JP2008144649A - 学習機能付きエンジン及びその運転パラメータ設定方法 - Google Patents

Abstract

【課題】多くの運転パラメータを用い、且つ実機（実用エンジン）の運転前にノッキングの発生要因を把握してノッキング発生の防止策を実施可能とし、ノッキング阻止のためにエンジンを停止することを不要としてエンジンの稼動性を向上し、またエンジンの熱効率の低下を伴うことなくノッキング発生を防止可能としたエンジン及びその運転パラメータ設定方法を提供する。
【解決手段】供試エンジンから運転パラメータを複数採取し、該複数の運転パラメータ採取データをタグチメソッドを含む実験計画法によって解析して、前記ノッキングの発生頻度の変化度合いが大きくノッキングを下げ易い運転パラメータの順序に配列し、実用エンジンに、解析結果による運転パラメータの順序でノッキング発生の確認運転を行い、前記解析結果による運転パラメータから当該実用エンジンに適合するノッキング発生防止運転パラメータを選出することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の運転パラメータの少なくとも一つがノッキング発生要因となっているエンジン、特にガスエンジンにおける運転パラメータ設定方法及びかかる運転パラメータ設定方法についての学習機能をそなえた学習機能付きエンジンに関する。

エンジンにおいて、熱効率を上げる手段として、通常、圧縮比を上げる手段あるいは着火タイミングを早める手段等が採用されているが、ガスエンジンにおいては、図４に示されるように、圧縮比を上げあるいは着火タイミングを早めるとノッキングが発生し易いという問題を抱えている。

かかる問題に対処する手段として、特許文献１（特開２００５−９４５７号公報）、特許文献２（特開平１１−１５９３６０号公報）等にて提供されている技術がある。
特許文献１の技術においては、エンジンの筒内圧力を検出し、該筒内圧力検出値及クランク角の検出値を用いて、燃焼診断装置によって、圧縮圧力と圧縮行程前の基準圧力との比である圧縮圧力比、並びに圧縮及び燃焼行程中おける筒内圧力上昇率を算出して、かかる圧縮圧力比及び筒内圧力上昇率が予め設定されたノッキング許容基準値を超えたとき、ノッキングが発生しているものと判定している。
特許文献２の技術においては、筒内圧力検出値及び排気マニホールド圧力の検出値を用い、燃焼診断装置によって筒内圧力検出値あるいは排気マニホールド圧力の検出値が基準値を超えたときノッキング等の異常燃焼が発生したものと判定している。

特開２００５−９４５７号公報 特開平１１−１５９３６０号公報

しかしながら、前記特許文献１（特開２００５−９４５７号公報）、特許文献２（特開平１１−１５９３６０号公報）を含む従来技術にあっては、多くのエンジン運転パラメータのうち、筒内圧力状態の異常（特許文献１，２）や排気マニホールド圧力の異常（特許文献２）によって、ノッキング発生の判断を行っているにとどまっているため、前記筒内圧力や排気マニホールド圧力以外の運転パラメータ、つまり給気圧力、給気温度、燃料ガス供給期間、パイロット燃料の噴射圧力等については、ノッキング発生の要因としていない。
このため、かかる従来技術にあっては、ノッキング発生要因を正確に検知することは困難であり、ノッキングの阻止に適切な措置ができない場合が発生することがある。

また、かかる従来技術にあっては、実機（実用エンジン）の運転時における筒内圧力や排気マニホールド圧力の検出値に基づいて、ノッキングの発生の有無を判断しているため、
ノッキングの阻止策はエンジンの運転中に行うこととなり、ノッキングの阻止の措置を行うためにエンジンを停止する必要がある。このため、エンジンの稼動性が低下するとともにメインテナンス性も低下する。

さらに、エンジンの熱効率はノッキング発生限界近傍で最大レベルになるが、ノッキングの発生を回避するため、エンジンの運転パラメータを変化させると、熱効率が低下することが考えられる。
しかるに、前記従来技術にあっては、ノッキング発生を阻止する手段が開示されているにとどまり、エンジンの熱効率を考慮してノッキング発生を阻止する手段については示されていない。

本発明はこのような従来技術の課題に鑑み、多くの運転パラメータを用い、且つ実機（実用エンジン）の運転前にノッキングの発生要因を把握してノッキング発生の防止策を実施可能とし、ノッキング阻止のためにエンジンを停止することを不要としてエンジンの稼動性を向上し、またエンジンの熱効率の低下を伴うことなくノッキング発生を防止可能としたエンジン及びその運転パラメータ設定方法を提供することを目的とする。

