にわたって行う。これにより、逆火の連鎖が防止されている。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、適宜図面が参照されつつ、好ましい実施形態が詳細に説明される。
【0011】
図１は、ガスエンジン２が示された模式図である。このガスエンジン２は、ガス燃料とエアとの混合気を燃焼させる。この実施形態では、ガス燃料は水素である。ガス燃料が、天然ガスであってもよく、その他の可燃性ガスであってもよい。このガスエンジン２は、発電機等の主に定常運転される装置に使用されてもよく、船舶用の推進器等の負荷が頻繁に変化する装置に使用されてもよい。図１に示されるように、このガスエンジン２は、圧縮器４、吸気路６、マニホールド８、シリンダ１０、排気路１２及び制御器１４を備えている。
【0012】
圧縮器４は、エアを取り込み、圧縮して吸気路６に送りだす。吸気路６は、マニホールド８に接続している。圧縮器４からのエアは、吸気路６を通してマニホールド８に送られる。図１に示されるように、この実施形態では、吸気路６は、マニホールド８の中央に接続している。
【0013】
複数のシリンダ１０が、マニホールド８に沿って並べられている。この実施形態では、シリンダ１０は、２列で並んでいる。一方の列のシリンダ１０のそれぞれは、他方の列の対応するシリンダ１０と対向している。このガスエンジン２は、Ｖ型の１２気筒エンジンである。圧縮器４からのエアは、マニホールド８を介して、それぞれのシリンダ１０に送られる。
【0014】
図２は、図１のII－II線に沿った断面の一部が示された、模式図である。図１及び２で示されるように、このガスエンジン２は、それぞれのシリンダ１０に対応する、吸気ポート１６、燃料噴射器１８、吸気弁２０、点火器２２、排気ポート２４、排気弁２６、圧力センサ２８及びピストン３０をさらに備えている。この明細書では、一組のシリンダ１０、吸気ポート１６、燃料噴射器１８、吸気弁２０、点火器２２、排気ポート２４、排気弁２６、圧力センサ２８及びピストン３０は、併せて「シリンダユニット３２」と称される。すなわち、このガスエンジン２は、１２個のシリンダユニット３２を備えている。このガスエンジン２では、６個のシリンダユニット３２を有する列が、マニホールド８に沿って２列並べられている。
【0015】
なお、シリンダユニット３２において、マニホールド８側を内側とし、マニホールド８の反対側を外側としたとき、図２では、吸気ポート１６、点火器２２及び排気ポート２４は、内側から外側に向けて、この順に並んでいる。吸気ポート１６、点火器２２及び排気ポート２４が、この順に、マニホールド８が延びる方向と平行な方向に並んでいてもよい。すなわち、シリンダユニット３２が、図２に対して、９０°回転した状態で、マニホールド８と接続されていてもよい。またマニホールド８は１列でも２列でもよい。
【0016】
吸気ポート１６は、マニホールド８とシリンダ１０とを接続する。燃料噴射器１８は、ガス燃料を吸気ポート１６内に噴射する。燃料噴射器１８は、ガス燃料をシリンダ１０に噴射してもよい。マニホールド８からのエアがガス燃料と混合され、混合気としてシリンダ１０内に送られる。点火器２２は、シリンダ１０内で混合気に点火する。点火器２２は、典型的には点火プラグである。燃料によっては、点火器２２がパイロット噴射弁であってもよい。混合気が燃焼し、これによりピストン３０が上下に動作する。ピストン３０の下端は、クランクシャフト（図示されず）と接続している。ピストン３０の上下運動が、クランクシャフトの回転運動に変換される。燃焼後のガスは、排気ポート２４から排出される。図１では省略されているが、それぞれの排気ポート２４は、排気路１２と接続している。それぞれのシリンダ１０からの排気は、排気路１２を通して圧縮器４に戻される。圧力センサ２８は、シリンダ１０の内圧を、継続的に計測している。
【0017】
