(57)【要約】【課題】ガスエンジンにおいて給気中に気体燃料を噴射供給する燃料供給弁の異常を検知する装置および方法、特に、燃料供給弁において運転中に発生する閉弁時のガス漏洩を検出することができるガスエンジンにおける燃料供給弁の異常検知装置および方法を提供する。【解決手段】燃料供給弁２６に設置した振動センサ５１と、燃料供給弁の開閉タイミングを表示する信号を供給するサイクル位相供給装置と、振動センサ５１から供給される振動測定信号と燃料供給弁の開閉タイミング表示信号を入力し燃料供給弁２６の開閉に伴う振動に基づいて燃料供給弁の異常を判定して異常信号を出力する異常発信装置５０と、を備えて、開閉時の振動強度に基づいて燃料供給弁の異常を検出し警報する。【選択図】図１
2012132420.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ガスエンジンにおいて気体燃料を給気ポートに供給する燃料供給弁の異常を検知する異常検知装置であって、
前記燃料供給弁に設置した振動センサと、
前記燃料供給弁の開閉タイミングを表示する信号を供給するサイクル位相信号供給装置と、
前記振動センサから供給される振動測定信号と前記燃料供給弁の開閉タイミングを表示する信号を入力し前記燃料供給弁の開閉に伴う振動を判別し該判別された振動に基づいて前記燃料供給弁の異常を判定して異常信号を出力する異常発信装置と、を備えることを特徴とする
ガスエンジンにおける燃料供給弁の異常検知装置。
【請求項２】
前記サイクル位相信号供給装置が前記ガスエンジンのエンジン制御装置であって、前記燃料供給弁の開閉タイミングを表示する信号が、前記エンジン制御装置から入力する前記燃料供給弁の開閉指令信号であることを特徴とする
請求項１記載のガスエンジンにおける燃料供給弁の異常検知装置。
【請求項３】
前記サイクル位相信号供給装置が前記ガスエンジンのクランク軸の回転位相を検出する回転位相計であって、前記燃料供給弁の開閉タイミングを表示する信号が、該回転位相計から直接にあるいはエンジン制御装置を介して間接に供給されることを特徴とする
請求項１記載のガスエンジンにおける燃料供給弁の異常検知装置。
【請求項４】
前記異常発信装置は、前記燃料供給弁の開閉に伴う振動が所定の閾値以下の値になったときに前記燃料供給弁の異常と判定することを特徴とする
請求項１から３のいずれか１項に記載のガスエンジンにおける燃料供給弁の異常検知装置。
【請求項５】
前記異常発信装置は、前記燃料供給弁の開閉に伴う振動がそれ以前のものと比較して所定の値以上に低下したときに前記燃料供給弁の異常と判定することを特徴とする
請求項１から３のいずれか１項に記載のガスエンジンにおける燃料供給弁の異常検知装置。
【請求項６】
ガスエンジンにおいて気体燃料を給気ポートに供給する燃料供給弁の異常を検知する異常検知方法であって、
前記燃料供給弁の開閉タイミングにおいて検出する該燃料供給弁の振動強度が所定値以下まで低下したときにまたはそれまでの値と比較して所定の値以上低下したとき、前記燃料供給弁の異常と判定して異常検知信号を出力することを特徴とする
ガスエンジンにおける燃料供給弁の異常検知方法。
【請求項７】
請求項１から５のいずれか１項に記載の燃料供給弁の異常検知装置を備えたガスエンジン。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスエンジンにおいて給気中に気体燃料を噴射供給する燃料供給弁の異常を検知する装置および方法、特に、燃料供給弁において運転中に発生する閉弁時のガス漏洩を検出することができる異常検知装置および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
圧縮天然ガス、液化プロパンガス、圧縮水素などの気体燃料を利用するガスエンジンは、電力供給はもとより、排熱を利用したコージェネレーション設備などにも利用できる、高効率でクリーンなエンジンとして大きな注目を集めている。