本発明は前述の目的を達成するもので、複数の運転パラメータの少なくとも一つがノッキング発生要因となっているエンジンにおける運転パラメータ設定方法であって、供試エンジンから前記運転パラメータを複数採取し、該複数の運転パラメータ採取データをタグチメソッドを含む実験計画法によって解析して、前記ノッキングの発生頻度の変化度合いが大きくノッキングを下げ易い運転パラメータの順序に配列し、実用エンジンに、解析結果による運転パラメータの順序でノッキング発生の確認運転を行い、前記解析結果による運転パラメータから当該実用エンジンに適合するノッキング発生防止運転パラメータを選出することを特徴とする。

また、かかる運転パラメータ設定方法を適用する学習機能付きエンジンの発明は、複数の運転パラメータの少なくとも一つがノッキング発生要因となっているエンジンにおいて、供試エンジンから複数採取されタグチメソッドを含む実験計画法によって解析して前記ノッキングの発生頻度の変化度合いが大きくノッキングを下げ易い順序に配列した供試エンジン解析データを用いて、前記ノッキングを下げ易い運転パラメータから順に適用してのノッキング発生の確認運転によって、ノッキング防止効果をそなえた運転パラメータとして選出された選出運転パラメータを適用するように構成されたことを特徴とする。

かかる発明によれば、供試エンジンを運転して、各運転パラメータの値を変化させてノッキングを発生させ、各運転パラメータ毎にノッキングが発生する値を検出してタグチメソッドを用いた運転パラメータ〜ノッキング発生度数線図にプロットし、運転パラメータ毎にノッキングの発生頻度の変化度合いが大きくノッキングを下げ易い運転パラメータを順序に配列するという解析を行い、実用エンジンに対して、その運転パラメータとして、前記解析結果による運転パラメータを前記ノッキングを下げ易い運転パラメータから順に適用してノッキング発生の確認運転を行い、ノッキングの発生阻止効果の大きい運転パラメータを一つまたは複数選出する。

従ってかかる発明によれば、ノッキングの発生に関与しそうな複数の運転パラメータについて、供試エンジンを運転してノッキングが発生する値を検出してタグチメソッドを用いた運転パラメータ〜ノッキング発生度数線図にプロットすることにより、複数の運転パラメータについてノッキングを下げ易い運転パラメータを検知し、実用エンジンにて、前記供試エンジンからのデータを学習することによりノッキングを下げ易い運転パラメータを検証して、ノッキング防止効果の大きい運転パラメータを一つあるいは複数選出して、該選出運転パラメータを当該実用エンジンの運転パラメータとして設定するので、従来技術のように燃料噴射タイミング等の限られた一つの運転パラメータではなく、複数の運転パラメータの中から該実用エンジンの学習機能によって、ノッキング発生への影響度合いの大きい運転パラメータ、言い換えればノッキング防止効果の大きい運転パラメータを、一つあるいは複数選出してこれを実用エンジンに設定することが可能となって、ノッキングの発生の防止効果が大きくなる。

また、供試エンジンを運転して得られた複数の運転パラメータの採取データによるタグチメソッドを用いた解析結果に基づき、ノッキングを下げ易い運転パラメータの順序を実機運転前に予め把握しておいて実機で検証するので、実機の稼動運転中にエンジンを停止してノッキングの阻止の措置を行うことは不要となり、エンジンの稼動性及びメインテナンス性を高く保持でできる。

また、本発明は、前記構成に加えて、前記複数の運転パラメータ採取データをタグチメソッドを含む実験計画法によって解析するに際して、前記運転パラメータ採取データを供試エンジンにおける熱効率の変化の小さい順序に配列し、前記実用エンジンに、前記解析結果による運転パラメータを前記ノッキングを下げ易い運転パラメータであって且つ前記熱効率の変化の小さい運転パラメータから順に適用してノッキング発生の確認運転を行い、前記解析結果による運転パラメータから熱効率の変化が一定値よりも小さく且つノッキング発生を阻止できて当該実用エンジンに適合する運転パラメータを選出することを特徴とする。
この発明において、好ましくは、前記実用エンジンでのノッキング発生の有無の確認運転時において、前記解析結果による運転パラメータから、ノッキングの発生頻度の変化度合いが大きくノッキングを下げ易い運転パラメータのうち前記熱効率の低下量が最小の運転パラメータを最適運転パラメータとして選出して、該最適運転パラメータを当該実用エンジンの運転パラメータとして設定する。