このガスエンジン２は、４ストロークエンジンである。すなわち、それぞれのシリンダユニット３２では、吸気行程、圧縮行程、燃焼行程及び排気行程が繰り返される。吸気行程、圧縮行程、燃焼行程及び排気行程のセットは、燃焼サイクルを構成する。一回の燃焼サイクルにおいて、クランクシャフトは２回転する。ここでは、それぞれのシリンダユニット３２において、ピストン３０の位置は、上死点でのクランク角度を基準とした、クランク角度で表される。ピストン３０が燃焼行程における上死点に位置するとき、クランク角度が０°とされる。例えば、ピストン３０が吸気行程における上死点に位置するとき、クランク角度は３６０°となる。
【0018】
制御器１４には、図１の矢印Ｐで表されるように、それぞれのシリンダユニット３２の圧力センサ２８が接続されている。制御器１４には、それぞれの圧力センサ２８が計測したシリンダ１０の内圧が、継続して入力される。制御器１４には、図１の矢印Ｃで表されるように、それぞれのシリンダユニット３２の燃料噴射器１８が接続されている。制御器１４は、それぞれの燃料噴射器１８について燃料の噴射及び停止の制御をすることができる。さらに制御器１４には、クランク角度センサからの出力が入力され、制御器１４はこれを用いてそれぞれのシリンダユニット３２の任意の工程を基準としたクランク角度（（例）－３６０°～＋３６０°）を計算する。制御器１４は、これらの機能を使用して、それぞれのシリンダユニット３２について、逆火の検出及び抑制の処理を実施する。この実施形態では、制御器１４は、プロセッサ及びこのプロセッサを動作させるプログラムで構成されている。制御器１４の一部又は全部が、専用の回路で構成されていてもよい。
【0019】
【0020】
ステップＳ１では、制御器１４は、それぞれのシリンダユニット３２から、シリンダ１０の内圧及びこの内圧に対応するクランク角度を取得する。それぞれのシリンダユニット３２について、クランク角度の推移に対応した、内圧の推移が取得される。
【0021】
ステップＳ２では、制御器１４は、逆火が発生しているか否か、及び逆火の予兆が発生しているか否かの判断を行う。具体的には制御器１４は、それぞれのシリンダユニット３２に対して、「逆火検知」、「高圧失火検知」、「低圧失火検知」及び「弱火検知」を行う。
【0022】
「逆火検知」では、制御器１４は、直接逆火を検知する。図４Ａに、逆火検知の方法が示されている。図４Ａにおいて、横軸はクランク角度であり、縦軸はシリンダ１０の内圧を表す。符号ＩＶＯは吸気弁２０が開いたときのクランク角度を表し、符号ＩＶＣは吸気弁２０が閉じたときのクランク角度を表す。逆火は、吸気行程において燃料が着火し、この燃焼が吸気ポート１６内まで広がる現象である。通常、吸気行程ではシリンダ１０の内圧はほぼ吸気圧であるが、逆火が発生すると、吸気行程においてシリンダ１０の内圧が上昇する。図４Ａの実線Ｌｂは、逆火発生時の内圧の推移の例である。
【0023】
制御器１４は、吸気弁２０が開いている期間において、シリンダ１０の内圧Ｐが、所定の閾値Ｔｂ以上となる場合があるか否かを検知する。内圧Ｐが閾値Ｔｂ以上となる場合が検知されたとき、制御器１４は、逆火の発生を検知したと判断する。図４Ａの例では、区間Ｉで逆火の発生が検知されている。閾値Ｔｂは、シリンダ１０の内圧より推定した吸気圧又はマニホールド８の内圧より決定する。
【0024】
「低圧失火検知」では、制御器１４は、逆火が発生した際に発生する可能性がある「低圧失火」を検知する。図４Ｂに、低圧失火の検知の方法が示されている。図４Ｂにおいて、横軸はクランク角度であり、縦軸はシリンダ１０の内圧を表す。符号ＴＤＣは燃焼行程での上死点を表し、符号Ｂｘは点火時のクランク角度を表す。破線Ａは、平均内圧Ｐａの推移を表す。平均内圧Ｐａは、それぞれのクランク角度における、直近の所定数の燃焼サイクルでの内圧を平均した値である。平均内圧Ｐａは、後述するステップ６で計算される。逆火が発生すると、燃焼したガスがシリンダ１０内に吸気されることで、圧縮行程で内圧が正常時よりも低くなり、かつ失火状態を示すことがある。これが「低圧失火」である。図４Ｂの実線Ｌｌは、低圧失火発生時の内圧の推移の例である。失火状態の判定は、次の図５に示すクランク角度が－θ°におけるシリンダ１０の内圧と、クランク角度がθ°におけるシリンダ１０の内圧との差が、所定の範囲内であるかを判定することで行う。
