燃气发动机的燃烧控制装置制造方法
【专利摘要】一种燃气发动机的燃烧控制装置，目的在于以简易并且低成本的办法抑制所有气缸的爆震，并且在每个气缸中点火正时提前为最大限度提前角，从而提高燃气发动机的输出以及热效率，利用第1计算部(32)根据缸内压波形计算出代表气缸(14a)的爆震临界点火正时(Tia)。利用第2计算部(34)将运转状态量以及发动机基本规格代入算式(1)中而计算出代表气缸(14a)的爆震临界点火正时(Tia’)。利用第3计算部(36)比较爆震临界点火正时(Tia)与(Tia’)而求出校正系数(C)。利用第4计算部(38)基于所求出的校正系数(C)计算出除代表气缸(14a)以外的气缸的爆震临界点火正时(Tib～Tif)。优选的是，在第4计算部(38)中基于利用与燃气发动机(10)相同类型的试验机获得试验数据对每个气缸修改校正系数(C)。
【专利说明】燃气发动机的燃烧控制装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及能够以低成本的技术方案对每个气缸设定爆震临界点火正时、并能够提高发动机输出、燃料消耗性能的燃气发动机的燃烧控制装置。
【背景技术】
[0002]对于燃气发动机来说，由于在气体燃料与空气的混合气体之中传输火焰，因此与燃料的喷射和点火几乎同时发生的柴油发动机相比，容易发生爆震。为了提高燃气发动机的输出、燃料消耗性能，需要点火正时的提前角，但点火正时的提前角受到爆震的限制。即，如图5所示，虽然点火正时的提前角越是提前，热效率越提高，但是点火正时的提前角受到爆震的限制。
[0003]另外，图6所示，由于输出、转速越大，越容易产生爆震，因此提前角可能的区域较窄。图7示出进气温度越高、爆震频率越高。因此，为了避免爆震频率超过阈值，需要使进气温度下降而推迟点火正时的推迟角。另一方面，由于每个气缸的燃烧状态、产生爆震的容易程度不同，因此需要与产生爆震的容易程度相应地对每个气缸设定，不产生爆震而能够以最大限度提前角的爆震临界点火正时。
[0004]在专利文献I中公开了，在具备多个气缸的内燃机中，调整点火正时从而对各气缸进行防爆震控制的方案。该方案的爆震的检测方法利用检测气缸的振动状态的爆震传感器而检测。
[0005]在专利文献2中公开了如下方案:在压缩比可变型发动机中利用缸内压传感器检测出爆震的产生，控制压缩比以及点火正时而防止爆震，并且提高热效率、驱动性能。在专利文献3中公开了如下方案:为了在具备多个气缸的燃气机中避免发生爆震并获得规定以上的热效率，利用设于所有气缸的爆震传感器(例如缸内压传感器)测量缸内压波形，从而检测每个气缸不同的爆震的状态(强度、频率)，并基于这些检测值而改变空燃比以及点火正时。
[0006]例如考虑图8所示的结构的燃烧控制装置，该燃烧控制装置在具备多个气缸的燃气发动机中，所有气缸中设置缸内压传感器而检测出缸内压波形，并设定爆震临界点火正时。在图8中，在燃气发动机100的发动机体102中设有一列六个缸体104a?f。在缸体104a?f中分别设有缸内压传感器106。自空气冷却器108经由进气歧管110向缸体104a?f输送进气a。在缸体104a?f中燃烧后的排气e分别经由排气歧管112而聚集于排气管114,并自排气管114排出。
[0007]在设于发动机体102的曲柄轴上设有旋转传感器116,该旋转传感器116用于检测包含上止点以及下止点的曲柄角。自缸内压传感器106以及旋转传感器116检测出与曲柄角相对应的缸内压波形P。根据每个周期的缸内压的变化，导出爆震产生频率和爆震临界点火正时。若在所有气缸中做成相同的点火正时，贝1J爆震的产生状况将会在每个气缸中不同。通过检测出所有气缸的缸内压，对容易产生爆震的气缸推迟点火正时的推迟角，对难以产生爆震的气缸提前点火正时的提前角，从而抑制所有气缸的爆震并且将点火正时提前到最大限度提前角。
[0008]现有技术文献
[0009]专利文献
[0010]专利文献1:(日本)特开2011 - 12569号公报
[0011]专利文献2:(日本)特开平I — 100328号公报