一般に、多連のシリンダを備えるガスエンジンは、気体燃料供給系として、ガス燃料貯留装置から圧力調整弁とフィルタを通って気体燃料が供給される燃料ガス供給ヘッダーと、エンジンシリンダ毎に設けられ、燃料ガス供給ヘッダーから枝管を介して気体燃料が供給される燃料供給弁とを備える。燃料供給弁は、給気ポート内に気体燃料を噴射することにより、所定量の燃料ガスを均等に混合した給気を生成して、エンジンサイクル毎に開く給気弁を介してエンジンシリンダ内に供給するように構成されている。
【０００３】
ガスエンジンでは、エンジンサイクル毎に気体燃料を供給する必要があり、また、エンジンシリンダ内で効率よく燃焼させるため、ガス濃度を的確に調整する必要がある。さらに、ガスエンジンでは、エンジンシリンダに供給する燃料の容積がガソリンなどの液体燃料と比較して大きい。
このため、燃料供給弁には、たとえば電磁力駆動により開弁期間を規定することによって正確に計量して燃料ガスを供給できるようにした、短いストロークで大きな開口を形成する形式の、大容量で高速動作可能な電磁弁が利用されている。
【０００４】
このような燃料供給弁として、弁体と弁座が複数の同心円状の溝が付いた大面積の平面で接するようになっていて、開弁時にはたとえば０．３ｍｍ弱程度のわずかなストロークでも弁体の溝と弁座の溝が連通して開口となるため大量のガスを通すことができ、強力なソレノイドと強力なバネにより全閉と全開の間で２〜３ｍｓ程度の高速開閉を行うことができる、ソレノイド駆動のフェースタイプのポペット弁などを使用することができる。
【０００５】
燃料供給弁の燃料ガスの供給側には目の細かいフィルタが設置されており、また給気配管から燃料供給弁への逆流は少ないので、普通は、異物が燃料供給弁の弁座部分に到達することはない。しかし、フィルタの異常やエンジンシリンダにおける異常によっては、燃料供給弁に異物が侵入して噛み込む事態が発生しないともいえない。燃料供給弁は、弁体と弁座の大面積のフェース同士が当接して閉止するので、フェースの間に異物が噛み込むと、わずかなギャップができただけでも大量のガスが漏れ出すことになる。
【０００６】
燃料供給弁にガス漏洩異常が発生すると、エンジンシリンダにおける混合気のガス濃度が可燃範囲より濃くなって燃焼しなくなる場合があるばかりでなく、未燃の混合気が排気マニホールドに流れ下って他のエンジンシリンダからの排気ガスと集合して混合したときに、排気ガス中の酸素によって燃料ガスが希釈されて、排気マニホールド内の混合気が可燃範囲に属する空燃比を示すようになる場合が生じる。
排気マニホールドにおける混合気が可燃範囲にあれば、排気マニホールドで着火し燃焼することにより放出されるエネルギが、排気マニホールドの下流に存在する過給機、排気ガス浄化用の触媒、ボイラ、消音機などを損傷させるおそれがある。
【０００７】
このため、燃料供給弁の閉弁時にガス漏洩が生じたときには、直ちにそれを検知して、エンジンの停止など、何らかの対策をとることができるようにすることが望まれる。このためには、ガスエンジンの動作中に燃料供給弁のガス漏洩を直ちに検知する異常検知装置が必要となる。
【０００８】
ガスエンジンでは、給気行程中に燃料供給弁により燃料ガスを計量して給気ポートに供給する。燃料ガスの計量は、燃料供給弁の開弁期間を所定時間に区切ることにより行われる。すなわち、燃料供給弁は、決まったクランク角度位置で開けて、所定の角度進んだ予定のクランク角度位置で閉じることにより、決まった量の気体燃料を給気中に供給する。
電磁石を働かせて燃料供給弁を開けるときに弁体に設けられた磁性体が磁石に衝突して振動や騒音が発生し、また、電磁石の励磁を止めてバネで弁体を弁座に押し付けるときに弁体と弁座が当たって振動や騒音が発生する。
【０００９】