【0025】
制御器１４は、圧縮行程の所定のクランク角度αにおいて、シリンダ１０の内圧Ｐと平均内圧Ｐａとの差（Ｐ－Ｐａ）が、所定の閾値ＴＬ（負の値）以下であるか否かを判定する。差（Ｐ－Ｐａ）が閾値ＴＬ以下であり、かつ失火状態を示すとき、制御器１４は、低圧失火の発生を検知したと判断する。図４Ｂの実線Ｌｌの例では、低圧失火の発生が検知されている。
【0026】
「高圧失火検知」では、制御器１４は、逆火が発生した際に発生する可能性がある「高圧失火」を検知する。図４Ｂに、高圧失火の検知の方法が示されている。逆火が発生するとシリンダ１０が高温となり、圧縮行程において自着火が発生し内圧が正常時よりも高くなり、かつ失火状態を示すことがある。これが「高圧失火」である。図４Ｂの直線Ｌｈは、高圧失火発生時のシリンダ１０の内圧の推移の例である。
【0027】
制御器１４は、圧縮行程の所定のクランク角度βにおいて、シリンダ１０の内圧Ｐと平均内圧Ｐａとの差（Ｐ－Ｐａ）が、所定の閾値Ｔｈ以上であるか否かを判定する。差（Ｐ－Ｐａ）が閾値Ｔｈ以上であり、かつ失火状態を示すとき、制御器１４は、高圧失火の発生を検知したと判断する。図４Ｂの実線Ｌｈの例では、高圧失火の発生が検知されている。なお図４Ｂの例では、クランク角度αとβとは同じである。クランク角度αとβとが異なっていてもよい。
【0028】
「弱火検知」では、制御器１４は、逆火の予兆となる現象である「弱火」を検知する。図５に、弱火検知の方法が示されている。弱火は、圧縮行程ではシリンダ１０の内圧は正常であるが、点火後の燃焼行程において、シリンダ１０の内圧が、正常燃焼の場合より小さく、完全な失火の場合より大きくなる現象である。弱火が発生すると、燃料が十分に燃焼せずに残存しつつシリンダ１０が排気行程で高温になることから、次の燃焼サイクルの吸気行程において、逆火が発生し易くなる。図５の実線Ｌｗは、弱火の発生時のシリンダ１０内圧の推移の例である。破線Ａは、平均内圧Ｐａの推移を表す。「失火時」と記載された破線は、失火したときの、典型的な内圧の推移を表す。
【0029】
図５において、符号Ｐ（－θ）は、クランク角度が上死点より角度θ前である圧縮行程におけるシリンダ１０の圧力を表す。符号Ｐ（θ）は、クランク角度が上死点より角度θ後におけるシリンダ１０の圧力を表す。制御器１４は、これらの差ΔＰ（Ｐ（θ）－Ｐ（－θ））が、所定の第１閾値Ｔ１以上でかつ所定の第２閾値Ｔ２以下であるか否かを判定する。差ΔＰ（Ｐ（θ）－Ｐ（－θ））が第１閾値Ｔ１以上で第２閾値Ｔ２以下であるとき、弱火の発生を検知したと判断する。図５の実線Ｌｗの例では、弱火の発生が検知されている。
【0030】
ステップＳ２において、逆火、高圧失火及び低圧失火のいずれかが検知された場合、ステップＳ３が実行される。ステップＳ２において弱火が検知された場合、ステップＳ５が実行される。ステップＳ２において、逆火、高圧失火、低圧失火及び弱火のいずれも検知されなかった場合、ステップＳ６が実行される。
【0031】
ステップＳ３では、制御器１４は、逆火、高圧失火又は低圧失火のいずれかが検出されたシリンダユニット３２（逆火検出ユニットと称される）以外のシリンダユニット３２を対象として、逆火の影響を受ける可能性が高いとして停止をするシリンダユニット３２（停止シリンダユニットと称される）を決定する。この実施形態では、制御器１４は、以下のシリンダユニット３２を停止シリンダユニットとする。
（ｉ）逆火検出ユニットと対向するシリンダユニット３２（対向ユニットと称される）
（ii）逆火検出ユニットと、マニホールド８でのエアの流れの下流側に隣接するシリンダユニット３２（下流隣接ユニットと称される）
（iii）対向ユニットと、マニホールド８でのエアの流れの下流側に隣接するシリンダユニット３２（対向－下流隣接ユニットと称される）
（ｉ）逆火検出ユニットと対向するシリンダユニット３２（対向ユニットと称される）
（ii）逆火検出ユニットと、マニホールド８でのエアの流れの下流側に隣接するシリンダユニット３２（下流隣接ユニットと称される）
