(57)【要約】【課題】周辺環境に適応して効率良く稼動することができ、また周辺環境の変動に敏感に対応することができるガスエンジン及び点火時期制御・記憶装置を提供すること【解決手段】点火時期制御・記憶装置１００は、エンジンの運転環境を検出する状態検出部６０と、制御部７０と、マップデータ９０を格納する記憶部８０とを備える。状態検出部６０は、検出された運転環境を示す状態信号を制御部７０に出力する。制御部７０は、シリンダ４２ａ〜４２ｆ内の混合気に点火を行う点火時期θｉｇｎを調整する。ここで、所定の範囲内の運転環境の集合を運転区域とし、その運転区域に対して指標となる点火時期θｉｇｎを代表点火時期θｒｅｐｒとする。この時、マップデータ９０は、複数の運転区域のそれぞれに対する複数の代表点火時期θｒｅｐｒを格納する。制御部７０は、調整された点火時期θｉｇｎから更新点火時期θｎｅｗを算出し、検出された運転環境を含む運転区域に対する代表点火時期θｒｅｐｒを更新点火時期θｎｅｗで置き換えることにより、マップデータ９０を更新する。【選択図】      図１
2005315128.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エンジンの運転環境を検出する状態検出部と、
シリンダ内の混合気に点火を行う点火時期を調整する制御部と、
マップデータを格納する記憶部と
を具備し、
前記状態検出部は、検出された前記運転環境を示す状態信号を前記制御部に出力し、
所定の範囲内の前記運転環境の集合を運転区域とし、前記運転区域に対して指標となる前記点火時期を代表点火時期とするとき、
前記マップデータは、複数の前記運転区域のそれぞれに対する複数の前記代表点火時期を格納し、
前記制御部は、調整された前記点火時期から更新点火時期を算出し、前記検出された運転環境を含む前記運転区域に対する前記代表点火時期を前記更新点火時期で置き換えることにより、前記マップデータを更新する
点火時期制御・記憶装置。
【請求項２】
請求項１に記載の点火時期制御・記憶装置において、
前記制御部は、前記調整された点火時期を暫定点火時期として第一サンプリング周期に従ってサンプリングし、所定数の前記暫定点火時期に基づき前記更新点火時期を算出する
点火時期制御・記憶装置。
【請求項３】
請求項２に記載の点火時期制御・記憶装置において、
前記制御部は、連続してサンプリングされた前記所定数の暫定点火時期に基づいて、前記更新点火時期を算出する
点火時期制御・記憶装置。
【請求項４】
請求項２又は３に記載の点火時期制御・記憶装置において、
前記制御部は、所定の分布範囲内に収まる前記所定数の暫定点火時期に基づいて、前記更新点火時期を算出する
点火時期制御・記憶装置。
【請求項５】
請求項４に記載の点火時期制御・記憶装置において、
前記所定数の暫定点火時期のいずれかが前記所定の分布範囲外にある場合、前記制御部は、前記第一サンプリング周期より短い第二サンプリング周期に従って前記暫定点火時期をサンプリングし、
前記制御部は、所定数の前記暫定点火時期が前記所定の分布範囲内に収まるまでサンプリング周期の短縮を繰り返し、サンプリング周期が特定値より短くなった場合、エラー信号を出力する
点火時期制御・記憶装置。
【請求項６】
請求項２乃至５のいずれかに記載の点火時期制御・記憶装置において、
前記制御部は、前記所定数の暫定点火時期を平均することによって、前記更新点火時期を算出する
点火時期制御・記憶装置。
【請求項７】
請求項１乃至６のいずれかに記載の点火時期制御・記憶装置において、
前記複数の代表点火時期の初期値は、トレースノック点より遅角側に設定される
点火時期制御・記憶装置。
【請求項８】
請求項１乃至７のいずれかに記載の点火時期制御・記憶装置において、
前記記憶部は、前記代表点火時期の更新履歴を示す履歴データを更に格納する
点火時期制御・記憶装置。
【請求項９】
請求項１乃至８のいずれかに記載の点火時期制御・記憶装置において、
前記制御部は、前記状態信号及び前記マップデータを参照して、前記検出された運転環境に最も近い複数の前記運転区域に対する複数の代表点火時期に基づき、基本となる前記点火時期である基本点火時期を決定する
点火時期制御・記憶装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の点火時期制御・記憶装置において、
前記制御部は、前記検出された運転環境に最も近い３つの前記運転区域に対する３点の前記代表点火時期に基づき、前記基本点火時期を決定する
点火時期制御・記憶装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の点火時期制御・記憶装置において、
前記制御部は、前記３点の前記代表点火時期を平均することにより、前記基本点火時期を決定する
点火時期制御・記憶装置。
【請求項１２】
請求項１０に記載の点火時期制御・記憶装置において、
前記制御部は、前記３点の前記代表点火時期を補間することにより、前記基本点火時期を決定する
点火時期制御・記憶装置。
【請求項１３】
請求項９乃至１２のいずれかに記載の点火時期制御・記憶装置において、
前記状態検出部は、前記エンジンにおけるノッキングの状態を示すノック指数を検出し、検出された前記ノック指数を示すノック指数信号を更に前記制御部に出力し、
前記制御部は、前記ノック指数が所定の設定値になるまで、前記点火時期を前記基本点火時期から変化させ、又、前記ノック指数が前記所定の設定値に保たれるように、前記点火時期を調整する
点火時期制御・記憶装置。
【請求項１４】
シリンダと、
請求項１乃至１３のいずれかに記載の点火時期制御・記憶装置と
を具備し
前記点火時期制御・記憶装置は、前記シリンダにおける前記点火時期を制御する