なお、燃料供給弁に異物の噛み込みなどの異常が生じて正常時と異なる衝突が起こったときには、指定のクランク角度位置において、通常時と異なる振動が生じることになる。異物の噛み込みが原因のときは、特に、弁体の移動距離が減少したり、柔らかい異物が弁体と弁座の間に介在して衝突エネルギが緩和されたりすることから、閉弁時における振動が緩和する。
このように、燃料供給弁が異物を噛み込んで正しく閉止できなくなったときには、弁体の開閉運動に伴い発生する振動に変化が生じる。
ただし、弁体のストロークはサブミリ水準で極めて短いため、発生する振動や騒音は給排気弁において発生するものと比較すると顕著ではない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００６−２５０１４１号公報
【特許文献２】特開２００２−２４０４７９号公報
【００１１】
特許文献１は、ロータリエンジンなどのガスエンジンに燃料として水素を供給する水素噴射弁について、閉止時に開いたままとなりガスの漏洩を生じる開故障を検出する装置について開示している。開示された開故障検出装置は、水素噴射弁の上流に遮断弁を設けて、検査するときに水素噴射弁と遮断弁を閉止して、これら弁に挟まれた燃料供給通路内の圧力を観察し、圧力が低下すれば水素噴射弁に漏洩があると判断するものである。
特許文献１記載の装置は、水素の遮断弁を閉止して検査する必要があるので、エンジンが停止しているときにしか検査できない。したがって、運転中に異物が噛み込んで完全な閉止ができなくなる事故を発生後直ちに検知して対策することには使用できない。
【００１２】
特許文献２は、内燃機関の吸排気弁に異物が噛み込まれたときにこれを確実に検出して機関が始動不良などに陥ることがないように対応するための異物噛み込み検出手段が開示されている。ここで、異物噛み込み検出手段として、圧縮行程における回転速度、スタータに流れる電流値、給排気管内の温度の他に、機関の振動を挙げており、シリンダブロックに振動センサを取り付けて、ノッキングによる振動や給排気弁の着座に伴って発生する振動を検出して利用する。
【００１３】
特許文献２記載の装置は、給排気弁における異物の噛み込みを検出するもので、多様な機関の振動から給排気弁の着座に伴って発生する閉弁振動を区別して検出するため、バンドパスフィルタを使って振動を選別したり、閉弁タイミングを予想して実際の閉弁振動のタイミングが予想から４回以上続けて外れたときに噛み込みが発生したと判定したりしている。
シリンダヘッドに設置された燃料供給弁の着座振動はストロークが小さく面接触であるため、給排気弁の着座振動と比較すると小さく、シリンダブロックに取り付けられた振動センサによっては確実に検出することは困難である。
また、閉弁振動のタイミングが予想値と４回以上連続してずれたことで判定するのでは、燃料供給弁の異常状態が長くなり過ぎて、排気マニホールドにおける着火燃焼を避けることができない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで、本発明が解決しようとする課題は、ガスエンジンにおいて給気中に気体燃料を噴射供給する燃料供給弁の異常を検知して報知できる装置および方法、特に、燃料供給弁において運転中に発生する閉弁時の気体燃料漏洩を迅速に検出することができるガスエンジンにおける燃料供給弁の異常検知装置および方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
上記課題を解決するため、本発明のガスエンジンにおいて気体燃料を給気ポートに供給する燃料供給弁の異常検知装置は、燃料供給弁に設置した振動センサと、燃料供給弁の開閉タイミングを表示する信号を供給するサイクル位相信号供給装置と、振動センサから供給される振動測定信号と燃料供給弁の開閉タイミング表示信号を入力し燃料供給弁の開閉に伴う振動に基づいて燃料供給弁の異常を判定して異常信号を出力する異常発信装置と、を備えることを特徴とする。
異常発信装置は、燃料供給弁の開閉に伴う振動が所定の閾値以下の値になったときに燃料供給弁の異常と判定するものであってもよい。また、燃料供給弁の開閉に伴う振動がそれまでの値と比較して所定の値以上に減少したときに燃料供給弁の異常と判定してもよい。