（iii）対向ユニットと、マニホールド８でのエアの流れの下流側に隣接するシリンダユニット３２（対向－下流隣接ユニットと称される）
【0032】
図６Ａに、停止シリンダユニットの例が示されている。図６Ａには、マニホールド８とシリンダユニット３２のみが、簡略化されて示されている。図６Ａにおいて符号Ｉｏは、吸気路６からのエアの入口を表す。矢印は、マニホールド８内でのエアの流れを表す。図６Ａにおいて、ハッチを付したシリンダユニット３２が逆火検出ユニットである。二重枠で表されたシリンダユニット３２が、停止シリンダユニットである。図６Ａの例では、（ｉ）対向ユニット、（ii）下流隣接ユニット及び（iii）対向－下流隣接ユニットの、合計３つのシリンダユニット３２が、停止シリンダユニットとされる。
【0033】
図６Ｂに、停止シリンダユニットの他の例が示されている。この図では、逆火検出ユニットは、マニホールド８でのエアの流れの最も下流に位置している。従って、下流隣接ユニット及び対向－下流隣接ユニットは存在しない。この場合では、（ｉ）対向ユニットのみが、停止シリンダユニットとされる。
【0034】
ステップＳ４では、制御器１４は、逆火検出ユニット及び停止シリンダユニットに対して、燃料噴射を停止する。この実施形態では、逆火が検出された燃焼サイクルと、次の燃焼サイクルの、合計２燃焼サイクルに渡って、逆火検出ユニット及び停止シリンダユニットでの燃料噴射が停止される。その後の燃焼サイクルでは、燃料噴射は再開される。逆火検出ユニット及び停止シリンダユニットでの燃料噴射が、３燃焼サイクルに渡って停止されてもよく、４燃焼サイクル以上に渡って停止されてもよい。逆火検出ユニット及び停止シリンダユニットでの燃料噴射が、逆火が検出された燃焼サイクルのみで停止されてもよい。ステップＳ４が終了すると、処理はステップＳ１に戻る。
【0035】
ステップＳ５では、制御器１４は、弱火が検出されたシリンダユニット３２に対し、次の燃焼サイクルでの燃料噴射を停止する。その後の燃焼サイクルでは、燃料噴射が再開される。弱火が検出されたユニット３２での燃料噴射が、その後数燃焼サイクルに渡って停止されてもよい。ステップＳ５が終了すると、処理はステップＳ１に戻る。
【0036】
ステップＳ６では、制御器１４は、ステップＳ１で取得したシリンダ１０の内圧を使用して、直近の所定数の燃焼サイクルでの、このクランク角度での平均内圧を計算する。例えば、直近の１０燃焼サイクルでの、このクランク角度での平均内圧が計算される。計算結果は記憶され、後にステップＳ２での判定に使用される。
【0037】
この実施形態では、図３に示された制御器１４の処理は、ガスエンジン２が起動すると開始され、ガスエンジン２の停止等の割り込み処理で終了する。
【0038】
以下では、本実施形態の作用効果が説明される。
【0039】
本ガスエンジン２では、制御器１４は、逆火検出ユニット以外のシリンダユニット３２を対象として、停止シリンダユニットを決定する。制御器１４は、逆火検出ユニットだけでなく、停止シリンダユニットに対して、燃料噴射を停止する。これにより、逆火が他のシリンダユニット３２での不正燃焼の要因となることが、抑制されている。
【0040】
この実施形態では、逆火検出ユニット及び停止シリンダユニットに対して、２燃焼サイクルに渡って燃料噴射が停止される。逆火の影響は、１燃焼サイクルを超えて残ることが起こりうる。複数の燃焼サイクルに渡って燃料噴射を停止することで、逆火が発生した燃焼サイクル以降の燃焼サイクルにおいて、逆火検出ユニット及び停止シリンダユニットでの不正燃焼が、効果的に抑えられている。この実施形態では、逆火が、逆火が発生した燃焼サイクル以降の燃焼サイクルでの不正燃焼を引き起こす、「逆火の連鎖」が抑えられている。
【0041】
この実施形態では、対向ユニットが停止シリンダユニットとされる。逆火の影響は、逆火が発生したシリンダユニット３２と対向するシリンダユニット３２に及び易い。対向ユニットを停止シリンダユニットとすることで、このシリンダユニット３２での不正燃焼が抑えられている。
【0042】
