(57)【要約】【課題】ガスエンジンの運転領域を拡大し、熱効率を向上させること【解決手段】ガスエンジン１０ａは、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆと、複数の副室５２ａ〜５２ｆと、複数のガス供給量調節機構５３ａ〜５３ｆと、複数の燃焼状態検出機構６１ａ〜６１ｆと、制御部７０とを備える。複数の副室５２ａ〜５２ｆは、それぞれ複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆに備えつけられる。複数のガス供給量調節機構５３ａ〜５３ｆは、それぞれ複数の副室５２ａ〜５２ｆのガス供給量を調節する。複数の燃焼状態検出機構６１ａ〜６１ｆは、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける燃焼状態をそれぞれ検出し、検出した燃焼状態を示す状態値を制御部７０に出力する。制御部７０は、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれに対する複数の状態値が等しい目標値になるように、複数のガス供給量調節機構５３ａ〜５３ｆのそれぞれにおけるガス供給量を別々に制御する。【選択図】      図２
2005240712.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数のシリンダと、
前記複数のシリンダのそれぞれに備えつけられた複数の副室と、
前記複数の副室のガス供給量をそれぞれ調節するための複数のガス供給量調節機構と、
前記複数のガス供給量調節機構のそれぞれにおける前記ガス供給量を制御する制御部と、
前記複数のシリンダにおける燃焼状態をそれぞれ検出する燃焼状態検出機構とを具備し、
前記複数の燃焼状態検出機構のそれぞれは、検出された前記燃焼状態を示す状態値を前記制御部に出力し、
前記制御部は、前記複数のシリンダのそれぞれに対する複数の前記状態値が等しい目標値になるように、前記複数のガス供給量調節機構のそれぞれにおける前記ガス供給量を別々に制御する
ガスエンジン。
【請求項２】
請求項１に記載のガスエンジンにおいて、
前記目標値は、検出された前記複数の状態値の平均値である
ガスエンジン。
【請求項３】
請求項１に記載のガスエンジンにおいて、
前記目標値は、検出された前記複数の状態値の中間値である
ガスエンジン。
【請求項４】
請求項１乃至３のいずれかに記載のガスエンジンにおいて、
前記複数の燃焼状態検出機構の各々は、温度センサを含み、
前記温度センサは、前記副室に備えつけられた点火栓の温度を前記状態値として測定する
ガスエンジン。
【請求項５】
請求項１乃至３のいずれかに記載のガスエンジンにおいて、
前記複数の燃焼状態検出機構の各々は、圧力センサを含み、
複数の前記圧力センサのそれぞれは、前記複数のシリンダのそれぞれにおける圧力を測定し、前記圧力の波形に基づいて前記燃焼状態を検出する
ガスエンジン。
【請求項６】
請求項５に記載のガスエンジンにおいて、
１サイクル中の前記圧力の最大値をシリンダ内最高圧力とするとき、
前記複数の圧力センサの各々は、前記圧力の波形に基づき、所定数のサイクルにおける前記シリンダ内最高圧力の標準偏差を前記状態値として算出する
ガスエンジン。
【請求項７】
請求項５に記載のガスエンジンにおいて、
前記複数の圧力センサの各々は、前記圧力の波形に基づき、図示平均有効圧力を前記状態値として算出する
ガスエンジン。
【請求項８】
請求項５に記載のガスエンジンにおいて、
前記複数の圧力センサの各々は、前記圧力の波形に基づき、所定数のサイクルにおける図示平均有効圧力の標準偏差を前記状態値として算出する
ガスエンジン。
【請求項９】
請求項１乃至３のいずれかに記載のガスエンジンにおいて、
前記複数の燃焼状態検出機構の各々は、炭化水素濃度センサを含み、
前記炭化水素濃度センサは、前記シリンダから排出される排気中の炭化水素濃度を前記状態値として検出する
ガスエンジン。
【請求項１０】
請求項４又は７に記載のガスエンジンにおいて、
前記制御部は、前記状態値が前記目標値より大きい前記シリンダに備え付けられた前記副室への前記ガス供給量が増加するように、対応する前記ガス供給量調節機構を制御し、
前記制御部は、前記状態値が前記目標値より小さい前記シリンダに備え付けられた前記副室への前記ガス供給量が減少するように、対応する前記ガス供給量調節機構を制御する
ガスエンジン。
【請求項１１】
請求項６、８、９のいずれかに記載のガスエンジンにおいて、
前記制御部は、前記状態値が前記目標値より大きい前記シリンダに備え付けられた前記副室への前記ガス供給量が減少するように、対応する前記ガス供給量調節機構を制御し、
前記制御部は、前記状態値が前記目標値より小さい前記シリンダに備え付けられた前記副室への前記ガス供給量が増加するように、対応する前記ガス供給量調節機構を制御する
ガスエンジン。
【請求項１２】
複数のシリンダと、前記複数のシリンダのそれぞれに備えつけられた複数の副室とを備えるガスエンジンにおいて、
（Ａ）前記複数のシリンダのそれぞれにおける燃焼状態を検出するステップと、
（Ｂ）検出された前記燃焼状態に基づき、前記複数のシリンダのそれぞれにおける前記燃焼状態が等しくなるように、前記複数の副室のそれぞれへのガス供給量を別々に制御するステップと
を具備する
ガスエンジンの運転方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、副室式のガスエンジンに関する。
【背景技術】
【０００２】
