專利名稱：燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的爆震控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使用天然氣或都市煤氣等氣體燃料為主燃料的往復(fù)式燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的
爆震控制裝置。
背景技術(shù)：
已知使用于發(fā)電設(shè)備的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)，在爆震出現(xiàn)與否的臨界狀態(tài)下的運(yùn)行能夠繼 續(xù)時(shí)可得到高發(fā)電效率。另一方面，高強(qiáng)度的爆震可能損傷汽缸，因此要求盡可能不使其出 現(xiàn)。因此，例如專利文獻(xiàn)1的公報(bào)所述，公開了控制爆震的出現(xiàn)的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的爆震 控制裝置。該爆震控制裝置形成能夠在爆震出現(xiàn)率超過規(guī)定的閾值時(shí)為防止爆震的出現(xiàn)， 實(shí)施使提供給該汽缸的燃料供給量改變或變更點(diǎn)火正時(shí)的控制的結(jié)構(gòu)。該出現(xiàn)率的計(jì)算每 經(jīng)過規(guī)定的周期進(jìn)行，根據(jù)這樣計(jì)算出的出現(xiàn)率與閾值之差值，每規(guī)定的周期決定改變?nèi)?料供應(yīng)量和點(diǎn)火正時(shí)用的修正值。特別是爆震出現(xiàn)率較大時(shí)，減少燃料供應(yīng)量，以此抑制爆 震的出現(xiàn)。專利文獻(xiàn)1 日本特開2007 - 247569號(hào)公報(bào)。

發(fā)明內(nèi)容
但是在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)以上述狀態(tài)運(yùn)行以得到高發(fā)電效率時(shí)，爆震的出現(xiàn)率變得不穩(wěn) 定。也就是說，如果采用專利文獻(xiàn)1的裝置，則每經(jīng)過規(guī)定的周期爆震出現(xiàn)率有很大的變化 時(shí)，燃料供給量與點(diǎn)火正時(shí)隨之在每規(guī)定的周期有很大的變化，發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行難以穩(wěn)定。而 且在為避免發(fā)生這樣的情況而將閾值設(shè)定得比較大的情況下，爆震出現(xiàn)率與閾值之差值變 小，結(jié)果爆震的出現(xiàn)被過小評(píng)價(jià)，不能夠充分抑制爆震。而且也存在減少燃料供應(yīng)量抑制爆 震的出現(xiàn)時(shí)不能夠得到所希望的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出的問題。因此本發(fā)明的目的包括，不造成燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行不穩(wěn)定，而能夠使發(fā)動(dòng)機(jī)保持所 希望的輸出，而且能夠充分抑制爆震。本發(fā)明是鑒于上述情況而作出的，本發(fā)明的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的爆震控制裝置，具備對(duì) 提供給燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣體點(diǎn)火用的點(diǎn)火裝置、檢測(cè)所述燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸中的爆震的 爆震檢測(cè)裝置、檢測(cè)所述燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的相位角的相位角檢測(cè)裝置、以及對(duì)所述點(diǎn)火裝置進(jìn) 行驅(qū)動(dòng)控制的控制部；所述控制部形成能夠計(jì)算出在經(jīng)過規(guī)定的周期數(shù)的期間出現(xiàn)規(guī)定的 爆震的周期數(shù)相對(duì)于所述規(guī)定的周期數(shù)之比、即爆震出現(xiàn)率，根據(jù)對(duì)所述爆震出現(xiàn)率進(jìn)行 延遲計(jì)算計(jì)算出的出現(xiàn)率延遲計(jì)算值與規(guī)定的出現(xiàn)率目標(biāo)值之差值決定所述點(diǎn)火裝置的 點(diǎn)火正時(shí)的目標(biāo)值，對(duì)所述點(diǎn)火裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，使點(diǎn)火正時(shí)為根據(jù)該目標(biāo)值決定的指 令值的結(jié)構(gòu)。由于采用這樣的結(jié)構(gòu)，出現(xiàn)率延遲計(jì)算值成為包含過去的爆震出現(xiàn)率歷史的值。 因此即使是爆震出現(xiàn)率每經(jīng)過規(guī)定的周期有很大變化，點(diǎn)火正時(shí)也不會(huì)因該變化而有很大 變化。從而，能夠抑制爆震的出現(xiàn)并確保燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)穩(wěn)定運(yùn)行。而且通過改變點(diǎn)火正時(shí)抑制爆震出現(xiàn)率，與改變?nèi)剂瞎?yīng)量的情況相比，更能夠保持所希望的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出。