【００１６】
また、上記課題を解決するため、本発明のガスエンジンにおいて気体燃料を給気ポートに供給する燃料供給弁の異常検知方法は、燃料供給弁の開閉タイミングにおいて検出する燃料供給弁の振動が、所定値以上に低下したときまたは以前の値と比較して所定値以上に低下したとき、燃料供給弁の異常として報知することを特徴とする。
【００１７】
本発明のガスエンジンにおける燃料供給弁の異常検知装置および方法は、燃料供給弁の弁座が配置される筐体に振動センサを設けて、振動センサで測定した燃料供給弁の開閉に伴う振動が正常時の振動と強度が異なるときに、燃料供給弁に異常が発生したと判断して警報する。
したがって、燃料供給弁に漏洩事故が発生したときには、同じサイクル中で給気行程が終了した直後に燃料供給弁の異常を検知することができる。
本発明により、エンジン運転中に発生した異物噛み込みなど、燃料供給弁の異常を発生後直ちに高い信頼性で検知して報知するので、燃料漏洩事故が大きな事故に発展しないように適切な対策をとることができる。
【００１８】
なお、異常検知装置は、サイクル位相に基づいて、クランク軸の回転が適宜な位相位置になったときに、振動センサから振動情報を取得するようにしてもよい。サイクル位相は、クランク軸の回転を検出する回転位相計から直接入力する測定信号に基づいて判定することができる。また、エンジン制御装置を経由して入力することもできる。さらに、特定の位相位置では、エンジン制御装置が生成する燃料供給弁の開閉指令信号を入力して情報取得タイミングとして利用することもできる。
【発明の効果】
【００１９】
本発明のガスエンジンにおける燃料供給弁の異常検知装置および方法は、ガスエンジンにおいて燃料供給弁に異物の噛み込みなどを原因とする閉弁期間の漏洩異常が発生したときに、エンジンの稼働中でも直ちに異常を検知して異常信号を発生するので、排気マニホールドにおける燃焼などの事故に発展する前に有効な措置をとることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の１実施例に係るガスエンジンにおける燃料供給弁の異常検知装置を説明するフローシートである。
【図２】本実施例における燃料供給弁の構造を概念的に示す断面図である。
【図３】本実施例における振動センサの取付位置を示す断面図である。
【図４】本実施例の異常検出原理を説明するグラフである。
【図５】本実施例の異常検出手順を説明する流れ図ある。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、図面を参照して、本発明のガスエンジンにおける燃料供給弁の異常検知装置および方法の実施形態について説明する。なお、図番の異なる図面においても、同一の機能を有する構成要素には同一の参照番号を付して、理解の容易化を図った。
図１は、本発明の１実施例に係る燃料供給弁の異常検知装置を適用したガスエンジンの概要を示すフローシートである。
【００２２】
本実施例に係る複数のシリンダを備えたガスエンジン１０は、液体燃料を使う内燃機関と同様、各シリンダがそれぞれシリンダヘッド２０とエンジンシリンダ１１の側壁とピストン１２で囲まれた空間を燃焼室とし、燃焼室には給気弁１５を介して給気ポート１３が接続され、排気弁１６を介して排気ポート１４が接続されている。
給気弁１５を開いて燃焼室に燃料ガスと混合された給気を供給し、圧縮した後に点火プラグ１９で点火すると燃焼室内のガスが膨張してピストン１２がエンジンシリンダ１１の中を押し下げられ、コネクティングロッドを介してクランク軸２１を回転させる。
【００２３】
クランク軸２１は、ガスエンジンを構成する多連のシリンダそれぞれのピストンにより適宜な位相差をもって駆動されて連続的に回転する。クランク軸２１の回転に伴いピストン１２が下死点を通過して押し上げられている間に排気弁１６が開いて、燃焼ガスが排気ポート１４を通して排除される。