図１は、従来の副室式ガスエンジンの構成を示す概略図である。図１において、副室式ガスエンジン１００は、副室１０１とシリンダ１１０とピストン１１１とを備える。吸気弁１０９の開閉により、燃料ガスと空気の混合気である主燃料ガスが吸気ポート１０７からシリンダ１１０内に供給される。また、排気弁１１４の開閉により、燃焼後のガスがシリンダ１１０から排気ポート１１３に排気される。また、副室燃料ガス供給弁１０２の開閉により、副室燃料ガスが副室燃料ガス供給管１０５から副室１０１に供給される。レギュレータ１０４は、副室燃料ガス供給管１０５における圧力と吸気ポート１０７における圧力との差圧を調整し、副室燃料ガスの流量は、副室燃料ガス供給管１０５と吸気ポート１０７の差圧とオリフィス１０３の開度により調整される。
【０００３】
シリンダ１１０内に供給された主燃料ガスが圧縮される圧縮行程において、ピストン１１１は上昇し、一部の主燃料ガスが副室噴口１１２を通って副室１０１内へ流入する。副室１０１内で、主燃料ガスと副室燃料ガスが混合し、その混合気の濃度は着火に適した濃度になる。ピストン１１１が上死点近傍に来た時、点火栓１０８は混合気に点火する。副室１０１内の混合気が燃焼すると、その燃焼火炎は副室噴口１１２を通りシリンダ１１０へ噴出する。これにより、主燃料ガスは着火され、シリンダ１１０内に燃焼火炎が広がる。
【０００４】
このように、副室式ガスエンジン１００によれば、燃焼火炎が副室１０１からシリンダ１１０内に噴出するため、着火の難しい希薄混合気である主燃料ガスを効率よく燃焼させることが可能となる。従って、高効率のエンジン運転が実現される。しかしながら、副室燃料ガスの供給量が過剰で副室内に形成される混合気の空燃比が小さすぎると、副室１０１内の混合気への着火が困難になり、これは失火（ミスファイヤー）の原因となる。適正な副室燃料ガスの供給量は、温度や気圧、湿度等の周囲の環境により変動する。失火が発生しないように、副室燃料ガスの供給量を適正な値に保つ技術として、以下のものが公知である。
【０００５】
特許文献１に開示された副室燃料ガス供給量制御装置は、副室燃料ガス供給量調整手段と、副室内の失火を検知する失火検知手段とを備える。この失火検知手段は、排気温度、シリンダ内圧力、回転角速度などを測定することによって失火を検知する。あるいは、この失火検知手段は、光学センサを用いることによって、副室内の失火を直接検知する。そして、副室燃料ガス供給量調整手段は、失火検知手段からの信号に基づき副室燃料ガスの供給量を調整する。このように、特許文献１に係る副室燃料ガス供給量制御装置によれば、周囲の環境に影響されることなく、副室燃料ガスの供給量が最適な値に設定される。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−３２０３６９号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の目的は、運転寿命の長いガスエンジンを提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、熱効率を向上させることができるガスエンジンを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号・符号を用いて、［課題を解決するための手段］を説明する。これらの番号・符号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために括弧付きで付加されたものである。ただし、それらの番号・符号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。
【００１０】
本発明に係るガスエンジン（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）は、複数のシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）と、複数の副室（５２ａ〜５２ｆ）と、複数のガス供給量調節機構（５３ａ〜５３ｆ）と、複数の燃焼状態検出機構（６１ａ〜６１ｆ、６２ａ〜６２ｆ、６３ａ〜６３ｆ）と、制御部（７０）とを備える。複数の副室（５２ａ〜５２ｆ）は、それぞれ複数のシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）に備えつけられる。複数のガス供給量調節機構（５３ａ〜５３ｆ）は、それぞれ複数の副室（５２ａ〜５２ｆ）のガス供給量を調節する。複数の燃焼状態検出機構（６１ａ〜６１ｆ、６２ａ〜６２ｆ、６３ａ〜６３ｆ）は、複数のシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）における燃焼状態をそれぞれ検出し、検出した燃焼状態を示す状態値を制御部（７０）に出力する。制御部（７０）は、複数のシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）のそれぞれに対する複数の状態値が等しい目標値になるように、複数のガス供給量調節機構（５３ａ〜５３ｆ）のそれぞれにおけるガス供給量を別々に制御する。
【００１１】
このように、本発明に係るガスエンジン（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）は、複数のシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）における燃焼状態が均一になるように制御を行う。複数のシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）における燃焼状態のばらつきが解消されることは、運転領域が拡大することを意味する。運転領域が拡大することにより、ノッキングや失火が発生する確率が低減される。従って、エンジンの寿命が長くなるとともに、厳密な燃焼制御が可能となり、熱効率を向上させることができる。
【００１２】