また、かかる運転パラメータ設定方法を適用する学習機能付きエンジンの発明は、供試エンジンから複数採取されタグチメソッドを含む実験計画法によって解析して前記ノッキングを下げ易い順で且つ熱効率の変化の小さい順の運転パラメータを適用してのノッキング発生の確認運転によって、ノッキング防止効果をそなえ且つ熱効率の変化が一定値よりも小さい運転パラメータとして選出された選出運転パラメータを適用するように構成されたことを特徴とする。

かかる発明によれば、前記のように、供試エンジンによる採取データを各運転パラメータ毎にノッキングが発生する値を検出してタグチメソッドを用いた運転パラメータ〜ノッキング発生度数線図にプロットする際に、前記熱効率の変化の小さい運転パラメータを前記ノッキング発生データと併せてプロットして、前記運転パラメータ採取データを供試エンジンにおける熱効率の変化の小さい順序に配列し、実用エンジンに、前記ノッキングを下げ易い運転パラメータであって且つ前記熱効率の変化の小さい運転パラメータから順に適用してノッキング発生の確認運転を行うので、複数の運転パラメータの中から該実用エンジンの学習機能によって、ノッキングを下げ易くてノッキング発生への影響度合いが大きく、つまりノッキング防止効果の大きい運転パラメータに加えて熱効率の低下度合いの小さい運転パラメータを設定できる。
これにより、広範囲の運転パラメータ中から、ノッキング防止効果が大きく且つ熱効率の低下度合いの小さい運転パラメータを抽出して設定することが可能となって、熱効率の低下を伴うことなくノッキング発生の防止効果を向上できる。

以上のように、本発明によれば、供試エンジンを運転して複数の運転パラメータについてノッキングが発生する値を検出してタグチメソッドを用いた運転パラメータ〜ノッキング発生度数線図にプロットすることにより、複数の運転パラメータについてのノッキングの発生度合いを検知し、実用エンジンにて、前記供試エンジンからのデータを学習することによりノッキングの発生度合いを検証して、ノッキングを下げ易い運転パラメータを一つあるいは複数選出して、該選出運転パラメータを当該実用エンジンの運転パラメータとして設定するので、複数の運転パラメータの中から該実用エンジンの学習機能によって、ノッキングを下げ易くノッキング防止効果の大きい運転パラメータを、一つあるいは複数選出してこれを実用エンジンに設定することが可能となって、ノッキングの発生の防止効果を向上できる。
また、供試エンジンを運転して得られた複数の運転パラメータの採取データによるタグチメソッドを用いた解析結果に基づき、運転パラメータ毎のノッキングの発生度合い順序を実機運転前に予め把握しておいて実機で検証するので、実機の稼動運転中にエンジンを停止してノッキングの阻止の措置を行うことは不要となり、エンジンの稼動性及びメインテナンス性を高く保持でできる。

また本発明によれば、供試エンジンによる採取データを、タグチメソッドを用いた運転パラメータ〜ノッキング発生度数線図にプロットする際に、ノッキング発生データと併せて、熱効率の変化の小さい運転パラメータをプロットして、運転パラメータ採取データを供試エンジンにおける熱効率の変化の小さい順序に配列し、実用エンジンに、ノッキングを下げ易い運転パラメータであって且つ熱効率の変化の小さい運転パラメータから順に適用してノッキング発生の確認運転を行うことにより、複数の運転パラメータの中から実用エンジンの学習機能によって、ノッキングを下げ易くノッキング防止効果の大きい運転パラメータに加えて熱効率の低下度合いの小さい運転パラメータを設定できる。
これにより、広範囲の運転パラメータ中から、ノッキング防止効果が大きく且つ熱効率の低下度合いの小さい運転パラメータを抽出して設定することが可能となって、熱効率の低下を伴うことなくノッキング発生の防止効果を向上できる。

以下、本発明を図に示した実施例を用いて詳細に説明する。但し、この実施例に記載されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対配置などは特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。

図３は本発明の実施例に係る学習機能付きガスエンジンの全体構成図である。
図３において、ガスエンジン（以下エンジンという）は符号１００で示され、該エンジン１００の排気弁１０５の開弁により排気管１０７を通った排気ガスは過給機１１１のタービン１１１ａに導かれて該タービン１１１ａを駆動する。該タービン１１１ａを駆動した後の排気ガスは図示しない触媒装置で浄化されてから外部に排出される。
前記過給機１１１においてはタービン１１１ａによりこれと同軸のコンプレッサ１１１ｂが回転駆動されて、空気を加圧する。該コンプレッサ１１１ｂによって加圧された空気は空気冷却器１１２で冷却され給気溜め１１３を通って給気管１０６の途中に設けられたガスミキサー１０９に入る。