ガスエンジン。
【請求項１５】
複数のシリンダと、
請求項１乃至１３のいずれかに記載の点火時期制御・記憶装置と
を具備し
前記点火時期制御・記憶装置は、前記複数のシリンダのそれぞれにおける前記点火時期を独立して制御する
ガスエンジン。
【請求項１６】
請求項１４又は１５に記載のガスエンジンにおいて、
前記運転環境は、前記シリンダに供給される吸気の圧力を含む
ガスエンジン。
【請求項１７】
請求項１４又は１５に記載のガスエンジンにおいて、
前記運転環境は、前記シリンダに供給される吸気の温度を含む
ガスエンジン。
【請求項１８】
請求項１４又は１５に記載のガスエンジンにおいて、
前記運転環境は、前記シリンダに供給される吸気の絶対湿度を含む
ガスエンジン。
【請求項１９】
請求項１４又は１５に記載のガスエンジンにおいて、
前記運転環境は、機関回転数を含む
ガスエンジン。
【請求項２０】
請求項１４又は１５に記載のガスエンジンにおいて、
前記運転環境は、前記シリンダ内の燃焼における空気過剰率を含む
ガスエンジン。
【請求項２１】
請求項１４乃至２０のいずれかに記載のガスエンジンを搭載した自家発電機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、エンジンに関し、特にガスエンジン及びそのガスエンジンの点火時期制御・記憶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
都市ガスやバイオガスを燃料として駆動するガスエンジンが知られている。このガスエンジンは、消費電力や環境への負荷が少なく、ガス冷暖房機、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。このように、ガスエンジンが適用され得る分野は様々であり、ガスエンジンが設置される場所や周辺環境も様々である。また、ガスエンジンには、長期的に運転され得る高い耐久力が要求される。
【０００３】
一般的に、エンジンの運転において、ノッキング発生の抑制と機関トルクの向上の間に、トレードオフ関係が存在する。シリンダ（気筒）で混合気に点火するタイミング（以下、「点火時期」と参照される）を、ノッキングが発生しないように最適に設定する技術として以下のものが公知である。
【０００４】
特許文献１に開示されたノック制御装置は、ノック感度判定手段を備える。ここで、「ノック感度」は、点火時期をノッキング（ノック）が始まる点から進角させた際の、ノック音強度の増加の割合と定義される。このノック感度は、気温や気圧のような環境条件や、機関回転数のような機関条件に依存して変化する。特許文献１に開示されたノック制御装置によれば、ノック感度判定手段により検出されたノック感度に応じて、点火時期の進角スピードあるいは遅角スピードが変更される。
【０００５】
特許文献２に開示された点火時期制御装置は、内燃機関の運転状態に基づいて基本点火時期を算出し、また、ノッキングの発生状況に応じた点火時期の「遅角量」を学習する。その基本点火時期にその学習した遅角量が反映され、内燃機関における点火時期が制御される。ここで、特許文献２に開示された点火時期制御・記憶装置は、間引き制御手段を備え、学習した遅角量の基本点火時期への反映を所定の点火回数毎に間引き制御する。例えば、２回点火するうち１回はその遅角制御が行われない。
【０００６】
【特許文献１】特開２０００−７３９２５号公報
【特許文献２】特開２００３−３９４１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、設置場所や周辺環境に適応して最適な点火時期を高精度に決定し、効率良く稼動することができるガスエンジン及びその点火時期制御・記憶装置を提供することにある。
【０００８】
本発明の他の目的は、周辺環境や運転状態の変動に敏感に対応し、効率良く稼動することができるガスエンジン及びその点火時期制御・記憶装置を提供することにある。
【０００９】
本発明の更に他の目的は、運転状態の長期的な変動を監視することができるガスエンジン及びその点火時期制御・記憶装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
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。
【００１１】
本発明に係る点火時期制御・記憶装置（１００）は、エンジンの運転環境を検出する状態検出部（６０）と、制御部（７０）と、マップデータ（９０）を格納する記憶部（８０）とを備える。状態検出部（６０）は、検出された運転環境を示す状態信号を制御部（７０）に出力する。制御部（７０）は、シリンダ（４２ａ〜４２ｆ）内の混合気に点火を行う点火時期（θｉｇｎ）を調整する。ここで、所定の範囲内の運転環境の集合を運転区域と定義し、その運転区域に対して指標となる点火時期（θｉｇｎ）を代表点火時期（θｒｅｐｒ）と定義する。この時、マップデータ（９０）は、複数の運転区域のそれぞれに対する複数の代表点火時期（θｒｅｐｒ）を格納する。制御部（７０）は、調整された点火時期（θｉｇｎ）から更新点火時期（θｎｅｗ）を算出し、検出された運転環境を含む運転区域に対する代表点火時期（θｒｅｐｒ）を更新点火時期（θｎｅｗ）で置き換えることにより、マップデータ（９０）を更新する。このように、マップデータ（９０）は、最新の運転情報が反映され更新される。従って、季節等に拠り変動する運転環境に対応した最適な点火時期（θｉｇｎ）が決定される。つまり、設置場所や周辺環境に適応して効率良く稼動することが可能となる。
【００１２】