この実施形態では、下流隣接ユニットが停止シリンダユニットとされる。逆火検出ユニットのエアの流れの下流に隣接するシリンダユニット３２は、逆火の影響を受けやすい。下流隣接ユニットを停止シリンダユニットとすることで、このシリンダユニット３２での不正燃焼が抑えられている。
【0043】
この実施形態では、対向－下流隣接ユニットが停止シリンダユニットとされている。対向－下流隣接ユニットは、対向ユニットと下流側に隣接し、下流隣接ユニットと対向している。対向－下流隣接ユニットも、逆火の影響を受けやすい。このシリンダユニット３２を停止シリンダユニットとすることで、このシリンダユニット３２での不正燃焼が抑えられている。
【0044】
対向ユニットのみが停止シリンダユニットとされてもよく、下流隣接ユニットのみが停止シリンダユニットとされてもよい。対向ユニット及び下流隣接ユニットのみが、停止シリンダユニットとされてもよい。燃料噴射を停止するシリンダユニット３２の数を減らすことで、ガスエンジン２の出力の低下を抑えることができる。
【0045】
この実施形態では、逆火検出ユニット及び停止シリンダユニット以外のシリンダユニット３２では、燃料噴射は停止されない。逆火検出ユニットと、この逆火の影響を受け易いシリンダユニット３２のみに対して燃料噴射を停止することで、不正燃焼の発生を抑えつつ、ガスエンジン２の出力の低下が抑制されている。
【0046】
この実施形態では、制御装置は、逆火の現象を直接検知するだけでなく、低圧失火及び高圧失火を検知することで、逆火の発生を検知する。これにより、逆火の発生の検出漏れが、効果的に抑制されている。
【0047】
この実施形態では、制御装置は、逆火の予兆となる弱火を検知し、弱火が検出されたシリンダユニット３２の燃料噴射を停止する。弱火は、他のシリンダユニット３２での不正燃焼の原因となる可能性は小さい。弱火が発生したシリンダユニット３２以外のシリンダユニット３２に対して、燃料噴射を停止する必要性は少ない。また、弱火では、複数の燃焼サイクルに渡って燃料噴射を停止する必要性も少ない。弱火を検知して逆火の発生を未然に防止することで、逆火が発生した場合と比較して、燃料噴射を停止するシリンダユニット３２の数及び燃焼サイクルの数を、少なくできる。このガスエンジン２は、出力の低下が抑えられている。
【0048】
図７Ａ及び７Ｂは、他の実施形態に係るガスエンジン４０、４６が示された、模式図である。図７Ａ及び７Ｂには、マニホールド４２、４８及びシリンダユニット４４、５０のみが、簡略化されて示されている。このガスエンジン４０、４６では、シリンダユニット４４、５０は、マニホールド４２、４８に沿って、２列に並んでいる。このガスエンジン４０、４６は、Ｖ型の１８気筒エンジンである。図７Ａ及び７Ｂにおいて符号Ｉｏは、吸気路からのエアの入口を表す。矢印は、マニホールド４２、４８内でのエアの流れを表す。図７Ａ及び７Ｂにおいて、ハッチを付したシリンダユニット４４、５０が逆火検出ユニットである。
【0049】
図７Ａに示された実施形態では、吸気路からのエアの入口Ｉｏは、マニホールド４２の中央に位置している。この例では、マニホールド４２が延びる方向の座標をｘ座標としたとき、ｘ座標において、入口Ｉｏが占める範囲と、逆火検出ユニットの吸気ポートが占める範囲とは、重なりを有している。図７Ａでは、逆火検出ユニットの両側に隣接するシリンダユニット４４は、いずれも逆火検出ユニットに対して、エアの流れの下流側に位置している。逆火検出ユニットの両側に隣接するシリンダユニット４４は、いずれも下流隣接ユニットとなる。この例では、（ｉ）対向ユニット、（ii）２つの下流隣接ユニット、及び（iii）２つの対向－下流隣接ユニットの、合計５つのシリンダユニット４４が、停止シリンダユニットとされる。図７Ａにおいて、二重枠で表されたシリンダユニット４４が、停止シリンダユニットである。
【0050】
図７Ｂに示された実施形態では、吸気路からのエアの入口Ｉｏが、マニホールド４８の端に設けられている。入口Ｉｏからのエアは、マニホールド４８の一方の端から、他方の端に向けて流れる。図７Ｂで示されるとおり、この例では、（ｉ）対向ユニット、（ii）下流隣接ユニット及び（iii）対向－下流隣接ユニットの、合計３つのシリンダユニット５０が、停止シリンダユニットとされる。図７Ｂにおいて、二重枠で表されたシリンダユニット５０が停止シリンダユニットである。