本発明に係るガスエンジン（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）において、上記目標値は、検出された複数の状態値の平均値である。あるいは、上記目標値は、検出された複数の状態値の中間値である。
【００１３】
本発明に係るガスエンジン（１０ａ）は、複数の副室（５２ａ〜５２ｆ）のそれぞれに備えつけられた複数の点火栓（４４ａ〜４４ｆ）を備える。この時、複数の燃焼状態検出機構（６１ａ〜６１ｆ）の各々は、温度センサ（６１ａ〜６１ｆ）を含み、この温度センサ（６１ａ〜６１ｆ）は、点火栓（４４ａ〜４４ｆ）の温度を状態値（Ｔａ〜Ｔｆ）として測定する。制御部（７０）は、状態値（Ｔａ〜Ｔｆ）が目標値（Ｔａｖｅ）より大きいシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）に備え付けられた副室（５２ａ〜５２ｆ）へのガス供給量が増加するように、対応するガス供給量調節機構（５３ａ〜５３ｆ）を制御する。また、制御部（７０）は、状態値（Ｔａ〜Ｔｆ）が目標値（Ｔａｖｅ）より小さいシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）に備え付けられた副室（５２ａ〜５２ｆ）へのガス供給量が減少するように、対応するガス供給量調節機構（５３ａ〜５３ｆ）を制御する。
【００１４】
本発明に係るガスエンジン（１０ｃ）において、複数の燃焼状態検出機構（６３ａ〜６３ｆ）の各々は、圧力センサ（６３ａ〜６３ｆ）を含む。複数の圧力センサ（６３ａ〜６３ｆ）のそれぞれは、複数のシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）のそれぞれにおける圧力を測定し、圧力波形に基づいて燃焼状態を検出する。１サイクル中の圧力の最大値をシリンダ内最高圧力とするとき、複数の圧力センサ（６３ａ〜６３ｆ）の各々は、圧力波形に基づき、所定数のサイクルにおけるシリンダ内最高圧力の標準偏差を状態値（σａ〜σｆ）として算出する。または、複数の圧力センサ（６３ａ〜６３ｆ）の各々は、圧力波形に基づき、図示平均有効圧力を状態値（ＥＰａ〜ＥＰｆ）として算出する。または、複数の圧力線さ（６３ａ〜６３ｆ）の各々は、図示平均有効圧力の標準偏差を状態値（γａ〜γｆ）として算出する。制御部（７０）は、状態値（ＥＰａ〜ＥＰｆ）が目標値（ＥＰａｖｅ）より大きいシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）に備え付けられた副室（５２ａ〜５２ｆ）へのガス供給量が増加するように、対応するガス供給量調節機構（５３ａ〜５３ｆ）を制御する。また、制御部（７０）は、状態値（ＥＰａ〜ＥＰｆ）が目標値（ＥＰａｖｅ）より小さいシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）に備え付けられた副室（５２ａ〜５２ｆ）へのガス供給量が減少するように、対応するガス供給量調節機構（５３ａ〜５３ｆ）を制御する。または、制御部（７０）は、状態値（σａ〜σｆ、γａ〜γｆ）が目標値（σａｖｅ、γａｖｅ）より大きいシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）に備え付けられた副室（５２ａ〜５２ｆ）へのガス供給量が減少するように、対応するガス供給量調節機構（５３ａ〜５３ｆ）を制御する。また、制御部（７０）は、状態値（σａ〜σｆ、γａ〜γｆ）が目標値（σａｖｅ、γａｖｅ）より小さいシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）に備え付けられた副室（５２ａ〜５２ｆ）へのガス供給量が増加するように、対応するガス供給量調節機構（５３ａ〜５３ｆ）を制御する。
【００１５】
本発明に係るガスエンジン（１０ｂ）において、複数の燃焼状態検出機構（６２ａ〜６２ｆ）の各々は、炭化水素濃度センサ（６２ａ〜６２ｆ）を含む。複数の炭化水素濃度センサ（６２ａ〜６２ｆ）のそれぞれは、複数のシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）のそれぞれから排出される排気（３５ａ〜３５ｆ）中の炭化水素濃度（３５ａ〜３５ｆ）を状態値（Ｄａ〜Ｄｆ）として検出する。制御部（７０）は、状態値（Ｄａ〜Ｄｆ）が目標値（Ｄａｖｅ）より大きいシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）に備え付けられた副室（５２ａ〜５２ｆ）へのガス供給量が減少するように、対応するガス供給量調節機構（５３ａ〜５３ｆ）を制御する。また、制御部（７０）は、状態値（Ｄａ〜Ｄｆ）が目標値（Ｄａｖｅ）より小さいシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）に備え付けられた副室（５２ａ〜５２ｆ）へのガス供給量が増加するように、対応するガス供給量調節機構（５３ａ〜５３ｆ）を制御する。
【００１６】
本発明に係るガスエンジンの運転方法は、複数のシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）と、複数のシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）のそれぞれに備えつけられた複数の副室（５２ａ〜５２ｆ）とを備えるガスエンジン（１０ａ、１０ｂ、１０ｃ）の運転方法である。その運転方法は、（Ａ）複数のシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）のそれぞれにおける燃焼状態を検出するステップと、（Ｂ）検出された燃焼状態に基づき、複数のシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）のそれぞれにおける燃焼状態が等しくなるように、複数の副室（５２ａ〜５２ｆ）のそれぞれへのガス供給量を別々に制御するステップとを備える。