本発明に係る点火時期制御・記憶装置（１００）において、制御部（７０）は、調整された点火時期（θｉｇｎ）を暫定点火時期（θｐｒｏｖ）として第一サンプリング周期（Ｔａ）に従ってサンプリングする。そして、制御部（７０）は、所定数の暫定点火時期（θｐｒｏｖ）に基づき更新点火時期（θｎｅｗ）を算出する。制御部（７０）は、連続してサンプリングされた所定数の暫定点火時期（θｐｒｏｖ）に基づいて、更新点火時期（θｎｅｗ）を算出する。また、制御部（７０）は、所定の分布範囲内に収まる所定数の暫定点火時期（θｐｒｏｖ）に基づいて、更新点火時期（θｎｅｗ）を算出する。制御部（７０）は、所定数の暫定点火時期（θｐｒｏｖ）を平均することによって、更新点火時期（θｎｅｗ）を算出する。所定数の暫定点火時期（θｐｒｏｖ）のいずれかが所定の分布範囲外にある場合、制御部（７０）は、第二サンプリング周期（Ｔｂ）に従って暫定点火時期（θｐｒｏｖ）をサンプリングする。この第二サンプリング周期（Ｔｂ）は、第一サンプリング周期（Ｔａ）より短い。このように、制御部（７０）は、所定数の暫定点火時期（θｐｒｏｖ）が所定の分布範囲内に収まるまで、サンプリング周期の短縮を繰り返す。これにより、マップデータ（９０）の更新が迅速に行われる。従って、周辺環境や運転状態の変動に応じて、最適な点火時期（θｉｇｎ）を迅速に決定することが可能となる。サンプリング周期が特定の値より短くなった場合、制御部（７０）は、エラー信号を出力する。
【００１３】
本発明に係る点火時期制御・記憶装置（１００）のマップデータ（９０）において、複数の代表点火時期（θｒｅｐｒ）の初期値は、複数の運転区域に対して、トレースノック点より遅角側に設定される。これにより、初動運転時のノッキングの発生が防止される。
【００１４】
本発明に係る点火時期制御・記憶装置（１００）において、記憶部（８０）は、代表点火時期（θｒｅｐｒ）の更新履歴を示す履歴データ（９５）を更に格納する。従って、運転状態の長期的な変動が監視される。このような履歴データ（９５）は、長期間にわたり高い耐久力が要求されるガスエンジンに対して好適である。
【００１５】
本発明に係る点火時期制御・記憶装置（１００）において、制御部（７０）は、状態信号及びマップデータ（９０）を参照して、基本となる点火時期（θｉｇｎ）である基本点火時期（θｂａｓｅ）を決定する。ここで、その基本点火時期（θｂａｓｅ）は、検出された運転環境に最も近い複数の運転区域に対する複数の代表点火時期（θｒｅｐｒ）に基づき算出される。例えば、基本点火時期（θｂａｓｅ）は、検出された運転環境に最も近い３つの運転区域に対する３点の代表点火時期（θｒｅｐｒ）に基づき算出される。具体的には、制御部（７０）は、その３点の代表点火時期（θｒｅｐｒ）を平均することにより、基本点火時期（θｂａｓｅ）を決定する。あるいは、制御部（７０）は、３点の代表点火時期（θｒｅｐｒ）を補間することにより、基本点火時期（θｂａｓｅ）を決定する。マップデータ（９０）において、代表点火時期（θｒｅｐｒ）が更新され、代表点の数が時間的に増加するに従い、演算の精密度が増加する。これにより、最適な点火時期（θｉｇｎ）が、高精度に決定される。
【００１６】
本発明に係る点火時期制御・記憶装置（１００）において、状態検出部（６０）は、エンジンにおけるノッキングの状態を示すノック指数（Ｋｎ）を検出し、検出されたノック指数（Ｋｎ）を示すノック指数信号を更に制御部（７０）に出力する。制御部（７０）は、ノック指数（Ｋｎ）が所定の設定値になるまで、点火時期（θｉｇｎ）を基本点火時期（θｂａｓｅ）から変化させる。また、制御部（７０）は、ノック指数（Ｋｎ）が所定の設定値に保たれるように、点火時期（θｉｇｎ）を調整する。
【００１７】
本発明に係るガスエンジン（１０）は、シリンダ（４２ａ〜４２ｆ）と、上述の点火時期制御・記憶装置（１００）を備える。この点火時期制御・記憶装置（１００）は、シリンダ（４２ａ〜４２ｆ）における点火時期（θｉｇｎ）を制御する。また、本発明に係るガスエンジン（１０´）は、複数のシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）と、点火時期制御・記憶装置（１００´）とを備える。この点火時期制御・記憶装置（１００´）は、複数のシリンダ（４２ａ〜４２ｆ）のそれぞれにおける点火時期（θｉｇｎ）を独立して制御する。これにより、点火時期（θｉｇｎ）更に精密に制御され、エンジンが更に効率よく駆動される。
【００１８】
本発明に係るガスエンジン（１０）及びその点火時期制御・記憶装置（１００）において、上記運転環境は、シリンダ（４２ａ〜４２ｆ）に供給される吸気（２５）の圧力（Ｐｓ）を含む。また、上記運転環境は、シリンダ（４２ａ〜４２ｆ）に供給される吸気（２５）の温度（Ｔｓ）を含む。また、上記運転環境は、シリンダ（４２ａ〜４２ｆ）に供給される吸気（２５）の絶対湿度（Ｈｓ）を含む。また、上記運転環境は、機関回転数（Ｎｅ）を含む。また、上記運転環境は、シリンダ（４２ａ〜４２ｆ）内の燃焼における空気過剰率（λ）を含む。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のガスエンジン及びその点火時期制御・記憶装置によれば、ガスエンジンは、設置場所や周辺環境に適応して最適な点火時期を高精度に決定し、効率良く稼動することが可能である。
【００２０】
本発明のガスエンジン及びその点火時期制御・記憶装置によれば、ガスエンジンは、周辺環境や運転状態の変動に敏感に対応し、効率良く可動することが可能である。
【００２１】
本発明のガスエンジン及びその点火時期制御・記憶装置によれば、運転状態の長期的な変動が監視される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