【0051】
図８Ａ及び８Ｂは、さらに他の実施形態に係るガスエンジン５２、５８が示された、模式図である。このガスエンジン５２、５８では、シリンダユニット５６、６２は、マニホールド５４、６０に沿って、１行９列に並んでいる。このガスエンジン５２、５８は、直列型の９気筒エンジンである。このガスエンジン５２、５８では、互いに対向するシリンダユニットは存在しない。図８Ａ及び８Ｂにおいて符号Ｉｏは、吸気路からのエアの入口を表す。矢印は、マニホールド５４、６０内でのエアの流れを表す。図８Ａ及び８Ｂにおいて、ハッチを付したシリンダユニット５６、６２が、逆火検出ユニットである。
【0052】
図８Ａに示された実施形態では、吸気路からのエアの入口Ｉｏは、マニホールド５４の中央に位置している。図８Ａで示されるとおり、この例では、（ii）２つの下流隣接ユニットが、停止シリンダユニットとされる。図８Ａにおいて、二重枠で表されたシリンダユニット５６が停止シリンダユニットである。
【0053】
図８Ｂに示された実施形態では、入口Ｉｏが、マニホールド６０の端に設けられている。入口Ｉｏからのエアは、マニホールド６０の一方の端から、他方の端に向けて流れる。図８Ｂで示されるとおり、この例では、逆火検出ユニットは、エアの流れの最も下流に位置している。従って、下流隣接ユニットは存在しない。この実施形態では、停止シリンダユニットは、存在しない。この実施形態では、逆火検出ユニットのみに対して、燃料噴射が停止される。
【0054】
以上説明された実施形態では、制御装置は、逆火の検出及び逆火の予兆となる弱火の検出を行った。制御装置が、弱火の検出を行わず、逆火の検出のみを行ってもよい。制御装置が、逆火の検出を行わず、弱火の検出のみを行ってもよい。
【0055】
以上説明されたとおり、ガスエンジンでは、逆火が発生したシリンダ以外のシリンダでの、逆火の影響による不正燃焼の発生が抑えられている。このことから、本ガスエンジンの優位性は明らかである。
【0056】
本明細書で開示する制御器の機能は、開示された機能を実行するよう構成またはプログラムされた汎用プロセッサ、専用プロセッサ、集積回路、ASIC（Application Specific Integrated Circuits）、従来の回路又は手段、および/または、それらの組み合わせ、を含む回路または処理回路を使用して実行できる。プロセッサは、トランジスタやその他の回路を含むため、処理回路または回路と見なされる。本開示において、回路は、列挙された機能を実行するハードウエアであるか、または、列挙された機能を実行するようにプログラムされたハードウエアである。ハードウエアは、本明細書に開示されているハードウエアであってもよいし、あるいは、列挙された機能を実行するようにプログラムまたは構成されているその他の既知のハードウエアであってもよい。ハードウエアが回路の一種と考えられるプロセッサである場合、回路又は手段はハードウエアとソフトウエアの組み合わせであり、ソフトウエアはハードウエアおよび／またはプロセッサの構成に使用される。
【0057】
［開示項目］
以下の項目は、好ましい実施形態の開示である。
以下の項目は、好ましい実施形態の開示である。
【0058】
［項目１］
複数のシリンダユニットと、前記複数のシリンダユニットにエアを供給するマニホールドと、制御器と、を備え、
前記複数のシリンダユニットのそれぞれが、シリンダと、前記シリンダに接続する吸気ポートと、前記シリンダと前記吸気ポートとの間に位置する吸気弁と、前記シリンダ内の圧力を計測するセンサと、燃料を噴射する燃料噴射器と、を備え、
前記制御器が、前記センサからの圧力を基にした逆火が発生しているシリンダユニットの検知と、
前記逆火が発生しているシリンダユニット以外のシリンダユニットを対象とした停止シリンダユニットの決定と、