クランク軸２１が回転することにより発電機２２を駆動して電力を生成することができる。
燃焼室は、ピストン１２が往復運動する主燃焼室１７と、主燃焼室１７の天井部に開口を有し点火プラグ１９が設けられた副室１８で構成して、性能向上を図っている。
【００２４】
給気は、過給機３５を通って給気マニホールド２３に供給される。給気マニホールド２３は、複数のシリンダの給気ポート１３と枝管で接続され、各シリンダに均質の給気を分配する。なお、過給機３５は排気ガスのエネルギを使って給気の密度を高めるもので、給気の密度を高めることによってエンジンの出力を増大させることができる。
【００２５】
ガスエンジン１０の各シリンダでは、シリンダ毎に、それぞれ給気ポート１３において給気中に気体燃料を噴射注入して、適宜なガス濃度を有する混合気を生成し燃焼室に供給する。
一方、排気ポート１４に排出された排気ガスは、複数のシリンダの排気ポート１４と枝管で接続された排気マニホールド２４に集合した後に、過給機３５、脱臭脱硝装置３６、ボイラ３７、消音機３８などの排気ガス処理装置を順次通過して、大気に放出される。
脱臭脱硝装置３６は、吸着材や触媒などを用いて、臭気成分と窒素酸化物を除去する装置である。また、各機器を繋ぐ配管には、安全弁を設けて予期しない高圧が掛かると破裂板が割れて高圧ガスを外気に放出して、機器類に過剰圧力が掛からないようにしている。
【００２６】
気体燃料は、ボンベやタンクなどの気体燃料貯留装置３１に供給され保持されていて、遮断弁３２を介してレギュレータ３３に供給され、レギュレータ３３で適宜な圧力に調整された上で燃料ヘッダー２５に供給される。燃料ヘッダー２５は、シリンダ毎に枝管２８を備えて、枝管２８の先に絞り３４を介して燃料供給管２９を接続している。絞り３４を設けると、給気ポート１３に気体燃料を流すときに燃料ヘッダー２５の圧力に大きな影響を及ぼさない効果がある。
燃料供給管２９の下端は燃料供給弁２６の供給口に接続されて、燃料供給弁２６にヘッダー２５からの気体燃料を供給する。
【００２７】
燃料供給弁２６は、わずかなストロークで大きな開口を形成して短時間で大量のガスを流せる電磁弁で、図２に概念的に示すように、平板で形成された弁座４６と、弁座の平板の平面と接して流路を遮断する平板で形成された弁体４５を有する、ソレノイド駆動のフェースタイプのポペット弁などが使用される。なお、よく使用される燃料供給弁２６は、弁体４５の平板と弁座４６の平板に、それぞれ同心円状に貫通溝が形成されていて、弁体４５と弁座４６が平面接触するときには、貫通溝同士が互いにずれて当たって通路を遮断して閉弁状態になり、弁体４５と弁座４６が離れるときには僅かに別れただけで複数の貫通溝同士が導通して大きな開口を形成するようになっている。開弁時には弁体４５が電磁石４３により弁座４６から離れる方向に引きつけられ、閉弁時には弁体４５はバネ４４により弁座４６に押し付けられる。
【００２８】
また、燃料ヘッダー２５における気体燃料を十分高い圧力に調整して、燃圧と給気圧との差圧を５０〜２００ｋＰａ程度にすることにより、大流量を確保することができる。
さらに、燃料供給弁２６の弁体４５を引きつける電磁石４３は強力で、弁体４５を弁座４６から短時間で引き外して大きな開口を形成させることができ、また、弁体４５を弁座４６に押し付けるバネ４４も強力であるので、弁の開閉は２〜３ｍｓ程度の速い応答性を有する。
なお、燃料供給弁２６の開弁時間により、気体燃料の供給量を高い再現性を持って設定することができる。
燃料供給弁２６の弁座４６近傍の筐体外壁には、弁体４５と弁座４６が衝突するときに発生する振動を検出する振動センサ５１が固設されている。
【００２９】
各シリンダの制御は、エンジン制御装置４０により実施される。エンジン制御装置４０には、たとえば給気ポート１３に設けられた圧力発信器４２から供給される給気圧信号や、クランク軸２１の回転位相を測定する回転位相計４１から供給されるクランク角度信号や、発電機２２の性能を測定する諸元の指標などを入力して、ガスエンジン１０の運転状況を把握する。