【発明の効果】
【００１７】
本発明に係るガスエンジンによれば、運転寿命が長くなる。
【００１８】
本発明に係るガスエンジンによれば、熱効率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
添付図面を参照して、本発明によるガスエンジンを説明する。
【００２０】
（第一の実施の形態）
図２は、本発明の第一の実施の形態に係るガスエンジンの構成を示す概略図である。図２において、ガスエンジン１０ａは、複数のシリンダ（気筒）４２ａ〜４２ｆと複数の副室５２ａ〜５２ｆを備える。複数の副室５２ａ〜５２ｆは、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれに対して備えつけられており、その複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれにおける燃焼を引き起こす着火源としての役割を果たす。また、複数の副室５２ａ〜５２ｆのそれぞれには、複数の点火栓４４ａ〜４４ｆが備えつけられている。この複数の点火栓４４ａ〜４４ｆのそれぞれは、点火制御装置（図示されない）によって制御され、複数の副室５２ａ〜５２ｆのそれぞれにおいて混合気に点火を行う。
【００２１】
複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれは、複数の吸気マニホールド２１ａ〜２１ｆのそれぞれ及び複数の排気マニホールド３１ａ〜３１ｆのそれぞれに接続される。また、複数の副室５２ａ〜５２ｆは、複数の副室燃料ガス供給管５１ａ〜５１ｆにそれぞれ接続される。複数の副室燃料ガス供給管５１ａ〜５１ｆのそれぞれには、複数の絞り弁（ガス供給量調節機構）５３ａ〜５３ｆが備えつけられている。この複数の絞り弁５３ａ〜５３ｆによって、複数の副室５２ａ〜５２ｆへのガス供給量がそれぞれ調節される。
【００２２】
燃料ガスと空気の燃料希薄な混合気である主室混合気２５ａ〜２５ｆは、複数の吸気マニホールド２１ａ〜２１ｆから複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにそれぞれ供給される。また、副室燃料ガス５５は、複数の副室燃料ガス供給管５１ａ〜５１ｆから複数の絞り弁５３ａ〜５３ｆを介して、複数の副室５２ａ〜５２ｆにそれぞれ供給される。複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆの各々において、ピストン（図示されない）が上昇すると、一部の主室混合気が副室内へ流入する。副室内で、主室混合気と副室燃料ガスが混合し、その混合気の濃度は着火に適した濃度になる。あるピストンが上死点（TDC; Top Dead Center）近傍に来た時、そのピストンを有するシリンダに対応する点火栓（４４ａ〜４４ｆ）は、その混合気に点火する。副室内の混合気が燃焼すると、その燃焼火炎は対応するシリンダへ噴出する。これにより、主室の希薄混合気は着火され、シリンダ内に燃焼火炎が広がる。複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれにおける燃焼後のガスは、複数の排気マニホールド３１ａ〜３１ｆから排気３５ａ〜３５ｆとしてそれぞれ排気される。
【００２３】
図２に示されるように、ガスエンジン１０ａは、複数の絞り弁５３ａ〜５３ｆに接続される制御部７０を更に備える。この制御部７０は、例えば複数の絞り弁５３ａ〜５３ｆのそれぞれの開度を調節することによって、その複数の絞り弁５３ａ〜５３ｆのそれぞれを通過する副室燃料ガス５５の流量を制御する。つまり、この制御部７０は、複数の絞り弁５３ａ〜５３ｆのそれぞれにおける副室燃料ガス５５の供給量を制御する。
【００２４】
本発明の第一の実施の形態において、ガスエンジン１０ａは、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれにおける燃焼状態を検出する。例えば、図２に示されるように、複数の温度センサ６１ａ〜６１ｆが、複数の点火栓４４ａ〜４４ｆのそれぞれに備えつけられている。この複数の温度センサ６１ａ〜６１ｆは、それぞれ複数の点火栓４４ａ〜４４ｆの温度を測定する。温度センサとして、熱電対が例示される。これら複数の温度センサ６１ａ〜６１ｆのそれぞれは、測定された温度（状態値）を示す信号を制御部７０に出力する。
【００２５】
図３は、複数の温度センサ６１ａ〜６１ｆによりそれぞれ測定された複数の点火栓４４ａ〜４４ｆの温度を示すグラフの一例である。図３に示されるように、複数の点火栓４４ａ〜４４ｆの温度として、それぞれ温度Ｔａ〜Ｔｆが検出されたとする。ここで、これら温度Ｔａ〜Ｔｆは、所定の期間に測定される温度データが平均されることにより算出される。図３に示されるように、複数の点火栓４４ａ〜４４ｆのそれぞれに対して測定された温度Ｔａ〜Ｔｆは同じではない。
【００２６】
この時、制御部７０は、複数の点火栓４４ａ〜４４ｆの温度が等しいある値（以下、目標値と参照される）になるように、複数の絞り弁５３ａ〜５３ｆのそれぞれにおけるガス供給量を制御する。ここで、その目標値として、例えば、検出された温度Ｔａ〜Ｔｆの平均値Ｔａｖｅが挙げられる。この平均値Ｔａｖｅは、Ｔａｖｅ＝（Ｔａ＋Ｔｂ＋Ｔｃ＋Ｔｄ＋Ｔｅ＋Ｔｆ）／６により与えられる（図３における点線を参照）。平均値Ｔａｖｅを目標値として用いることは、制御幅が最小になる点で好ましい。あるいは、その目標値として、検出された温度Ｔａ〜Ｔｆの中間値（図３におけるＴｄもしくはＴｅ）が挙げられる。中間値を目標値として用いることは、検出されたある点火栓の温度が異常な値である場合に有効である。
【００２７】