添付図面を参照して、本発明によるガスエンジン及びその点火時期制御・記憶装置について説明する。
【００２３】
（第一の実施の形態）
図１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ブロック図である。図１において、ガスエンジン１０はシリンダブロック４０を有し、そのシリンダブロック４０は、複数のシリンダ（気筒）４２ａ〜４２ｆを備える。その複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれのシリンダヘッドには、それぞれの混合気に点火を行う複数の点火栓４４ａ〜４４ｆが設けられる。その複数の点火栓４４ａ〜４４ｆはコントローラ５０に接続され、そのコントローラ５０は、複数の点火栓４４ａ〜４４ｆのそれぞれに点火信号を出力し、点火動作を実行させる。
【００２４】
複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆは、吸気マニホールド２２及び排気マニホールド３２のそれぞれの管に接続される。燃料ガスと空気の混合気である吸気２５は、吸気管２１からガバナスロットル２３を通り吸気マニホールド２２のそれぞれの管に分配され、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれに供給される。供給された吸気２５（混合気）は、シリンダ内のピストンの運動により圧縮され、複数の点火栓４２ａ〜４２ｆにより点火される。ここで、混合気に点火するタイミング（以下、「点火時期θｉｇｎ」と参照される）は、ピストンの上死点（TDC; Top Dead Center）近傍であり、後述される点火時期制御・記憶装置により精密に制御される。複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおいて燃焼した後のガスは、排気マニホールド３２を通り排気管３１から排気３５として排気される。
【００２５】
図１に示されるように、本発明の第一の実施の形態に係るガスエンジン１０は、点火時期制御・記憶装置１００を備える。点火時期制御・記憶装置１００は、状態検出部６０と、制御部７０と、記憶部８０とを備える。制御部７０は、後述されるように、コントローラ５０を介して複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける点火時期θｉｇｎを制御する。この制御部７０は、マイクロコンピュータなどの電子制御装置により構成される。記憶部８０は、制御部７０により実行されるプログラムや、制御部７０により処理されるデータ（後述されるマップデータ９０や履歴データ９５等）を格納する。また、記憶部８０は、制御部７０による演算処理の作業領域として使用される。
【００２６】
状態検出部６０は、ガスエンジン１０の運転環境を検出し、検出した運転環境を示す状態信号を所定の周期で制御部７０に出力する。例えば、状態検出部は、ガスエンジン１０の定常運転中、一時間に一度この状態信号を制御部７０に出力する。この運転環境として、シリンダ４２ａ〜４２ｆ内の燃焼における空気過剰率λ、機関回転数Ｎｅ、及び吸気２５の圧力Ｐｅ、温度Ｔｅ、絶対湿度Ｈｅ等が挙げられる。ここで、空気過剰率λは、実際の空燃比を理論空燃比で割った値を示す。
【００２７】
例えば、図１に示されるように、ガスエンジン１０は排気管３１内に排気センサ３７を備え、状態検出部６０は排気検出部６１を備える。排気センサ３７は、排気管３１から排出される排気３５の状態を検出する。具体的には、排気センサ３７は濃度計を有しており、排気３５中の酸素濃度を検出する。排気検出部６１は、排気センサ３７により検出された酸素濃度に基づき、一般的な計算方法により空気過剰率λを算出する。そして、排気検出部６１は、算出された空気過剰率λを示す信号（状態信号）を、制御部７０に出力する。
【００２８】
また、ガスエンジン１０は回転数センサ５７を備え、状態検出部６０は回転数検出部６２を備える。回転数センサ５７は、クランクシャフト近傍に設置され、クランクシャフトの回転速度を検出する。回転数検出部６２は、検出された回転速度に基づき機関回転数Ｎｅを算出し、算出された機関回転数Ｎｅを示す信号（状態信号）を、制御部７０に出力する。
【００２９】
また、ガスエンジン１０は吸気センサ２７を備え、状態検出部６０は吸気検出部６０を備える。吸気センサ２７は、吸気マニホールド２２に供給される吸気２５の状態を検出する。具体的には、吸気センサ２７は、圧力計・温度計（例えば熱電対）・絶対湿度計を有し、それらは吸気２５の圧力Ｐｅ、温度Ｔｅ、絶対湿度Ｈｅを検出する。吸気検出部６０は、検出された吸気２５の圧力Ｐｅ、温度Ｔｅ、絶対湿度Ｈｅを示す信号（状態信号）を、制御部７０に出力する。
【００３０】
更に、状態検出部６３は、ガスエンジン１０におけるノッキングの状態を検出するノック強度検出部６３を備える。そのため、例えば燃焼圧センサ４７がシリンダヘッドに備え付けられ、その燃焼圧センサ４７はシリンダ内の圧力波形を測定する。ノック強度検出部６３は、測定された圧力波形に基づき、発生しているノッキングの強度を示す指数（以下、ノック指数Ｋｎと参照される）を算出する。例えば、点火時における圧力Ｐｉｇｎと、最大圧力ＰＭＡＸの比ＰＭＡＸ／Ｐｉｇｎを所定の値で規格化することにより、ノック指数Ｋｎは算出される。本明細書において、ノック指数Ｋｎの値が１の場合（Ｋｎ＝１）、ノッキングが発生し始める点（トレースノック点）に点火時期θｉｇｎがあるとする。ノック指数Ｋｎが１より大きい場合（Ｋｎ＞１）、点火時期θｉｇｎがトレースノック点より進角している、つまりノッキングが発生している。また、ノック指数Ｋｎが１より小さい場合（Ｋｎ＜１）、点火時期θｉｇｎがトレースノック点より遅角しているとする。そして、ノック強度検出部６３は、算出されたノック指数Ｋｎを示すノック指数信号を制御部７０に出力する。ここで、ノック指数信号の出力は定常的に実行される。
