(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスエンジンの各シリンダ室に連通する混合気供給路に燃料ガスを供給する主燃焼室用ガス供給管の途中に設置された主ガス弁の状態を診断する方法であって、
ガスエンジンの各シリンダの排ガス排出路に設けられる排ガス温度センサーで検出された排ガス温度、及びガスエンジンの各シリンダに設けられるノッキングセンサーで検出されたノッキング値に基づいて、シリンダ毎に安定な燃焼状態を保つように設定される燃料ガスの噴射時間を調整する値である噴射オフセット値を収集し、
１日の間に抽出したシリンダ毎の前記噴射オフセット値を平均噴射オフセット値として計算する平均噴射オフセット値計算手段と、
この平均噴射オフセット値計算手段で計算される毎日の平均噴射オフセット値の変動を監視し、主ガス弁が異常であるか否かを判断する判断手段、
を備え、
前記平均噴射オフセット値計算手段で計算される毎日の平均噴射オフセット値が低下或いは増大し始め、所定の基準範囲よりも外れた場合に主ガス弁の状態が異常の兆候を示したと判断することを特徴とするガスエンジン用主ガス弁の異常及び劣化診断方法。
【請求項２】
前記平均噴射オフセット値は、１日の間に抽出した前記噴射オフセット値を平均化処理したものを使用して主ガス弁の状態が異常の兆候を示したか否かを判断することを特徴とする請求項１に記載のガスエンジン用主ガス弁の異常及び劣化診断方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、主室の上部に副室を連通させた燃焼室を有するガスエンジンの、前記主室に混合気を供給する混合気供給路に供給する燃料ガス量を設定する主ガス弁の異常及び劣化の診断方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
主室と、この主室の上部に連通する副室とで構成される燃焼室を備えたガスエンジンは、従来から良く知られている（例えば特許文献１）。この種ガスエンジンの場合、主室に混合気を供給する混合気供給路に燃料ガスを供給するガス供給管を連通させ、このガス供給管に主ガス弁（特許文献１では主圧力調整弁）を設置している。
【０００３】
上記構成のガスエンジンは、例えば出力軸からの駆動力を発電機に伝えて発電する発電設備に使用される。このガスエンジンの場合、混合気供給路に設置したセンサーで計測した給気圧力（空気量）に基づき、混合気供給路を流れる空気に燃料ガスを混合させる燃料ガス量を設定して混合気の供給量を設定するべく、主ガス弁の開閉を制御している。
【０００４】
この主ガス弁の点検は、定期メンテナンス時に作動電流を計測するか、またはエンジン停止時に作動音を確認するかのどちらかで作動状態の診断を行っている。
【０００５】
このうち、主ガス弁の作動電流を計測する診断では、計測した電流値が適正範囲外であれば、異常と判断して主ガス弁を交換している。一方、エンジン停止時に主ガス弁の作動音を確認する診断では、作動音が小さければ、異常と判断して主ガス弁を交換している。
【０００６】
しかしながら、定期メンテナンスは数カ月に１回なので、この間に主ガス弁の異常や劣化が進んだ場合は検知する方法がなく、燃焼不良になって、エンジン停止に至る場合がある。また、エンジン停止時に主ガス弁の作動音を確認するものも、発電設備に使用するガスエンジンでは、長期間エンジンを停止しない場合もあるので前記と同様の問題が生じる。
【０００７】
なお、主ガス弁の状態を確認するためには、開閉検出器や流量検出器が有効であるが、前記ガスエンジンの場合、その構造上これらを設置することができない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００９−２２１９３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明が解決しようとする問題点は、従来のガスエンジン用主ガス弁の異常及び劣化診断は、主ガス弁の定期メンテナンス時やエンジン停止時に行っており、日常的に主ガス弁の異常や劣化を予知することは行っていないという点である。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明のガスエンジン用主ガス弁の異常及び劣化診断方法は、
主ガス弁の異常や劣化の予知を日常的に可能とするために、
ガスエンジンの各シリンダ室に連通する混合気供給路に燃料ガスを供給する主燃焼室用ガス供給管の途中に設置された主ガス弁の状態を診断する方法であって、
ガスエンジンの各シリンダの排ガス排出路に設けられる排ガス温度センサーで検出された排ガス温度、及びガスエンジンの各シリンダに設けられるノッキングセンサーで検出されたノッキング値に基づいて、シリンダ毎に安定な燃焼状態を保つように設定される燃料ガスの噴射時間を調整する値である噴射オフセット値を収集し、