前記逆火の検知後所定の期間にわたって、前記逆火が発生しているシリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止及び前記停止シリンダユニットが存在するときはこの停止シリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止と、を行うガスエンジン。
複数のシリンダユニットと、前記複数のシリンダユニットにエアを供給するマニホールドと、制御器と、を備え、
前記複数のシリンダユニットのそれぞれが、シリンダと、前記シリンダに接続する吸気ポートと、前記シリンダと前記吸気ポートとの間に位置する吸気弁と、前記シリンダ内の圧力を計測するセンサと、燃料を噴射する燃料噴射器と、を備え、
前記制御器が、前記センサからの圧力を基にした逆火が発生しているシリンダユニットの検知と、
前記逆火が発生しているシリンダユニット以外のシリンダユニットを対象とした停止シリンダユニットの決定と、
前記逆火の検知後所定の期間にわたって、前記逆火が発生しているシリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止及び前記停止シリンダユニットが存在するときはこの停止シリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止と、を行うガスエンジン。
【0059】
［項目２］
前記複数のシリンダユニットが、前記マニホールドに沿って１列又は２列に並べられており、
前記制御器が、前記逆火が検知されたシリンダユニットよりも前記マニホールドでのエアの流れの下流側に位置しかつ前記逆火が検知されたシリンダユニットに隣接するシリンダユニットを前記停止シリンダユニットとする、項目１に記載のガスエンジン。
前記複数のシリンダユニットが、前記マニホールドに沿って１列又は２列に並べられており、
前記制御器が、前記逆火が検知されたシリンダユニットよりも前記マニホールドでのエアの流れの下流側に位置しかつ前記逆火が検知されたシリンダユニットに隣接するシリンダユニットを前記停止シリンダユニットとする、項目１に記載のガスエンジン。
【0060】
［項目３］
前記複数のシリンダユニットが、前記マニホールドに沿って２列に並べられ、一方の列のシリンダユニットのそれぞれが他方の列の対応するシリンダユニットと対向しており、 前記制御器が、前記逆火が検知されたシリンダユニットに対向するシリンダユニット、又は前記逆火が検知されたシリンダユニットに対向するシリンダユニットの前記マニホールドでのエアの流れの下流側に隣接するシリンダユニットを前記停止シリンダユニットとする、項目１又は２に記載のガスエンジン。
前記複数のシリンダユニットが、前記マニホールドに沿って２列に並べられ、一方の列のシリンダユニットのそれぞれが他方の列の対応するシリンダユニットと対向しており、 前記制御器が、前記逆火が検知されたシリンダユニットに対向するシリンダユニット、又は前記逆火が検知されたシリンダユニットに対向するシリンダユニットの前記マニホールドでのエアの流れの下流側に隣接するシリンダユニットを前記停止シリンダユニットとする、項目１又は２に記載のガスエンジン。
【0061】
［項目４］
前記制御器が、前記吸気弁の開期間内で前記シリンダの圧力が所定の閾値よりも大きくなるのを検知すること、又は圧縮行程において前記シリンダの圧力が所定の範囲から外れることを検知することで、逆火を検知する、項目１から３のいずれかに記載のガスエンジン。
前記制御器が、前記吸気弁の開期間内で前記シリンダの圧力が所定の閾値よりも大きくなるのを検知すること、又は圧縮行程において前記シリンダの圧力が所定の範囲から外れることを検知することで、逆火を検知する、項目１から３のいずれかに記載のガスエンジン。
【0062】
［項目５］
前記制御器が、前記センサが検出した圧力を基にした弱火が発生しているシリンダユニットの検知と、前記弱火の検知後所定の期間にわたって前記弱火が発生しているシリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止と、をさらに行い、