【００３０】
エンジン制御装置４０は、これらの情報に基づき、発電機２２の現状出力を算定して、設定された目標出力と比較し、偏差がある場合は、その偏差を解消するように各種の制御変数を調整する。エンジン制御装置４０により、給気圧を用いて給気中に供給する気体燃料の量を調整し、燃焼室中の空燃比を制御することができる。また、クランク角度に基づいて、各シリンダについて、点火プラグ１９、給気弁１５、排気弁１６、燃料供給弁２６などの開閉タイミングを算定し、これらに作動指令を発する機能を有する。
なお、エンジン制御装置４０は、必要なときには、全てのシリンダにおける燃料供給弁２６に閉弁指令を与えるなどして、エンジンの緊急停止を行うことができる。
【００３１】
本実施例に係る燃料供給弁の異常検知装置は、燃料供給弁２６の異常を稼働中に検出することができる機能を有することを特徴とする。
燃料供給弁２６は、平板で形成された弁座４６と、弁座４６の平板の平面と接して流路を遮断する平板で形成された弁体４５を有し、０．３ｍｍ未満の極めて小さなストロークで開閉の切り替えをする。
このため、極めて小さな異物が嵌入しただけでも弁体４５の平面と弁座４６の平面が密着して閉止することができなくなり、弁の閉止不良となって、大量の気体燃料が漏洩して給気中に混入する。
【００３２】
燃料供給弁２６にガスが漏洩する異常が発生すると、燃焼室における混合気のガス濃度が可燃範囲より濃い側にずれて爆発を起こさなくなったり、未燃の混合気が排気マニホールド２４に流れ下って他のシリンダからの排気ガスと集合して排気ガス中の未燃焼の酸素と混合したときに、排気マニホールド２４内の混合気の空燃比が可燃範囲に入るようになったりするおそれがある。
また、給気弁１５が閉弁状態になった後でも漏洩のため気体燃料が供給されて、給気ポート１３に燃料過濃の混合気が生成するので、この混合気が次の給気行程で燃焼室に供給されても燃焼せずに排気ポート１４に排出され、排気マニホールド２４において他のシリンダからの排気ガスと集合したときに可燃範囲にある混合気が継続的に生成するおそれをもたらす。
【００３３】
排気マニホールド２４における混合気が可燃範囲にあって着火し燃焼することにより余剰のエネルギが放出されると、排気マニホールド２４の下流に存在する過給機３５の構造、脱臭脱硝装置３６の吸着剤や触媒、ボイラ３７の熱交換器、消音機３８の構造などを損傷させるおそれがある。
これらの装置が損傷を受ければ、大がかりな補修工事が必要となり、大きな被害を受けることになる。
【００３４】
このため、本実施例では、燃料供給弁２６の閉弁時にガス漏洩が生じたときに、直ちにそれを検知して報知する異常検知装置を備えることにより、エンジン制御装置４０に警報信号を伝送して予め決められた緊急停止措置などをとるようにしたり、運転員に報知して高度な判断の下に、エンジンの緊急停止など、適宜な対策をとるようにしたりすることを可能にしている。
本実施例の異常検知装置は、燃料供給弁２６に設置した振動センサ５１と、燃料供給弁２６の開閉タイミングを表示する信号を供給するサイクル位相信号供給装置として働く回転位相計４１と、振動センサ５１から供給される振動測定信号と燃料供給弁２６の開閉タイミング表示信号を入力し燃料供給弁２６の開閉に伴う振動に基づいて燃料供給弁２６の異常を判定して異常信号を出力する異常発信装置５０と、を備える。
【００３５】
図３は、燃料供給弁２６の開閉に伴う振動を測定する振動センサ５１を設置する位置を説明する一部切り欠き正面図である。
燃料ヘッダー２５から気体燃料を供給する燃料供給管２９が燃料供給弁２６の入り口に接続されている。燃料供給弁２６の出口は給気ポート１３に開口していて、燃料供給弁２６が開弁状態のときに給気ポート１３の給気中に気体燃料を噴射して混合させるようになっている。燃料供給弁２６の開弁期間により気体燃料を計量して給気中に供給することができる。