【００３１】
制御部７０は、これら状態信号、ノック指数信号及び記憶部８０に格納されたマップデータ９０に基づいて各種演算を実行し、その演算結果に基づいて複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおける点火時期θｉｇｎを制御する。以下、記憶部８０に格納されたマップデータ９０の構造について、詳しく説明する。
【００３２】
図２は、本発明に係るガスエンジン１０におけるマップデータ９０の構造を示す概念図である。本発明において、マップデータ９０は、ある運転環境に対して指標となる点火時期θｉｇｎを示す。例えば、図２において、絶対湿度Ｈｓ・空気過剰率λ・点火時期θｉｇｎのそれぞれを座標軸（Ｈｓ軸・λ軸・θ軸）とした空間（以下、マップ空間と参照される）が示されている。λ軸とＨｓ軸により形成される面は、複数の区域（運転区域）に区切られている。つまり、一つの運転区域は、ある範囲内の運転環境（絶対湿度Ｈｓ・空気過剰率λ）の集合を示す。このマップ空間において、一つの運転区域に対して、指標となる点火時期θｉｇｎ（以下、「代表点火時期θｒｅｐｒ」と参照される）を示す一つの点（以下、代表点と参照される）が与えられる。例えば、運転区域Ａに対して代表点ａｎが与えられ、運転区域Ｂに対して代表点ｂｎが与えられている。つまり、マップデータ９０は、複数の運転区域のそれぞれに対する複数の代表点火時期θｒｅｐｒを格納する。
【００３３】
図３は、θ軸方向から見た時のマップ空間を示す。図３において、運転区域Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅのそれぞれに代表点ａｎ、ｂｎ、ｃｎ、ｄｎ、ｅｎが与えられているとする（その他の運転区域に対しては、後述される初期値が与えられているとする）。この時、図３に示されるように、それら複数の代表点間が直線で結ばれ、複数の三角形からなる一つの面（以下、データ面と参照される）が形成される。制御部７０は、マップデータ９０が示すこのデータ面を参照することによって、ある運転環境に対して制御の基本となる点火時期θｉｇｎ（以下、「基本点火時期θｂａｓｅ」と参照される）を決定することができる。
【００３４】
例えば、状態検出部６０から出力された状態信号が示す運転環境（絶対湿度Ｈｓ及び空気過剰率λ）が、図３の点Ｘで示される値であったとする。この時、制御部７０は、検出された運転環境Ｘに最も近い複数の運転区域に対する複数の代表点に基づいて、基本点火時期θｂａｓｅを決定する。具体的には、制御部７０は、運転環境Ｘに最も近い３つの運転区域、すなわち運転区域Ａ、Ｂ、Ｅに対する３点の代表点ａｎ、ｂｎ、ｅｎに基づいて、基本点火時期θｂａｓｅを決定する。例えば、その３点の代表点ａｎ、ｂｎ、ｅｎが示す代表点火時期θｒｅｐｒをそれぞれθａ、θｂ、θｅとすると、基本点火時期θｂａｓｅは、その３点の代表点火時期θａ、θｂ、θｅを補間することにより算出される。つまり、３点の代表点ａｎ、ｂｎ、ｅｎにより形成される三角形面と、点Ｘからθ軸方向に伸びる直線との交点に対応する点火時期θｉｇｎが基本点火時期θｂａｓｅとして決定される。または、基本点火時期θｂａｓｅは、その３点の代表点火時期の平均（θａ＋θｂ＋θｅ）／３として算出されてもよい。あるいは、制御部７０は、運転環境Ｘに最も近い２つの運転区域（運転区域ＡとＥ）に対する２点の代表点（代表点ａｎ、ｅｎ）に基づいて、基本点火時期θｂａｓｅを決定してもよい。つまり、基本点火時期θｂａｓｅは、２点の代表点ａｎ、ｅｎを補間することにより算出される。
【００３５】
このように、本発明の第一の実施の形態に係るガスエンジン１０によれば、検出された運転環境Ｘに最も近い複数の運転区域に対する複数の代表点に基づいて、基本点火時期θｂａｓｅが決定される。これにより、あらゆる運転環境において、基本点火時期θｂａｓｅが高精度に決定される。尚、この基本点火時期θｂａｓｅの算出は、所定の周期で実行される。
【００３６】
基本点火時期θｂａｓｅが決定されると、制御部７０は、点火時期θｉｇｎをこの基本点火時期θｂａｓｅに設定し、制御信号をコントローラ５０に出力する。これにより、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆにおいて、その基本点火時期θｂａｓｅに従って点火が行われる。次に、制御部７０は、ノック強度検出部６３から出力されるノック指数信号を参照しながら、ノック指数Ｋｎの値が１になるまで（トレースノック点まで）、点火時期θｉｇｎを変化させる。つまり、ノック指数Ｋｎの値が１より大きい場合、制御部７０は、点火時期θｉｇｎを遅角させる。逆に、ノック指数Ｋｎの値が１より小さい場合、制御部７０は、点火時期θｉｇｎを進角させる。その後、制御部７０は、ノック指数Ｋｎの値が１に保たれるように、点火時期θｉｇｎを定常的に調整する。
【００３７】
次に、マップデータ９０における代表点火時期θｒｅｐｒを更新する方法について説明する。制御部７０は、上記のように調整された点火時期θｉｇｎを所定のサンプリング周期に従ってサンプリングする。このサンプリングされる点火時期θｉｇｎは、以下「暫定点火時期θｐｒｏｖ」と参照される。図４は、そのサンプリング処理を説明するためのグラフである。図４において、サンプリングされた暫定点火時期θｐｒｏｖの時間的な推移が示される。例えば、時間ｔ１において、暫定点火時期θｐｒｏｖがサンプリングされ、その暫定点火時期θｐｒｏｖを示す点（以下、暫定点と参照される）Ｐ１が、このグラフにプロットされる。同様に、時間ｔ２、ｔ３・・・において、暫定点がそれぞれグラフに追加される。このようなグラフは、マップデータ９０における運転区域毎に作成される。そして、各々のグラフに対して、状態検出部６０から出力される状態信号に基づき、暫定点が適宜追加されていく。図４においては、運転区域Ａ（図２参照）に対するグラフが示されている。