具体的な制御部７０によるガス供給量の制御は次の通りである。すなわち、制御部７０は、検出された温度が目標値より大きいシリンダに備え付けられた副室へのガス供給量を増加させる。また、制御部７０は、検出された温度が目標値より小さいシリンダに備え付けられた副室へのガス供給量を減少させる。例えば、図３に示された検出結果によれば、制御部７０は、点火栓４４ａ、４４ｅ、４４ｆに対応する副室５２ａ、５２ｅ、５２ｆへのガス供給量を増加させる。逆に、制御部７０は、点火栓４４ｂ、４４ｃ、４４ｄに対応する副室５２ｂ、５２ｃ、５２ｄへのガス供給量を減少させる。ここで、ガス供給量の増加・減少は、対応する絞り弁（５３ａ〜５３ｆ）の開度を増減させることにより行われる。
【００２８】
以上に説明されたように、本発明の第一の実施の形態に係るガスエンジン１０ａによれば、複数の点火栓４４ａ〜４４ｆの全ての温度が上記目標値に近づくように制御される。つまり、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける燃焼状態が均一になるように制御される。複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける燃焼状態のばらつきが解消されることは、運転領域が拡大することを意味する。例えば、燃焼状態のばらつきが無くなることで、ノッキングが発生しない点火時期の幅が広がるので、点火時期を更に進角側に設定することが可能となる。同様に、失火が発生しない空燃比の幅も広がる。これらのことにより、エンジン運転における熱効率が向上する。また、運転領域が拡大することにより、ノッキングや失火が発生する確率が低減される。従って、エンジンの寿命が長くなる。
【００２９】
（第二の実施の形態）
図４は、本発明の第二の実施の形態に係るガスエンジンの構成を示す概略図である。図４において、図２における構成と同様の構成には同一の符号が付され、その説明は適宜省略される。
【００３０】
図４に示されるように、本発明の第二の実施の形態に係るガスエンジン１０ｃにおいて、複数のシリンダ内圧力センサ６３ａ〜６３ｆが、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれに備えつけられている。この複数のシリンダ内圧力センサ６３ａ〜６３ｆは、それぞれ複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける圧力を測定し、その圧力波形に基づいて燃焼状態を検出する。例えば、複数のシリンダ内圧力センサ６３ａ〜６３ｆは、それぞれ複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける最高圧力の標準偏差（状態値）を算出し、そのシリンダ内最高圧力の標準偏差を示す信号を制御部７０に出力する。
【００３１】
図５は、本明細書における「シリンダ内最高圧力」及び「シリンダ内最高圧力の標準偏差」を説明するための図である。図５において、シリンダ内圧力センサ６３ａによって測定されたシリンダ４２ａの圧力波形が示される。図５に示されるように、シリンダ４２ａ内の圧力（シリンダ内圧力）は、エンジンのサイクルに応じて変動する。この時、ある１サイクル中の圧力の最大値が「シリンダ内最高圧力」と定義される。図５において、ある期間中にシリンダ内最高圧力Ｐｉ、Ｐｉ＋１・・・Ｐｉ＋５が検出されている。これらシリンダ内最高圧力Ｐｉ〜Ｐｉ＋５はサイクルによって異なり、それらはある分布を有する。このシリンダ内最高圧力の標準偏差が「シリンダ内最高圧力の標準偏差」と定義される。例えば、図５に示された期間中において、シリンダ内最高圧力の標準偏差はσａである。同様に、他のシリンダ内圧力センサ６３ｂ〜６３ｆも、それぞれ標準偏差σｂ〜σｆを算出する。
【００３２】
図６は、複数のシリンダ内圧力センサ６３ａ〜６３ｆによりそれぞれ算出された複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける最高圧力の標準偏差を示すグラフの一例である。図６に示されるように、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける最高圧力の標準偏差として、それぞれ標準偏差σａ〜σｆが算出されたとする。ここで、これら標準偏差σａ〜σｆは、所定の期間に測定されるシリンダ内最高圧力に基づいて算出される。図６に示されるように、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれに対して算出された標準偏差σａ〜σｆは同じではない。
【００３３】
この時、制御部７０は、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおけるシリンダ内最高圧力の標準偏差がある目標値になるように、複数の絞り弁５３ａ〜５３ｆのそれぞれにおけるガス供給量を制御する。ここで、その目標値として、例えば、算出された標準偏差σａ〜σｆの平均値σａｖｅが挙げられる。この平均値σａｖｅは、σａｖｅ＝（σａ＋σｂ＋σｃ＋σｄ＋σｅ＋σｆ）／６により与えられる（図６における点線を参照）。平均値σａｖｅを目標値として用いることは、制御幅が最小になる点で好ましい。あるいは、その目標値として、算出された標準偏差σａ〜σｆの中間値（図６におけるσｄもしくはσｅ）が挙げられる。中間値を目標値として用いることは、算出されたあるシリンダにおける最高圧力の標準偏差が異常な値である場合に有効である。
【００３４】
具体的な制御部７０によるガス供給量の制御は次の通りである。すなわち、制御部７０は、算出された標準偏差が目標値より大きいシリンダに備え付けられた副室へのガス供給量を減少させる。また、制御部７０は、算出された標準偏差が目標値より小さいシリンダに備え付けられた副室へのガス供給量を増加させる。例えば、図６に示された算出結果によれば、制御部７０は、シリンダ４２ａ、４２ｅ、４２ｆに対応する副室５２ａ、５２ｅ、５２ｆへのガス供給量を減少させる。逆に、制御部７０は、シリンダ４２ｂ、４２ｃ、４２ｄに対応する副室５２ｂ、５２ｃ、５２ｄへのガス供給量を増加させる。ここで、ガス供給量の増加・減少は、対応する絞り弁（５３ａ〜５３ｆ）の開度を増減させることにより行われる。