１日の間に抽出したシリンダ毎の前記噴射オフセット値を平均噴射オフセット値として計算する平均噴射オフセット値計算手段と、
この平均噴射オフセット値計算手段で計算される毎日の平均噴射オフセット値の変動を監視し、主ガス弁が異常であるか否かを判断する判断手段、
を備え、
前記平均噴射オフセット値計算手段で計算される毎日の平均噴射オフセット値が低下或いは増大し始め、所定の基準範囲よりも外れた場合に主ガス弁の状態が異常の兆候を示したと判断することを最も主要な特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明では、毎日の平均噴射オフセット値により主ガス弁の状態が異常の兆候を示したか否かを判断するので、現地から離れた遠隔地においても、日常的に主ガス弁の異常の兆候を判断することができるため、未然にトラブルを防ぐことが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のガスエンジン用主ガス弁の異常及び劣化診断方法を適用するガスエンジンの概略構成を示した図である。
【図２】各シリンダの燃焼制御の一例を説明する図で、（ａ）は一部のシリンダの燃焼状態がノッキング領域や失火領域に入った場合、（ｂ）は全てのシリンダの燃焼状態がノッキング領域や失火領域に入らない場合を示した図である。
【図３】遠隔監視室で収集した噴射オフセット値の一例を示した図である。
【図４】噴射オフセット値の解析例の一例を示した図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明では、日常的に主ガス弁の異常や劣化を予知することを可能にするという目的を、１日の間に抽出したシリンダ毎の噴射オフセット値を計算して得られた平均噴射オフセット値の一定期間の変化により判断することで実現した。
【実施例】
【００１４】
以下、本発明について、図１〜図４を用いて詳細に説明する。
図１は本発明のガスエンジン用主ガス弁の異常及び劣化診断方法を適用するガスエンジンの概略構成を示した図である。
【００１５】
本発明の対象となるガスエンジンは、シリンダヘッド１とシリンダブロック２等から構成されている。このうち、シリンダブロック２には、複数（例えば４個）のシリンダボア２ａが形成され、この各シリンダボア２ａにはピストン３が摺動自在に収容されている。また、シリンダヘッド１の前記各シリンダボア２ａの対向位置には、図示省略したがそれぞれ吸気弁と排気弁が開閉可能に取付けられている。
【００１６】
このエンジンの燃焼室４は、ピストンボア２ａに収容されたピストン３の上端面より上方部分の、シリンダヘッド１の下面側に形成された主燃焼室４ａと、この主燃焼室４ａと連通するようにシリンダヘッド１に形成された予燃焼室４ｂとで形成されている。
【００１７】
そして、予燃焼室用ガス供給管６を介して予燃焼室４ｂに供給した燃料ガスを、予燃焼室４ｂ内に配置した点火プラグ５で点火して予燃焼室４ｂ内で燃焼させて主燃焼室４ａに火炎を噴射する。主燃焼室４ａでは、主燃焼室用ガス供給管７より混合気供給路８に供給された燃料ガスと混合気供給路８を送られてきた空気の混合気が、前記噴射された火炎により着火され、燃焼する。
【００１８】
この燃焼により、前記ピストン３を往復運動させ、この往復運動をクランク機構２１で回転運動に変換し、出力軸２２を回転させて発電用の出力とする。燃焼後の排気ガスは、排気弁から排ガス排出路９を介して排出される。
【００１９】
なお、これらの燃焼室４への給気、燃焼室４からの排気を行う際の給気弁と排気弁を開閉させる動作は、前記出力軸２２からの動力がカムシャフト等に伝えられることで行われる。
【００２０】
上記構成のガスエンジンの場合、排ガス排出路９には、排ガスの温度を検出する排ガス温度センサー１０が、出力軸２２には発電機２３が設けられている。また、主燃焼室用ガス供給管７の途中には、混合気供給路８に供給する燃料ガス量を調整する主ガス弁１１が設けられている。また、予燃焼室用ガス供給管６には、予燃焼室４ｂに供給する燃料ガス量を調整する予燃焼室ガス制御弁１２がその途中に、燃焼ガスの逆流を防止する逆止弁１３が先端にそれぞれ設けられている。さらに、シリンダヘッド１の上面にはノッキング値（現状の燃焼状態を定量的に表したもの）を測定するノッキングセンサー１４が設けられている。
【００２１】
そして、エンジンの燃焼制御に際し、複数のシリンダに対して指令する主ガス弁１１の開放時間（基準となる噴射期間）は、前記発電機２３の出力（発電電力）に見合った値に複数のシリンダ全てについて一括して自動制御される。
【００２２】
この自動制御と同時に、シリンダ毎のノッキング値及び排ガス温度を一定に保つために、主ガス弁１１への燃料ガスの噴射時間を調整する値である噴射オフセット値がシリンダ毎に自動制御される。