【００３８】
図４に示されるように、まず、暫定点（暫定点火時期θｐｒｏｖ）は、周期Ｔａ（第一サンプリング周期）に従ってサンプリングされる。そして、制御部７０は、所定の数（判定サンプリング数）の暫定点に基づき、直近のエンジン運転における代表的な点火時期（以下、更新点火時期θｎｅｗと参照される）を算出する。例えば、その判定サンプリング数として５個が例示される。また、その判定サンプリング数の暫定点は、連続していることが好ましい。つまり、図４に示された例の場合、制御部７０は、時刻ｔ５において、暫定点Ｐ１〜Ｐ５に基づいて更新点火時期θｎｅｗを算出する。例えば、暫定点Ｐ１〜Ｐ５のそれぞれに対応する５点の暫定点火時期θｐｒｏｖの平均値が、更新点火時期θｎｅｗとして算出される。
【００３９】
制御部７０は、算出された更新点火時期θｎｅｗを、運転区域Ａに対する新たな代表点火時期θｒｅｐｒとして採用する。つまり、制御部７０は、元の代表点ａｎを消去し、更新点火時期θｎｅｗを示す代表点ａｎ＋１（ｎは自然数）を新たにプロットする（図２参照）。このように、記憶部８０に格納されたマップデータ９０は、最新の運転情報が反映され更新される。従って、本発明に係るガスエンジン１０によれば、運転環境に対応した最適な点火時期θｉｇｎが決定される。また、その運転区域に対する代表点が初期設定点（後述）である場合、制御部７０は、更新点火時期θｎｅｗを示す代表点を、代表点ａ１としてマップデータ９０に登録する。新たな運転区域に対して代表点が設定された場合、その代表点と近隣の代表点とによって新たな三角形面が形成される（図３参照）。これは、図３に示される「データ面」が更に精緻になることを意味する。つまり、「データ面」の形状は絶えず変動する。従って、最適な点火時期θｉｇｎが高精度に決定される。このように、本発明に係るガスエンジン１０は、設置場所や周辺環境に適応して効率良く稼動することが可能となる。
【００４０】
また、制御部７０は、判定サンプリング数の暫定点が、所定の分布範囲（判定範囲）内に収まる場合にのみ、更新点火時期θｎｅｗを算出してもよい。図４に示された例の場合、その判定範囲は１度（１deg.）と設定される。この場合も、時刻ｔ５においては、上述されたように暫定点Ｐ１〜Ｐ５に基づいて更新点火時期θｎｅｗが算出される。次に、時刻ｔ６において、暫定点Ｐ６がサンプリングされる。この時、直近の連続した５個の暫定点Ｐ２〜Ｐ６は、図４に示されるように、１度の判定範囲内に収まらない。従って、制御部７０は、更新点火時期θｎｅｗを算出しない。つまり、マップデータ９０の更新は行われない。これと同時に、制御部７０は、サンプリング周期を、第一サンプリング周期Ｔａから第二サンプリング周期Ｔｂに変更する。ここで、その第二サンプリング周期Ｔｂは、第一サンプリング周期Ｔａよりも短く設定される。例えば、第二サンプリング周期Ｔｂは、第一サンプリング周期Ｔａの１／５に設定される。
【００４１】
その後、制御部７０は、第二サンプリング周期Ｔｂに従って、暫定点のサンプリングを続行する。時刻ｔ１０において、暫定点Ｐ１０がサンプリングされる。この時、直近の連続した５個の暫定点Ｐ６〜Ｐ１０は、図４に示されるように、１度の判定範囲内に収まる。従って、制御部７０は、暫定点Ｐ６〜Ｐ１０のそれぞれに対応する５点の暫定点火時期θｐｒｏｖの平均値を、更新点火時期θｎｅｗとして算出する。同時に、制御部７０は、サンプリング周期を、第二サンプリング周期Ｔｂから第一サンプリング周期Ｔａに戻す。その後、再び第一サンプリング周期Ｔａに従って、暫定点Ｐ１１、Ｐ１２・・・がサンプリングされる。
【００４２】
更新点火時期θｎｅｗを算出するかどうかは、判定サンプリング数の暫定点が判定範囲内に収まっている確率に基づいて判定されてもよい。例えば、判定サンプリング数の暫定点が９０％以上の確率で判定範囲内に収まっている場合、制御部７０は、判定範囲内にある暫定点を用いて更新点火時期θｎｅｗを算出する。また、第二サンプリング周期Ｔｂによるサンプリングが一定時間以上継続した場合、制御部７０は、サンプリング周期を、第二サンプリング周期Ｔｂより更に短い第三サンプリング周期Ｔｃに変更してもよい。つまり、判定サンプリング数の暫定点が判定範囲内に収まるまで、サンプリング周期の短縮が繰り返される。サンプリング周期が所定の値より短くなった場合、制御部７０はエラー信号を出力する。
【００４３】
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１０によれば、ノッキングが発生しないように調整された点火時期θｉｇｎが急激に変化した場合、サンプリング周期が短縮される。従って、マップデータ９０の更新が迅速に行われる。すなわち、このガスエンジン１０は、周辺環境や運転状態の変動に敏感に対応し、最適な点火時期θｉｇｎを決定することが可能である。
【００４４】