【００３５】
以上に説明されたように、本発明の第二の実施の形態に係るガスエンジン１０ｃによれば、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける最高圧力の標準偏差が上記目標値に近づくように制御される。つまり、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける燃焼状態が均一になるように制御される。複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける燃焼状態のばらつきが解消されることは、運転領域が拡大することを意味する。例えば、燃焼状態のばらつきが無くなることで、ノッキングが発生しない点火時期の幅が広がるので、点火時期を更に進角側に設定することが可能となる。同様に、失火が発生しない空燃比の幅も広がる。これらのことにより、エンジン運転における熱効率が向上する。また、運転領域が拡大することにより、ノッキングや失火が発生する確率が低減される。従って、エンジンの寿命が長くなる。
【００３６】
（第三の実施の形態）
本発明の第三の実施の形態に係るガスエンジンの構成は、図４に示された構成と同様である。つまり、本実施の形態に係るガスエンジン１０ｃにおいて、複数のシリンダ内圧力センサ６３ａ〜６３ｆが、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれに備え付けられている。この複数のシリンダ内圧力センサ６３ａ〜６３ｆは、それぞれ複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける圧力を測定し、その圧力波形に基づいて燃焼状態を検出する。
【００３７】
本実施の形態において、複数のシリンダ内圧力センサ６３ａ〜６３ｆは、それぞれ複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける図示平均有効圧力（状態値）を算出し、その図示平均有効圧力を示す信号を制御部７０に出力する。
【００３８】
図７は、複数のシリンダ内圧力センサ６３ａ〜６３ｆによりそれぞれ算出された複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける図示平均有効圧力を示すグラフの一例である。図７に示されるように、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆに対して、図示平均有効圧力ＥＰａ〜ＥＰｆが算出されたとする。ここで、これら図示平均有効圧力ＥＰａ〜ＥＰｆは、所定の期間に測定される圧力波形に基づいて算出される。図７に示されるように、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれに対して算出された図示平均有効圧力ＥＰａ〜Ｅｐｆは同じではない。
【００３９】
この時、制御部７０は、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける図示平均有効圧力がある目標値になるように、複数の絞り弁５３ａ〜５３ｆのそれぞれにおけるガス供給量を制御する。ここで、その目標値として、例えば、検出された図示平均有効圧力ＥＰａ〜ＥＰｆの平均値ＥＰａｖｅが挙げられる。この平均値ＥＰａｖｅは、ＥＰａｖｅ＝（ＥＰａ＋ＥＰｂ＋ＥＰｃ＋ＥＰｄ＋ＥＰｅ＋ＥＰｆ）／６により与えられる（図７における点線を参照）。平均値ＥＰａｖｅを目標値として用いることは、制御幅が最小になる点で好ましい。あるいは、その目標値として、算出された図示平均有効圧力ＥＰａ〜ＥＰｆの中間値（図７におけるＥＰｄもしくはＥＰｅ）が挙げられる。中間値を目標値として用いることは、算出されたあるシリンダにおける図示平均有効圧力が異常な値である場合に有効である。
【００４０】
具体的な制御部７０によるガス供給量の制御は次の通りである。すなわち、制御部７０は、算出された図示平均有効圧力が目標値より大きいシリンダに備え付けられた副室へのガス供給量を増加させる。また、制御部７０は、算出された図示平均有効圧力が目標値より小さいシリンダに備え付けられた副室へのガス供給量を減少させる。例えば、図７に示された検出結果によれば、制御部７０は、シリンダ４２ａ、４２ｅ、４２ｆに対応する副室５２ａ、５２ｅ、５２ｆへのガス供給量を増加させる。逆に、制御部７０は、シリンダ４２ｂ、４２ｃ、４２ｄに対応する副室５２ｂ、５２ｃ、５２ｄへのガス供給量を減少させる。ここで、ガス供給量の増加・減少は、対応する絞り弁（５３ａ〜５３ｆ）の開度を増減させることにより行われる。
【００４１】
以上に説明されたように、本発明の第四の実施の形態に係るガスエンジン１０ｃによれば、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける図示平均有効圧力が上記目標値に近づくように制御される。つまり、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける燃焼状態が均一になるように制御される。複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける燃焼状態のばらつきが解消されることは、運転領域が拡大することを意味する。例えば、燃焼状態のばらつきが無くなることで、ノッキングが発生しない点火時期の幅が広がるので、点火時期を更に進角側に設定することが可能となる。同様に、失火が発生しない空燃比の幅も広がる。これらのことにより、エンジン運転における熱効率が向上する。また、運転領域が拡大することにより、ノッキングや失火が発生する確率が低減される。従って、エンジンの寿命が長くなる。