前記制御器が、クランク角度が上死点より所定の角度θ前である圧縮行程における前記シリンダの圧力をＰ（－θ）とし、クランク角度が上死点より所定の角度θ後である燃焼行程における前記シリンダの圧力をＰ（θ）とした場合、差ΔＰ＝Ｐ（θ）－Ｐ（－θ）が第１閾値Ｔ１以上で第２閾値Ｔ２以下であることを検知することで前記弱火の発生を検知する、項目１から４いずれかに記載のガスエンジン。
前記制御器が、前記センサが検出した圧力を基にした弱火が発生しているシリンダユニットの検知と、前記弱火の検知後所定の期間にわたって前記弱火が発生しているシリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止と、をさらに行い、
前記制御器が、クランク角度が上死点より所定の角度θ前である圧縮行程における前記シリンダの圧力をＰ（－θ）とし、クランク角度が上死点より所定の角度θ後である燃焼行程における前記シリンダの圧力をＰ（θ）とした場合、差ΔＰ＝Ｐ（θ）－Ｐ（－θ）が第１閾値Ｔ１以上で第２閾値Ｔ２以下であることを検知することで前記弱火の発生を検知する、項目１から４いずれかに記載のガスエンジン。
【0063】
［項目６］
複数のシリンダユニットと、前記複数のシリンダユニットにエアを供給するマニホールドと、制御器と、を備え、
前記複数のシリンダユニットのそれぞれが、シリンダと、前記シリンダに接続する吸気ポートと、前記シリンダと前記吸気ポートとの間に位置する吸気弁と、前記シリンダ内の圧力を計測するセンサと、燃料を噴射する燃料噴射器と、を備え、
前記制御器が、前記センサが検出した圧力を基にした弱火が発生しているシリンダユニットの検知と、前記弱火の検知後所定の期間にわたって前記弱火が発生しているシリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止と、を行い、
前記制御器が、クランク角度が上死点より所定の角度θ前である圧縮行程における前記シリンダの圧力をＰ（－θ）とし、クランク角度が上死点より所定の角度θ後である燃焼行程における前記シリンダの圧力をＰ（θ）とした場合、差ΔＰ＝Ｐ（θ）－Ｐ（－θ）が第１閾値Ｔ１以上で第２閾値Ｔ２以下であることを検知することで前記弱火の発生を検知する、ガスエンジン。
複数のシリンダユニットと、前記複数のシリンダユニットにエアを供給するマニホールドと、制御器と、を備え、
前記複数のシリンダユニットのそれぞれが、シリンダと、前記シリンダに接続する吸気ポートと、前記シリンダと前記吸気ポートとの間に位置する吸気弁と、前記シリンダ内の圧力を計測するセンサと、燃料を噴射する燃料噴射器と、を備え、
前記制御器が、前記センサが検出した圧力を基にした弱火が発生しているシリンダユニットの検知と、前記弱火の検知後所定の期間にわたって前記弱火が発生しているシリンダユニットに対する前記燃料噴射器からの燃料噴射の停止と、を行い、
前記制御器が、クランク角度が上死点より所定の角度θ前である圧縮行程における前記シリンダの圧力をＰ（－θ）とし、クランク角度が上死点より所定の角度θ後である燃焼行程における前記シリンダの圧力をＰ（θ）とした場合、差ΔＰ＝Ｐ（θ）－Ｐ（－θ）が第１閾値Ｔ１以上で第２閾値Ｔ２以下であることを検知することで前記弱火の発生を検知する、ガスエンジン。
【符号の説明】
【0064】
２、４０、４６、５２、５８・・・ガスエンジン
４・・・圧縮機
６・・・吸気路
８、４２、４８、５４、６０・・・マニホールド
１０・・・シリンダ
１２・・・排気路
１４・・・制御器
１６・・・吸気ポート
１８・・・燃料噴射機
２０・・・吸気弁
２２・・・点火器
２８・・・圧力センサ
３０・・・ピストン
３２、４４、５０、５６、６２・・・シリンダユニット
４・・・圧縮機
６・・・吸気路
８、４２、４８、５４、６０・・・マニホールド
１０・・・シリンダ
１２・・・排気路
１４・・・制御器
１６・・・吸気ポート
１８・・・燃料噴射機
２０・・・吸気弁
２２・・・点火器
２８・・・圧力センサ
３０・・・ピストン
３２、４４、５０、５６、６２・・・シリンダユニット
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】