図５は、本発明に係るガスエンジン１０におけるマップデータ９０の初期構造を示す概念図である。図５において、代表点火時期θｒｅｐｒの初期値が示されている。例えば、運転区域Ａに対して初期値を示す代表点（初期点）ａｉｎｉが与えられ、運転区域Ｂに対して初期点ｂｉｎｉが与えられている。ここで、図５に示されるように、マップデータ９０の初期状態において、全ての運転区域に対して同一の初期値が与えられる。つまり、全ての運転区域に対する全ての初期点は、図５に示される平面ＩＮＩ上にのるように設定される。ここで、その初期値（平面ＩＮＩとθ軸が交わる点における点火時期θｉｇｎの値）は、トレースノック点より遅角側に設定される。これにより、初動運転時にノッキングが発生することが防止される。尚、初期状態のマップデータ９０における「データ面ＩＮＩ」に基づいて基本点火時期θｂａｓｅを決定する場合、上述のアルゴリズムと同様のものが適用され得る。算出される基本点火時期θｂａｓｅは、アルゴリズムに拠らず、必ず初期値となる。
【００４５】
図６は、本発明に係るガスエンジン１０におけるマップデータ９０の更新方法を要約したフローチャートである。まず、制御部７０は、点火時期θｉｇｎを、図５で示された初期値（初期点）に設定する（ステップＳ１）。この点火時期θｉｇｎに従った運転においてノッキングが発生した場合（ステップＳ２；Ｙｅｓ）、制御部７０はエラー信号を出力する。ノッキングが発生しない場合（ステップＳ２；Ｎｏ）、制御部７０は、ノック指数Ｋｎの値が１になるまで（ノッキング限界まで）、点火時期θｉｇｎを進角させる（ステップＳ３）。そして、制御部７０は、ノック指数Ｋｎの値が１に保たれるように、点火時期θｉｇｎを調整する。
【００４６】
次に、制御部７０は、第一サンプリング周期Ｔａに従って、点火時期θｉｇｎを暫定点として記録する（ステップＳ４）。そして、制御部７０は、判定サンプリング数の暫定点が所定の条件に適合するかどうか判定する（ステップＳ５）。「適合」と判定された場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、制御部７０は、更新点火時期θｎｅｗを算出する。算出された更新点火時期θｎｅｗは、その時点の運転環境を含む運転区域に対する代表点火時期θｒｅｐｒとして登録される。あるいは、算出された更新点火時期θｎｅｗにより、代表点火時期θｒｅｐｒは更新される（ステップＳ７）。「不適合」と判定された場合（ステップＳ６；Ｎｏ）、サンプリング周期は、第一サンプリング周期Ｔａより短い第二サンプリング周期Ｔｂに設定される。そして、制御部７０は、その第二サンプリング周期Ｔｂに従って、点火時期θｉｇｎを暫定点として記録する（ステップＳ８）。その後、上記ステップＳ５と同様な処理が繰り返される。判定結果が「適合」であった場合（ステップＳ６；Ｙｅｓ）、マップデータ９０は更新され、サンプリング周期は、第一サンプリング周期Ｔａに戻される。
【００４７】
マップデータ９０の更新は、ガスエンジン１０の定常運転中に所定の間隔をもって実行される。例えば、マップデータ９０の更新は、１日に１回行われる。また、マップデータ９０の更新の際、新たな更新点火時期θｎｅｗが更新前の「データ面」から大きく逸脱した場合、制御部７０は、異常を示すアラームを出力する。
【００４８】
図７は、本発明の第一の実施の形態に係るガスエンジン１０の記憶部８０が格納する履歴データ９５を示す。この履歴データ９５は、ある運転区域における代表点火時期θｒｅｐｒの更新履歴を示す。例えば、図７において、運転区域Ａの代表点ａｎの時間変化（ａ１、ａ２、ａ３、ａ４、ａ５、ａ６・・・）が示されている。他の運転区域に対しても、図７に示されたものと同様な履歴データ９５が用意される。制御部７０は、マップデータ９０が更新される度に、新たな代表点火時期θｒｅｐｒの情報を履歴データ９５にも書き加える。この履歴データ９５によって、エンジン性能の経年変化に伴う代表点火時期θｒｅｐｒの変遷が記録される。つまり、本発明に係るガスエンジン１０によれば、運転状態の長期的な変動が監視される。このような履歴データ９５は、長期間にわたり高い耐久力が要求されるガスエンジンに対して好適である。
【００４９】
以上の説明において、マップデータ９０が示す運転環境として絶対湿度Ｈｓと空気過剰率λが選択されたが、運転環境の組み合わせはこれに限られない。空気過剰率λ、機関回転数Ｎｅ、吸気２５の圧力Ｐｅ、温度Ｔｅ及び絶対湿度Ｈｅ等の任意の組み合わせのそれぞれに対して、図２に示されたようなマップ空間が形成される。制御部７０は、状態検出部６０からの状態信号及びノック指数信号を参照して、マップ空間の各々を更新する。また、図２や図３において、簡単のため、一つのマップ空間における運転環境として２つの運転環境が示されたが、マップデータ９０の次元は３次元に限られない。マップデータ９０は、任意の数の運転環境を示す次元と、点火時期θｉｇｎを示す一つの次元とを有してもよい。マップデータ９０の次元が高くなる程、基本点火時期θｂａｓｅの算出は精密になる。
【００５０】
本発明の第一の実施の形態に係るガスエンジン１０及びその点火時期制御・記憶装置１００による効果は以下の通りである。制御部７０は、算出した更新点火時期θｎｅｗを、その時点の運転環境を含む運転区域に対する新たな代表点火時期θｒｅｐｒとして採用する。このように、記憶部８０に格納されたマップデータ９０は、最新の運転情報が反映され更新される。従って、季節等に拠り変動する運転環境に対応した最適な点火時期θｉｇｎが決定される。また、マップデータ９０において、代表点火時期θｒｅｐｒを示す代表点の数が時間的に増加するに従い、「データ面」の精密度が増加する。これにより、最適な点火時期θｉｇｎが、制御部７０により高精度に決定される。このように、「データ面」の形状は絶えず変動するため、本発明に係るガスエンジン１０は、設置場所や周辺環境に適応して効率良く稼動することが可能となる。
【００５１】