前記ガスミキサー１０９においては、燃料ガス管１１５及びガス量調整弁１１０を通して供給された燃料ガスと、前記給気管１０６を通して該ガスミキサー１０９に供給された空気とを混合する。そして、該ガスミキサー１０９からの燃料ガスと空気との混合気である給気は、給気管１０６を通り、給気弁１０４の開弁によりエンジン１００の燃焼室１０３内に供給される。
該燃焼室１０３を構成するシリンダ１０２の上部にはパイロット噴射弁をそなえた着火装置１０８が設置され、該着火装置１０８内においては燃料噴射管１１６を通して供給されたパイロット燃料をパイロット噴射弁によって噴射することにより着火燃焼せしめる。
そして該着火装置１０から燃焼火炎を前記燃焼室１０３内に噴出することにより、前記混合気が着火燃焼されてピストン１０１を作動させる主燃焼が行われる。

本発明は、以上のように構成されたガスエンジンに適用される学習機能付きエンジン及び該学習機能付きエンジンの運転パラメータの設定方法に係るものである。
図１は本発明の実施例に係る学習機能付きガスエンジンの運転パラメータ設定方法の制御フローチャート、図２は前記実施例におけるタグチメソッドを用いた運転パラメータ〜ノッキング発生度数線図である。

図１、図２を参照して、本発明の実施例に係る学習機能付きガスエンジンにおける運転パラメータ設定方法について説明する。
図１において、前記エンジン１００とは別個の供試エンジンを準備し、該供試エンジンを運転して、複数の運転パラメータの運転データを採取する（ステップ（１））。
複数の運転パラメータは、次の方法で採取する。
前記複数の運転パラメータとして、燃焼室１０３への混合気の供給圧力である燃焼室ガス供給圧力、該燃焼室１０３への混合気の供給期間であるガス供給期間、給気管１０６内における給気温度、給気圧力、排気管１０７内における排気圧力、前記着火装置１０８におけるパイロット噴射弁のパイロット燃料噴射タイミング、該パイロット燃料噴射圧力等のほか、必要に応じて他の運転パラメータも運転データの採取対象とする。

前記供試エンジンの運転においては、前記各運転パラメータ毎にパラメータ値を変化させてノッキングを発生させ、各運転パラメータのパラメータ値毎にノッキング発生頻度及びそのときの熱効率を計測して供試エンジンからの運転パラメータ採取データとする。
そして、前記各運転パラメータのノッキング発生頻度及びそのときの熱効率についての運転パラメータ採取データを、図２に示されるタグチメソッドを用いた運転パラメータ〜ノッキング発生度数線図にプロットすることにより、各運転パラメータ毎にパラメータ値を変えたときのノッキング発生頻度とそのときの熱効率の関係マップが得られる（ステップ（２））。

次いで、図２に示される前記ノッキング発生頻度とそのときの熱効率の関係マップから、パラメータ値を変えることによってノッキング発生頻度の変化度合いが大きくノッキングを下げ易くなっている運転パラメータの順序を、ノッキングを下げ易い順に配列する（ステップ（３））。
また、前記ノッキング発生頻度に対応して、ノッキング発生頻度の多少に拘わらず熱効率の変化度合い（実際熱効率の低下度合い）の小さい運転パラメータの順序を、熱効率の変化度合いの小さい運転パラメータから順に配列する（ステップ（４））。
次いで、前記ノッキングを下げ易い運転パラメータの配列と、熱効率の変化度合いの小さい運転パラメータの配列とに基づき、ノッキングを下げ易く、且つ熱効率の変化度合いの小さい運転パラメータから順に配列する（ステップ（５））。
たとえば、図２の運転パラメータでは、給気温度が、ノッキング発生頻度の変化度合いが大きくてノッキングを下げ易く且つ熱効率の変化度合いが小さい。一方、パイロット燃料噴射タイミングは、ノッキング発生頻度が少なくなるに従い熱効率が低下するという、背反する結果となる。

次に、供試エンジンの運転データに基づき前記のようにして得られ、ノッキングを下げ易い順に配列された運転パラメータのデータから、ノッキングを下げ易い順に配列された運転パラメータを用いて、実用エンジンに、該実用エンジンの運転パラメータを前記配列によるノッキングを下げ易い順に設定して調整運転を行い、ノッキングの発生阻止効果の大きい運転パラメータを一つまたは複数選出する（ステップ（６））。
次いで、前記供試エンジンの運転によって得られた、ノッキングを下げ易く且つ熱効率の変化度合いの小さい運転パラメータから順に配列された運転パラメータを用いて、実用エンジンに、該実用エンジンの運転パラメータを前記配列によるノッキングを下げ易く且つ熱効率の変化度合いの小さい順に設定して調整運転を行い、ノッキングの発生阻止効果が大きく且つ熱効率の低下が小さい運転パラメータを一つまたは複数選出する（ステップ（７））。
前記ステップ（６）及びステップ（７）の調整運転結果に基づき、ノッキングの発生を、熱効率の低下を最小限に抑えて阻止できる運転パラメータ及び該運転パラメータのパラメータ値を当該実用エンジンの運転パラメータとして設定する（ステップ（８））。