【００４２】
（第四の実施の形態）
本発明の第四の実施の形態に係るガスエンジンの構成は、図４に示された構成と同様である。つまり、本実施の形態に係るガスエンジン１０ｃにおいて、複数のシリンダ内圧力センサ６３ａ〜６３ｆが、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれに備えつけられている。この複数のシリンダ内圧力センサ６３ａ〜６３ｆは、それぞれ複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける圧力を測定し、その圧力波形に基づいて燃焼状態を検出する。
【００４３】
本実施の形態において、複数のシリンダ内圧力センサ６３ａ〜６３ｆは、それぞれ複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける図示平均有効圧力の標準偏差（状態値）を算出し、その図示平均有効圧力の標準偏差を示す信号を制御部７０に出力する。
【００４４】
図８は、複数のシリンダ内圧力センサ６３ａ〜６３ｆによりそれぞれ算出された複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける図示平均有効圧力の標準偏差を示すグラフの一例である。図８に示されるように、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける図示平均有効圧力の標準偏差として、それぞれ標準偏差γａ〜γｆが算出されたとする。ここで、これら標準偏差γａ〜γｆは、所定の期間に測定される図示平均有効圧力に基づいて算出される。図８に示されるように、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれに対して算出された標準偏差γａ〜γｆは同じではない。
【００４５】
この時、制御部７０は、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける図示平均有効圧力の標準偏差がある目標値になるように、複数の絞り弁５３ａ〜５３ｆのそれぞれにおけるガス供給量を制御する。ここで、その目標値として、例えば、算出された標準偏差γａ〜γｆの平均値γａｖｅが挙げられる。この平均値γａｖｅは、γａｖｅ＝（γａ＋γｂ＋γｃ＋γｄ＋γｅ＋γｆ）／６により与えられる（図８における点線を参照）。平均値γａｖｅを目標値として用いることは、制御幅が最小になる点で好ましい。あるいは、その目標値として、算出された標準偏差γａ〜γｆの中間値（図８におけるγｄもしくはγｅ）が挙げられる。中間値を目標値として用いることは、算出されたあるシリンダにおける図示平均有効圧力の標準偏差が異常な値である場合に有効である。
【００４６】
具体的な制御部７０によるガス供給量の制御は次の通りである。すなわち、制御部７０は、算出された標準偏差が目標値より大きいシリンダに備え付けられた副室へのガス供給量を減少させる。また、制御部７０は、算出された標準偏差が目標値より小さいシリンダに備え付けられた副室へのガス供給量を増加させる。例えば、図８に示された算出結果によれば、制御部７０は、シリンダ４２ａ、４２ｅ、４２ｆに対応する副室５２ａ、５２ｅ、５２ｆへのガス供給量を減少させる。逆に、制御部７０は、シリンダ４２ｂ、４２ｃ、４２ｄに対応する副室５２ｂ、５２ｃ、５２ｄへのガス供給量を増加させる。ここで、ガス供給量の増加・減少は、対応する絞り弁（５３ａ〜５３ｆ）の開度を増減させることにより行われる。
【００４７】
以上に説明されたように、本発明の第四の実施の形態に係るガスエンジン１０ｃによれば、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける図示平均有効圧力の標準偏差が上記目標値に近づくように制御される。つまり、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける燃焼状態が均一になるように制御される。複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける燃焼状態のばらつきが解消されることは、運転領域が拡大することを意味する。例えば、燃焼状態のばらつきが無くなることで、ノッキングが発生しない点火時期の幅が広がるので、点火時期を更に進角側に設定することが可能となる。同様に、失火が発生しない空燃比の幅も広がる。これらのことにより、エンジン運転における熱効率が向上する。また、運転領域が拡大することにより、ノッキングや失火が発生する確率が低減される。従って、エンジンの寿命が長くなる。
【００４８】
（第五の実施の形態）
図９は、本発明の第五の実施の形態に係るガスエンジンの構成を示す概略図である。図９において、図２における構成と同様の構成には同一の符号が付され、その説明は適宜省略される。
【００４９】
図９に示されるように、本発明の第五の実施の形態に係るガスエンジン１０ｂにおいて、複数の炭化水素濃度センサ６２ａ〜６２ｆが、複数の排気マニホールド３１ａ〜３１ｆのそれぞれに備えつけられている。この複数の炭化水素濃度センサ６２ａ〜６２ｆは、それぞれ複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆから排出される排気３５ａ〜３５ｆの炭化水素濃度（状態値）を検出し、その炭化水素濃度を示す信号を制御部７０に出力する。この炭化水素は、失火などの原因により未燃のまま排出される燃料の一部を示す。
【００５０】