[0012]专利文献3:(日本)特开2002 - 61524号公报
【发明内容】
[0013]本发明解决的问题
[0014]但是，缸内压传感器价格较高，在气缸数量为多个的情况下，若将缸内压传感器附带设置于所有气缸，则会导致高成本。另外，存在缸内压传感器的故障、误操作的概率也较高的问题。
[0015]本发明的技术方案
[0016]本发明鉴于该现有技术的课题，目的在于在具备多个气缸的燃气发动机中以简易并且低成本的方案抑制所有气缸的爆震，并且使点火正时在每个气缸中提前为最大限度提前角，从而提高燃气发动机的输出以及热效率。
[0017]为了实现该目的，本发明的燃气发动机的燃烧控制装置的特征在于，该燃气发动机的燃烧控制装置包括:缸内压传感器，其检测自多个气缸之中选择的代表气缸的缸内压；第I计算构件，其根据由缸内压传感器检测出的代表气缸的缸内压波形计算出代表气缸的爆震临界点火正时?’第2计算构件，其根据包含除缸内压波形以外的运转状态量、发动机基本规格以及校正系数的算式计算出代表气缸的爆震临界点火正时；第3计算构件，其比较由第I计算构件计算出的代表气缸的爆震临界点火正时和由第2计算构件计算出的代表气缸的爆震临界点火正时，求出校正系数；第4计算构件，其将求出的校正系数、运转状态量以及发动机基本规格代入算式，计算出除代表气缸以外的气缸的爆震临界点火正时；以及点火正时设定部件，其基于由第I计算构件以及第4计算构件计算出的所有气缸的爆震临界点火正时设定各气缸的爆震临界点火正时。
[0018]在本发明中，取代在所有气缸中设置缸内压传感器，而是选择代表气缸并仅在代表气缸中设置缸内压传感器。在其他气缸中，由于不设置缸内压传感器，而是根据其他运转状态量以及发动机基本规格计算出爆震临界点火正时，因此能够低成本化。而且，能够根据由缸内压传感器检测出的缸内压波形和在各气缸中检测出的运转状态量对每个气缸计算出爆震临界点火正时。因此，能够以低成本实现输出、燃料消耗性能以及热效率良好的运转。
[0019]作为所述运转状态量，选择供给于各气缸的进气的温度、空气过剩率以及发动机转速即可。由此，能够减少安装于燃气发动机的传感器类，从而能够低成本化。另外，作为所述发动机基本规格，选择缸孔、冲程、压缩比以及连杆长度即可。通过选择这些因素作为基本规格，能够正确地计算出各气缸的爆震临界点火正时。
[0020]在第4计算构件中，基于预先获取的燃气发动机的运转试验数据对每个气缸修改所述校正系数即可。由此，能够对每个气缸计算出更正确的爆震临界点火正时。 [0021]在本发明中，以代表气缸的爆震临界点火正时为基础计算出其他气缸的爆震临界点火正时。因此，选择最容易引起爆震的气缸作为代表气缸，并基于该气缸的爆震临界点火正时，计算出其他气缸的爆震临界点火正时，从而可自能够可靠地抑制爆震的安全方面的运转状态设定点火正时的提前角，并调整爆震临界点火正时。
[0022]发明效果
[0023]根据本发明，取代在所有气缸中设置缸内压传感器，而是能够利用在代表气缸仅设置一个缸内压传感器的低成本的方案，根据代表气缸的缸内压波形与各气缸的运转状态量以及发动机基本规格以每个气缸为单位计算出所有气缸的爆震临界点火正时。因此，能够抑制所有气缸的爆震，并且能够将点火正时提前为最大限度提前角，从而能够提高燃气发动机的输出以及热效率。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1是应用了本发明的一实施方式的燃气发动机的构成图。
[0025]图2是上述实施方式的燃烧控制装置的框线图。
[0026]图3是上述实施方式的燃烧控制顺序的流程图。
[0027]图4是表示燃气发动机中的爆震频率的气缸间不均的线图。
[0028]图5是表示燃气发动机中的点火正时与热效率之间的关系的线图。
[0029]图6是表示相对于燃气发动机中的点火正时的输出及转速与爆震产生临界之间的关系的线图。
[0030]图7是表示燃气发动机中的进气温度与爆震频率之间的关系的线图。
[0031]图8是在所有气缸中设有缸内压传感器的情况下的燃气发动机的燃烧控制装置(相关技术)的构成图。