【００３６】
ここで、振動センサ５１は、燃料供給弁２６の弁座位置近くの側壁に取り付けられて、弁の開閉に伴って発生する弁体４５と電磁石４３の磁芯、弁体４５と弁座４６が衝突したときの振動を測定して振動測定信号を異常発信装置５０に伝送する。
しかし、エンジンは大小色々な振動を発生しており、燃料供給弁２６における異常の判定に利用できる振動は、燃料供給弁２６の弁体４５と弁座４６が衝突したときの振動だけである。しかも、弁体４５と弁座４６の衝突により発生する振動は、ストロークも小さく必ずしも大きくはない。
【００３７】
そこで、異常発信装置５０に備わる信号処理装置が、振動センサ５１から入力された振動測定信号のうちからこれら衝突の発生タイミングと同期する振動のみを抽出することにより、燃料供給弁２６の開閉に伴う振動を表す信号を分別した上で、振動レベルの変化を評価して異物の噛み込みを検出する。
【００３８】
図４は、燃料供給弁２６の開閉に伴う振動の処理方法の原理を説明するグラフである。
グラフは横軸に時間をとり、上段のグラフでは縦軸に弁の開閉状態をとって燃料供給弁の開閉タイミングを表示し、中段に表示した正常時の振動強度の変化を概念的に表すグラフと下段に表示した異常時の振動強度の変化を概念的に表すグラフでは、縦軸に振動センサの検出する加速度レベルすなわち振動強度を表示するものである。
【００３９】
図４に表示した振動強度は説明の便宜から、燃料供給弁２６の開閉に伴う振動の強度のみを表している。実際には、燃料供給弁２６に対する開弁指令信号と閉弁指令信号が発生された前後の適当な期間のみ窓が開くようにした時間フィルタを適用することにより、振動センサ５１の出力信号から開閉に伴う振動の強度を抽出することができる。開弁指令信号と閉弁指令信号は、エンジン制御装置４０が回転位相計４１で検出するクランク軸２１の回転位相に基づいて算定して、燃料供給弁２６に対して供給するので、同時に異常発信装置５０に供給するようにするだけで、異常発信装置５０が弁の開閉したタイミングを知って振動の継続時間幅を持った時間フィルタを生成することができる。
また、回転位相計４１の出力信号を直接またはエンジン制御装置４０を介して異常発信装置５０に供給して、異常発信装置５０自体がクランク軸の回転位相に基づいて上記の時間フィルタを生成してもよい。
【００４０】
正常なときの燃料供給弁２６の開弁時と閉弁時の振動は、それぞれほぼ同じ強さで繰り返し発生する。これに対して、弁体４５と弁座４６の間に異物が挟まった状態で閉弁したときは、弁体４５と弁座４６の平面同士が衝突する面の間に緩衝物が介在することになるので、弁体４５と弁座４６の衝突により発生する振動や騒音の強度が低下する。なお、燃料供給弁２６の開弁に伴い弁体の磁性体と電磁石４３の磁芯が衝突するときの振動状態は余り変化しない。
【００４１】
したがって、特に閉弁時における振動に注目して、振動強度が平時より弱くなったときに異物の噛み込みが生じたと判定することができる。振動強度の弱化は、それまでの閉弁時の振動レベルと比較することで検出することができる。また、予め適当な閾値を見出しておいて、振動強度がその閾値より小さくなったときに燃料供給弁２６に異常が発生したと判定することができる。異常発生を検出したときには異常警報信号を発信する。
【００４２】
この判定手順は単純であるが、燃料供給弁２６に異常が発生したら気体燃料の漏洩が始まるとほぼ同時に異常を検知することができるので、排気ガスの後処理工程に重大な影響を与える前に適切な対策をとる余裕が生じる。
異常発信装置５０が、異常検出時に異常発生を報知する信号をエンジン制御装置４０に供給して、エンジン制御装置４０が直ちにエンジンを緊急停止する措置をとるようにすれば、排気マニホールド２４における混合気の燃焼は起こらず、排ガス処理工程における各機器に損傷を与えないようにすることができる。