図１０は、複数の炭化水素濃度センサ６２ａ〜６２ｆによりそれぞれ測定された排気３５ａ〜３５ｆ中の未燃炭化水素の濃度を示すグラフの一例である。図１０に示されるように、複数の排気マニホールド３１ａ〜３１ｆにおける未燃炭化水素濃度として、それぞれ濃度Ｄａ〜Ｄｆが検出されたとする。ここで、これら濃度Ｄａ〜Ｄｆは、所定の期間に測定される濃度データを時間平均することにより算出される。図１０に示されるように、複数の排気マニホールド３１ａ〜３１ｆのそれぞれに対して測定された濃度Ｄａ〜Ｄｆは同じではない。
【００５１】
この時、制御部７０は、複数の排気マニホールド３１ａ〜３１ｆにおける炭化水素濃度がある目標値になるように、複数の絞り弁５３ａ〜５３ｆのそれぞれにおけるガス供給量を制御する。ここで、その目標値として、例えば、検出された濃度Ｄａ〜Ｄｆの平均値Ｄａｖｅが挙げられる。この平均値Ｄａｖｅは、Ｄａｖｅ＝（Ｄａ＋Ｄｂ＋Ｄｃ＋Ｄｄ＋Ｄｅ＋Ｄｆ）／６により与えられる（図１０における点線を参照）。平均値Ｄａｖｅを目標値として用いることは、制御幅が最小になる点で好ましい。あるいは、その目標値として、検出された濃度Ｄａ〜Ｄｆの中間値（図１０におけるＤｄもしくはＤｅ）が挙げられる。中間値を目標値として用いることは、検出されたある排気マニホールドにおける炭化水素濃度が異常な値である場合に有効である。
【００５２】
具体的な制御部７０によるガス供給量の制御は次の通りである。すなわち、制御部７０は、検出された濃度が目標値より大きいシリンダに備え付けられた副室へのガス供給量を減少させる。また、制御部７０は、検出された濃度が目標値より小さいシリンダに備え付けられた副室へのガス供給量を増加させる。例えば、図５に示された検出結果によれば、制御部７０は、排気マニホールド３１ａ、３１ｅ、３１ｆに対応する副室５２ａ、５２ｅ、５２ｆへのガス供給量を減少させる。逆に、制御部７０は、排気マニホールド３１ｂ、３１ｃ、３１ｄに対応する副室５２ｂ、５２ｃ、５２ｄへのガス供給量を増加させる。ここで、ガス供給量の増加・減少は、対応する絞り弁（５３ａ〜５３ｆ）の開度を増減させることにより行われる。
【００５３】
以上に説明されたように、本発明の第五の実施の形態に係るガスエンジン１０ｂによれば、複数の排気マニホールド３１ａ〜３１ｆにおける炭化水素濃度が上記目標値に近づくように制御される。つまり、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける燃焼状態が均一になるように制御される。複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける燃焼状態のばらつきが解消されることは、運転領域が拡大することを意味する。例えば、燃焼状態のばらつきが無くなることで、ノッキングが発生しない点火時期の幅が広がるので、点火時期を更に進角側に設定することが可能となる。同様に、失火が発生しない空燃比の幅も広がる。これらのことにより、エンジン運転における熱効率が向上する。また、運転領域が拡大することにより、ノッキングや失火が発生する確率が低減される。従って、エンジンの寿命が長くなる。
【００５４】
以上に説明されたガスエンジン１０ａ、１０ｂ、１０ｃは、工場・病院・ビル等における自家発電機、コージェネレーションシステムなどに適用される。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】図１は、従来の副室式ガスエンジンの構成を示す概略図である。
【図２】図２は、本発明の第一の実施の形態に係るガスエンジンの構成を示す概略図である。
【図３】図３は、本発明の第一の実施の形態に係る、複数の点火栓温度センサにより測定された複数の点火栓の温度を示すグラフである。
【図４】図４は、本発明の第二から第四の実施の形態に係るガスエンジンの構成を示す概略図である。
【図５】図５は、本発明の第二の実施の形態に係る、シリンダ内圧力センサによって測定された圧力波形を示すグラフである。
【図６】図６は、本発明の第二の実施の形態に係る、複数のシリンダにおける最高圧力の標準偏差を示すグラフである。
【図７】図７は、本発明の第三の実施の形態に係る、複数のシリンダにおける図示平均有効圧力を示すグラフである。
【図８】図８は、本発明の第四の実施の形態に係る、複数のシリンダにおける図示平均有効圧力の標準偏差を示すグラフである。
【図９】図９は、本発明の第五の実施の形態に係るガスエンジンの構成を示す概略図である。
【図１０】図１０は、本発明の第五の実施の形態に係る、複数の炭化水素濃度センサにより測定された未燃炭化水素の濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
【００５６】
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ    ガスエンジン
２１    吸気マニホールド
２５    主室混合気
３１    排気マニホールド
３５    排気
４０    エンジン本体
４２    シリンダ
４４    点火栓
５１    副室燃料ガス供給管
５２    副室
５３    絞り弁
５５    副室燃料ガス
６１    点火栓温度センサ
６２    炭化水素濃度センサ
６３    シリンダ内圧力センサ
７０    制御部
【図１】
2005240712.tif 000003
【図２】
2005240712.tif 000004
【図３】
2005240712.tif 000005
【図４】
2005240712.tif 000006
【図５】
2005240712.tif 000007
【図６】
2005240712.tif 000008
【図７】
2005240712.tif 000009
【図８】
2005240712.tif 000010
【図９】
2005240712.tif 000011
【図１０】
2005240712.tif 000012