更に、ノッキングが発生しないように制御部７０により調整された点火時期θｉｇｎが急激に変化した場合、暫定点のサンプリング周期が短縮される。これにより、マップデータ９０の更新が迅速に行われる。従って、周辺環境や運転状態の変動に応じて、最適な点火時期θｉｇｎを迅速に決定することが可能となる。また、記憶部８０に格納される履歴データ９５によって、エンジン性能の経年変化に伴う代表点火時期θｒｅｐｒの変遷が記録される。従って、本発明に係るガスエンジン１０によれば、運転状態の長期的な変動が監視される。このような履歴データ９５は、長期間にわたり高い耐久力が要求されるガスエンジンに対して好適である。
【００５２】
（第二の実施の形態）
図８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ブロック図である。図８において、図１に示された構成と同様の構成には同じ番号が付与され、その説明は適宜省略される。本実施の形態に係るガスエンジン１０´は、点火時期制御・記憶装置１００´を有する。この点火時期制御・記憶装置１００´において、ノック強度検出部６３´は、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれにおけるノッキングの状態を検出する。そのため、複数の燃焼圧センサ４７ａ〜４７ｆが、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれのシリンダヘッドに備え付けられる。各々の燃焼圧センサは、対応するシリンダ内の圧力波形を測定する。ノック強度検出部６３´は、測定された圧力波形に基づき、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれにおけるノック指数Ｋｎを算出する。そして、ノック強度検出部６３´は、算出された複数のノック指数Ｋｎを示すノック指数信号を制御部７０に出力する。ここで、ノック指数信号の出力は定常的に実行される。
【００５３】
マップデータ９０´は、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆの各々に対して作成される。マップデータ９０´の構造は、第一の実施の形態におけるマップデータ９０の構造と同様である（図２、図３、図５参照）。また、マップデータ９０´は、第一の実施の形態における方法と同様の更新方法によって更新される（図４、図６参照）。
【００５４】
履歴データ９５´（図７参照）は、複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆの各々に対して作成される。履歴データ９５´の構造は、第一の実施の形態における履歴データ９５の構造と同様である。また、履歴データ９５´は、第一の実施の形態における方法と同様の更新方法によって更新される。
【００５５】
制御部７０は、状態信号やノック指数信号及び記憶部８０に格納されたマップデータ９０´に基づき、第一の実施の形態における場合と同様に各種演算を実行する。そして、制御部７０は、その演算結果に基づき、コントローラ５０を介して複数のシリンダ４２ａ〜４２ｆのそれぞれにおける点火時期θｉｇｎを独立して制御する。従って、本発明の第二の実施の形態に係るガスエンジン１０´によれば、第一の実施の形態における効果に加え、点火時期θｉｇｎが気筒ごとに精密に制御され、エンジンが更に効率よく駆動されるという効果が得られる。
【００５６】
以上に説明されたガスエンジン１０、１０´は、ガス冷暖房機や、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】
【００５７】
【図１】図１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ブロック図である。
【図２】図２は、本発明に係るガスエンジンにおけるマップデータの構造を示す概念図である。
【図３】図３は、本発明に係るガスエンジンにおけるマップデータの構造を示す概念図である。
【図４】図４は、本発明に係るガスエンジンにおけるマップデータの更新方法を示す説明図である。
【図５】図５は、本発明に係るガスエンジンにおけるマップデータの初期構造を示す概念図である。
【図６】図６は、本発明に係るガスエンジンにおけるマップデータの更新方法を示すフローチャートである。
【図７】図７は、本発明に係るガスエンジンにおける履歴データの構造を示す概念図である。
【図８】図８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ブロック図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０    ガスエンジン
２１    吸気管
２２    吸気マニホールド
２５    吸気
２７    吸気センサ
３１    排気管
３２    排気マニホールド
３５    排気
３７    排気センサ
４０    シリンダブロック
４２    シリンダ
４４    点火栓
４７    燃焼圧センサ
５０    コントローラ
５７    回転数センサ
６０    状態検出部
６１    排気検出部
６２    回転数検出部
６３    ノック強度検出部
６４    吸気検出部
７０    制御部
８０    記憶部
９０    マップデータ
９５    履歴データ
１００    点火時期制御・記憶装置
【図１】
2005315128.tif 000003
【図２】
2005315128.tif 000004
【図３】
2005315128.tif 000005
【図４】
2005315128.tif 000006
【図５】
2005315128.tif 000007
【図６】
2005315128.tif 000008
【図７】
2005315128.tif 000009
【図８】
2005315128.tif 000010