本発明によれば、多くの運転パラメータを用い、且つ実機（実用エンジン）の運転前にノッキングの発生要因を把握してノッキング発生の防止策を実施可能とし、ノッキング阻止のためにエンジンを停止することを不要としてエンジンの稼動性を向上し、またエンジンの熱効率の低下を伴うことなくノッキング発生を防止可能としたエンジン及びその運転パラメータ設定方法を提供できる。

本発明の実施例に係る学習機能付きガスエンジンの運転パラメータ設定方法の制御フローチャートである。 前記実施例におけるタグチメソッドを用いた運転パラメータ〜ノッキング発生度数線図である。 前記実施例における学習機能付きガスエンジンの全体構成図である。 ガスエンジンにおけるノッキング発生限界と着火タイミング及び熱効率との関係線図である。

符号の説明

１００ ガスエンジン（エンジン）
１０１ ピストン
１０３ 燃焼室
１０４ 給気弁
１０５ 排気弁
１０６ 給気管
１０７ 排気管
１０８ 着火装置
１０９ ガスミキサー
１１０ ガス量調整弁
１１１ 過給機

Claims (5)

1. 複数の運転パラメータの少なくとも一つがノッキング発生要因となっているエンジンにおける運転パラメータ設定方法であって、供試エンジンから前記運転パラメータを複数採取し、該複数の運転パラメータ採取データをタグチメソッドを含む実験計画法によって解析して、前記ノッキングの発生頻度の変化度合いが大きくノッキングを下げ易い運転パラメータの順序に配列し、実用エンジンに、解析結果による運転パラメータの順序でノッキング発生の確認運転を行い、前記解析結果による運転パラメータから当該実用エンジンに適合するノッキング発生防止運転パラメータを選出することを特徴とする学習機能付きエンジンの運転パラメータ設定方法。
2. 前記複数の運転パラメータ採取データをタグチメソッドを含む実験計画法によって解析するに際して、前記運転パラメータ採取データを供試エンジンにおける熱効率の変化の小さい順序に配列し、前記実用エンジンに、前記解析結果による運転パラメータを前記ノッキングを下げ易い運転パラメータであって且つ前記熱効率の変化の小さい運転パラメータから順に適用してノッキング発生の確認運転を行い、前記解析結果による運転パラメータから熱効率の変化が一定値よりも小さく且つノッキング発生を阻止できて当該実用エンジンに適合する運転パラメータを選出することを特徴とする請求項１記載の学習機能付きエンジンの運転パラメータ設定方法。
3. 前記実用エンジンでのノッキング発生の有無の確認運転時において、前記解析結果による運転パラメータから、ノッキングの発生頻度の変化度合いが大きくノッキングを下げ易い運転パラメータのうち前記熱効率の低下量が最小の運転パラメータを最適運転パラメータとして選出して、該最適運転パラメータを当該実用エンジンの運転パラメータとして設定することを特徴とする請求項２記載の学習機能付きエンジンの運転パラメータ設定方法。
4. 複数の運転パラメータの少なくとも一つがノッキング発生要因となっているエンジンに
   おいて、供試エンジンから複数採取されタグチメソッドを含む実験計画法によって解析して前記ノッキングの発生頻度の変化度合いが大きくノッキングを下げ易い順序に配列した供試エンジン解析データを用いて前記ノッキングを下げ易い運転パラメータから順に適用してのノッキング発生の確認運転によって、ノッキング防止効果をそなえた運転パラメータとして選出された選出運転パラメータを適用するように構成されたことを特徴とする学習機能付きエンジン。
5. 複数の運転パラメータの少なくとも一つがノッキング発生要因となっているエンジンに
   おいて、供試エンジンから複数採取されタグチメソッドを含む実験計画法によって解析して前記ノッキングを下げ易い順で且つ熱効率の変化の小さい順の運転パラメータを適用してのノッキング発生の確認運転によって、ノッキング防止効果をそなえ且つ熱効率の変化が一定値よりも小さい運転パラメータとして選出された選出運転パラメータを適用するように構成されたことを特徴とする学習機能付きエンジン。
   

Images