【００２３】
各シリンダの燃焼状態は、点火時期、温度オフセット、及び噴射オフセット値を調整（増加、減少）し、図２（ｂ）に示すように、各シリンダの燃焼状態がノッキング領域や失火領域に入ることがないように、二次元的に制御される。なお、図２（ａ）は一部のシリンダの燃焼状態がノッキング領域や失火領域に入った場合を示した図である。
【００２４】
エンジンの出力系に作用する出力（発電電力）、ノッキングセンサー１４で測定したノッキング値、及び排ガス温度センサー１０で測定した排ガス温度値を制御装置１５に送る。
【００２５】
シリンダ毎の燃焼値は、正常時は、ノッキング領域と失火領域の間の燃焼可能領域に位置する。また、シリンダ毎の噴射オフセット値は、排ガス温度に大きな変動がない限り一定に保つことで、エンジンの燃焼が安定する。
【００２６】
制御装置１５は、これら送られてきた測定値に基づき、噴射時間と噴射オフセット値を設定し、これら噴射時間と噴射オフセット値を加えた開放時間を命令として主ガス弁１１に、点火時期を点火プラグ５に送る。
【００２７】
そして、命令された設定値だけ主ガス弁１１を開放し、主燃焼室用ガス供給管７を介して混合気供給路８に燃料ガスを流入させる。前記命令された設定値は、前記主ガス弁１１を開放する時間、または主ガス弁１１に電気を流す時間である。
【００２８】
なお、予燃焼ガス制御弁１２は、エンジンの回転数と出力によって予め設定された開放時間で予燃焼ガス制御弁１２の開閉を行うように制御されているが、噴射オフセット値は無関係である（設定していない）。
【００２９】
上記のようなエンジンの燃焼制御において、発明者は、前記制御装置１５に送られてきた排ガス温度値とノッキング値に基づいて設定される噴射オフセット値の変化が主ガス弁１１の状態を診断するデータとなることを知見した。
【００３０】
本発明は、かかる知見に基づいてなされたものであり、噴射オフセット値が上昇又は下降した場合は、エンジンが不安定な状態になっており、主ガス弁１１に異常の可能性があると判断するのである。
【００３１】
より具体的には、制御装置１５にて設定された噴射オフセット値は、マンマシンインターフェイス装置１６に時刻歴データとして記録される。記録された前記時刻歴データ（グラフ）は、通信回線を介して遠隔監視室１７のパソコン１８から見ることができるようにする。図３に遠隔監視室１７のパソコン１８で見た時刻歴データの一例を示す。
【００３２】
マンマシンインターフェイス装置１６に記録した時刻歴データから、１日の間に抽出した噴射オフセット値を遠隔監視室１７のパソコン１８に取り込み、平均化処理して１日１点の噴射オフセット値（平均噴射オフセット値）として記録する。図４に平均噴射オフセット値を記録した一例を示す。
【００３３】
そして、記録した平均噴射オフセット値の変化が、所望範囲内（例えば±１．０）で変動している場合（例えば図４の５月１日〜７月１５日の間）は、正常と判断する。
【００３４】
これに対して、平均噴射オフセット値の変化が低下又は増大し始めて、所望範囲を超える場合（例えば図４の７月１５日〜９月２０日の間）は、異常な超高であると判断する。
【００３５】
パソコン１８による前記判断に基づき、作業者は、メンテナンス計画を立てて対策を講じると共に、現場へ向かう準備をすることが可能になる。
【００３６】
ところで、前記説明で、１日の間で抽出した噴射オフセット値を抽出することとした理由は、１日中記録された膨大なデータを収集して取り込む場合はデータ収集装置が必要になり、装置の設置費用が発生することと、装置が故障した場合には修理費又は代替費が発生するので、これを避けて一定条件の下でデータを収集することでデータ収集装置を不要とするためである。当然、本ガスエンジン設備の購入者がデータ収集装置の設置を了解した場合には、データ収集装置を利用しても良い。
【００３７】
本発明は、上記の例に限るものではなく、各請求項に記載の技術的思想の範疇において、適宜実施の形態を変更しても良いことは言うまでもない。
【００３８】
例えば、前記の説明では、遠隔監視室１７のパソコン１８で主ガス弁１１の異常や劣化の判断を行っているが、この判断は、時刻歴データを見た作業者が行っても良い。
【符号の説明】
【００３９】
４    燃焼室
４ａ    主燃焼室
４ｂ    予燃焼室
７    主燃焼室用ガス供給管
８    混合気供給路
９    排ガス排出路
１０    排ガス温度センサー
１１    主ガス弁
１４    ノッキングセンサー
１５    制御装置
１７    遠隔監視室
１８    パソコン
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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