また、異常発信装置５０が発生する警報信号をエンジン制御装置４０に直接供給しないで、異常発信装置５０が異常発生の報知をし、操作員がその報知を受けてエンジン制御装置４０を介し適宜の対策を施すようにしてもよい。
【００４３】
図５は、燃料供給弁２６の異常検知装置が実行する異常検出手順を例示して説明する流れ図である。
本実施例の異常検知装置は、エンジン制御装置４０からクランク軸の回転位相に基づいて得られたサイクル位相の情報を取り込んで（Ｓ１１）、燃料供給弁２６の閉弁タイミングを知って（Ｓ１２）、振動センサ５１から供給される振動測定結果から閉弁時に弁座４６で発生する振動を抽出する（Ｓ１３）。
【００４４】
こうして抽出された振動をそれまでの閉弁タイミングにおける振動強度と比較し（Ｓ１４）、振動強度が閾値より低下した場合は、燃料供給弁２６に異常が発生したと判断して異常検出信号を発生する（Ｓ１５）。なお、現時点が燃料供給弁２６の閉弁タイミングでないときや（Ｓ１２）、振動強度が閾値より高いときは（Ｓ１４）、再び第１の段階（Ｓ１１）に戻って次の作業手順を開始する。
異常検出信号は、エンジン制御装置４０に供給して、緊急停止操作を開始させるようにしてもよい。あるいは、操業者の判断を求めるために警報に留めるようにしてもよい。
【００４５】
図５に表した手順は、異常発信装置５０が、エンジン制御装置４０から取得する位相信号に基づいて燃料供給弁２６の振動を評価するタイミングを選択するようにしたものである。これに代えて、異常発信装置５０がサイクル位相情報をクランク軸２１に設置した回転位相計４１から直接受信するようにすることもできる。また、エンジン制御装置４０から供給される燃料供給弁２６の閉弁指令信号を受信して利用することもできる。
なお、本実施例における異常発信装置は、専用の電子回路により構成してもよく、また汎用のマイクロコンピュータにより構成することもできる。さらに、ガスエンジンのための制御装置を構成する電子回路の一部により構成するようにしてもよい。
【００４６】
本実施例は、副室を備えた４サイクルガスエンジンを例にとって発明を説明するものであるが、副室がなくても、また２サイクルエンジンであっても、発明に係る技術的思想を適用できることはいうまでもない。また、図で説明するガスエンジンは発電機を駆動するものであるが、車輪やスクリューなどを駆動して車両や船舶の運行に利用するものであってもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４７】
本発明のガスエンジンにおける燃料供給弁の異常検知装置および方法は、燃料供給弁の異常を発生直後に検出するので、検出信号をそのまま制御装置に供給して緊急停止をしたり、操作員に報知して適切な対処を促したりして、燃焼ガス処理工程の諸装置や触媒などを破損することを防止することができ、ガスエンジンを使用する発電や回転動力分野などにおいて、効果的に利用することができる。
【符号の説明】
【００４８】
１０  ガスエンジン
１１  エンジンシリンダ
１２  ピストン
１３  給気ポート
１４  排気ポート
１５  給気弁
１６  排気弁
１７  主燃焼室
１８  副室
１９  点火プラグ
２０  シリンダヘッド
２１  クランク軸
２２  発電機
２３  給気マニホールド
２４  排気マニホールド
２５  燃料ヘッダー
２６  燃料供給弁
２８  燃料供給管（枝管）
２９  燃料供給管
３１  気体燃料貯留装置
３２  遮断弁
３３  レギュレータ
３４  絞り
３５  過給機
３６  脱臭脱硝装置
３７  ボイラ
３８  消音機
４０  エンジン制御装置
４１  回転位相計
４２  圧力センサ
４３  電磁石
４４  バネ
４５  弁体
４６  弁座
５０  異常発信装置
５１  振動センサ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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