【具体实施方式】
[0032]以下，使用附图所示的实施方式详细地说明本发明。其中，该实施方式所记载的构成部件的尺寸、材质、形状、其相对配置等只要没有特别的特定记载就并非旨在将本发明的范围限定于此。
[0033]基于图1?图4说明将本发明应用于燃气发动机的燃烧控制的一实施方式。在图1中，本实施方式的燃气发动机10在发动机体12中设有一列六个气缸14a?f。选择各气缸14a?f中的、配置于左端的气缸14a为代表气缸。在气缸14a中设有缸内压传感器16。自空气冷却器18经由进气歧管20向各气缸14a?f输送进气a。在各气缸14a?f中燃烧后的排气e分别经由排气歧管22而集合于排气管24，并自排气管24排出。
[0034]在设于发动机体12的曲柄轴(省略图)设有旋转传感器26,该旋转传感器26用于检测包含上止点以及下止点的曲柄角。自缸内压传感器16以及旋转传感器26检测出与曲柄角相对应的缸内压波形P。根据每个周期的缸内压的变化导出爆震产生频率和爆震临界点火正时。在各气缸14a?f的入口设有进气温度传感器28a?f。如图1所示，被各气缸14a?f吸入的进气温度Ts各不相同。位于气缸列的两端的气缸14a以及14f的进气温度Ts最高，中央的气缸14c以及14d的进气温度Ts最低。
[0035]由于空气冷却器18、进气歧管20具有在两端侧滞留进气的趋势，因此具有壁温变高的趋势。因此，向配置于发动机体12的两端的气缸14a以及14f流入的进气的温度Ts具有变得最高的趋势。因此，容易在配置于发动机体12的两端的气缸中引起爆震。在本实施方式中，选择配置于左端的气缸14a为代表气缸。
[0036]在图2中示出燃气发动机10的燃烧控制装置30。在图2中，向第I计算部32输入由缸内压传感器16检测出的代表气缸14a的缸内压波形。在第I计算部32中，根据该缸内压波形计算出代表气缸14a的爆震临界点火正时。在第2计算部34中，根据包含运转状态量、发动机基本规格以及校正系数C的下述算式(I)计算出代表气缸14a的爆震临界点火正时。
[0037]Ti = f(C，B，S，ε，CR，Ne，λ，Ts) (I)
[0038]这里，C是校正系数。B是缸孔，S是冲程，ε是压缩比，CR是连杆长度，它们是发动机基本规格。Ne是发动机转速，λ是空气过剩率，Ts是进气温度。它们是运转状态量。
[0039]发动机转速Ne由旋转传感器26检测出，进气温度Ts由进气温度传感器28a?f对每个气缸检测出。对于空气过剩率λ，优选的是在配置通路设置氧浓度传感器、并利用氧浓度传感器确认是否成为按照设定值的空气过剩率λ。在于压缩机前进行气体燃料的供给的情况下，由于不会产生气缸间不均，因此氧浓度传感器只要在排气管24设有一个设即可。
[0040]在第3计算部36中，比较由第I计算部32计算出的代表气缸14a的爆震临界点火正时和由第2计算部34计算出的代表气缸14a的爆震临界点火正时，求出校正系数C。在第4计算部38中，基于利用第3计算部36求出的校正系数C将各气缸的每一个的运转状态量以及发动机基本规格输入算式(I)，从而计算出除代表气缸14a以外的各气缸的爆震临界点火正时。在点火正时设定部40中，基于计算出的各气缸的爆震临界点火正时，设定点火装置(省略图示)中的各气缸的爆震临界点火正时。
[0041]图3是表示控制装置30的爆震临界点火正时设定顺序的流程图。在图3中，首先，利用缸内压传感器16检测出代表气缸14a的缸内压波形(SlO)。利用第I计算部32根据所检测的缸内压波形计算出代表气缸14a的爆震临界点火正时Tia(S12)。另一方面，如之前所述那样，利用附带设置于燃气发动机10的各传感器选择发动机转速Ne、空气过剩率λ以及每个气缸的进气温度Ts作为运转状态量(S14)。将这些运转状态量以及上述发动机基本规格输入第2计算部34。在第2计算部34中，根据算式(I)计算出代表气缸14a的爆震临界点火正时Tia’(S16)。
[0042]接下来，利用第3计算部36比较由第I计算部32计算出的爆震临界点火正时Tia和由第2计算部34计算出的爆震临界点火正时Tia’，计算出校正系数C(S18)。S卩，将爆震临界点火正时Tia、上述运转状态量以及发动机基本规格代入带入算式(I)，求出校正系数C。接下来，基于求出的校正系数C、各气缸的运转状态量以及发动机基本规格，根据算式(I)计算出各气缸的爆震临界点火正时Tib?Tif (S20)。此外，预先获取在使与燃气发动机10相同类型的试验机运转时的试验数据。基于该试验数据对各气缸的每一个修改校正系数C。基于修改后的校正系数C计算出各气缸的爆震临界点火正时Tib?Tif。
[0043]图4是表示基于试验机的试验数据而制作成的、爆震频率的气缸间不均的线图，并且是使进气温度为一定时的数据。例如，虽然由于进气温度Ts之差产生爆震频率的气缸间不均，但是实际上即使各气缸间进气温度Ts相同，因各气缸的燃烧室壁面温度等的差异也会产生爆震频率的气缸间不均。因此，为了对每个气缸计算出正确的爆震临界点火正时，对每个气缸修改校正系数C较好。
[0044]基于如此计算出的各气缸14a?f的爆震临界点火正时，利用点火正时设定部40设定点火装置中的各气缸14a?f的点火正时。这样，时时刻刻检测出代表气缸14a的缸内压波形以及其他运转状态量，并且，实时改变各气缸的点火正时。
[0045]根据本实施方式,仅在所选择的代表气缸14a设置缸内压传感器16即可,在其他气缸14b?f中不设置缸内压传感器，而是计算出爆震临界点火正时，因此能够低成本化。而且，由于根据由缸内压传感器16检测出的代表气缸14a的缸内压波形和在各气缸中检测出的其他运转状态量以及发动机基本规格，对各气缸的每一个计算出爆震临界点火正时，因此能够实现热效率良好的运转。
[0046]另外，因为基于自与燃气发动机10相同类型的试验机预先获取的运转试验数据，对每个气缸修改校正系数C，因此能够计算出各气缸的正确的爆震临界点火正时。另外，作为代表气缸，选择进气温度Ts最高、且最容易引起爆震的气缸14a，并基于气缸14a的爆震临界点火正时，计算出其他气缸的爆震临界点火正时，因此在所有气缸中，自安全方面的运转状态设定点火正时的提前角，并调整至爆震临界点火正时，能够可靠地抑制爆震。
[0047]工业上的可利用性
[0048]根据本发明，能够以简易并且低成本的办法抑制所有气缸的爆震、并且能够将点火正时提前为最大限度提前角，从而能够提高燃气发动机的输出以及热效率。
【权利要求】
1.一种燃气发动机的燃烧控制装置，其具备多个气缸，其特征在于，该燃气发动机的燃烧控制装置包括: 缸内压传感器，其检测自所述多个气缸之中选择的代表气缸的缸内压； 第I计算构件，其根据由所述缸内压传感器检测出的代表气缸的缸内压波形计算出代表气缸的爆震临界点火正时； 第2计算构件，其根据包含除缸内压波形以外的运转状态量、发动机基本规格以及校正系数的算式计算出代表气缸的爆震临界点火正时； 第3计算构件，其比较由所述第I计算构件计算出的代表气缸的爆震临界点火正时和由所述第2计算构件计算出的代表气缸的爆震临界点火正时，求出所述校正系数； 第4计算构件，其将求出的校正系数、所述运转状态量以及发动机基本规格代入所述算式，计算出除代表气缸以外的气缸的爆震临界点火正时；以及 点火正时设定部件，其基于由所述第I计算构件以及第4计算构件计算出的所有气缸的爆震临界点火正时，设定各气缸的爆震临界点火正时。
2.根据权利要求1所述的燃气发动机的燃烧控制装置，其特征在于， 所述运转状态量是供给于各气缸的进气的温度、空气过剩率以及发动机转速，所述发动机基本规格是缸孔、冲程、压缩比以及连杆长度。
3.根据权利要求1或2所述的燃气发动机的燃烧控制装置，其特征在于， 在所述第4计算构件中，基于预先获取的燃气发动机的运转试验数据对每个气缸修改所述校正系数。
4.根据权利要求1所述的燃气发动机的燃烧控制装置，其特征在于， 选择各气缸中的、最容易引起爆震的气缸为代表气缸。
【文档编号】F02M21/02GK103998767SQ201280062587
【公开日】2014年8月20日 申请日期:2012年12月6日 优先权日:2011年12月28日
【发明者】田中健吾 申请人:三菱重工业株式会社