所述控制部也可以采用在所述出現(xiàn)率延遲計(jì)算值比所述出現(xiàn)率目標(biāo)值大時(shí)使點(diǎn) 火正時(shí)延遲，在所述出現(xiàn)率延遲計(jì)算值比所述出現(xiàn)率目標(biāo)值小時(shí)使點(diǎn)火正時(shí)提前的結(jié)構(gòu)。 這時(shí)，最好是使點(diǎn)火正時(shí)延遲時(shí)的每單位期間的點(diǎn)火正時(shí)的延遲量大于使點(diǎn)火正時(shí)提前時(shí) 的每單位期間的點(diǎn)火正時(shí)的提前量。由于采用這樣的結(jié)構(gòu)，在想要使點(diǎn)火正時(shí)延遲而降低 爆震出現(xiàn)率時(shí)能夠使其迅速實(shí)現(xiàn)，使點(diǎn)火正時(shí)提前而提高燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的輸出效率時(shí)能夠使 其慢慢安全地實(shí)現(xiàn)。其結(jié)果是，能夠迅速抑制爆震的發(fā)生，也能夠?qū)崿F(xiàn)爆震的有效控制。所述控制部也可以采用對(duì)所述點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火正時(shí)的指令值進(jìn)行延遲計(jì)算，以計(jì) 算出點(diǎn)火正時(shí)的基準(zhǔn)值，將根據(jù)所述出現(xiàn)率延遲計(jì)算值與所述出現(xiàn)率目標(biāo)值之差值決定的 修正值加在所述基準(zhǔn)值上，以決定所述點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火正時(shí)的目標(biāo)值的結(jié)構(gòu)。由于采用這 樣的結(jié)構(gòu)，點(diǎn)火正時(shí)與爆震出現(xiàn)率一樣為考慮過去的數(shù)據(jù)的值，能夠使所決定的點(diǎn)火正時(shí) 的目標(biāo)值穩(wěn)定。還有，在這里所謂“修正值”是包含正數(shù)值和負(fù)數(shù)值的概念。也可以所述爆震檢測(cè)裝置根據(jù)爆震的強(qiáng)度將爆震分為多級(jí)進(jìn)行檢測(cè)，所述控制部 采用在經(jīng)過所述規(guī)定的周期數(shù)的期間出現(xiàn)規(guī)定強(qiáng)度以上的爆震的周期數(shù)超過閾值時(shí)，根據(jù) 該周期數(shù)計(jì)算所述點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火正時(shí)的延遲量，將根據(jù)所述出現(xiàn)率延遲計(jì)算值與所述出 現(xiàn)率目標(biāo)值之差值決定的修正值加在所述基準(zhǔn)值上，而將算出來的所述點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火正 時(shí)的目標(biāo)值僅延遲所述延遲量的結(jié)構(gòu)。由于采用這樣的結(jié)構(gòu)，在延遲計(jì)算之外使點(diǎn)火正時(shí) 延遲，因此在使發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)擔(dān)大的規(guī)定強(qiáng)度以上的爆震出現(xiàn)的情況下，能夠迅速抑制這樣的 爆震，避免其對(duì)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)造成損傷。還有，也可以所述延遲計(jì)算是移動(dòng)平均。又可以在所述燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)上設(shè)置被提供 混合氣體的主燃燒室和副燃燒室，所述點(diǎn)火裝置具備對(duì)提供給所述副燃燒室的混合氣體進(jìn) 行火花點(diǎn)火的火花塞。本發(fā)明的上述目的、其他目的、特征以及優(yōu)點(diǎn)從參照附圖對(duì)下述理想的實(shí)施形態(tài) 進(jìn)行的詳細(xì)說明中能夠清楚了解到。如果采用本發(fā)明，則能夠使燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)保持所希望的輸出又不造成燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的 運(yùn)行不穩(wěn)定，而且能夠抑制爆震，使爆震的出現(xiàn)率接近作為目標(biāo)的出現(xiàn)率。


圖1是本發(fā)明的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的爆震控制裝置的結(jié)構(gòu)圖2是圖1所示的爆震檢測(cè)裝置進(jìn)行的燃燒狀態(tài)判定處理的說明圖； 圖3是圖1所示的主控制裝置進(jìn)行的爆震出現(xiàn)率控制的說明圖。
具體實(shí)施例方式下面參照附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行說明。圖1是表示本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的爆震控制裝置的結(jié)構(gòu)的結(jié)構(gòu)圖。圖 1所示的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1是以天然氣或都市煤氣等氣體燃料為主燃料的往復(fù)式多汽缸四沖程 發(fā)動(dòng)機(jī)，作為例如發(fā)電設(shè)備的原動(dòng)機(jī)使用。在圖1中，以燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1的汽缸2中的一個(gè)為 代表表示，其他未圖示的汽缸也可以具有相同的結(jié)構(gòu)。在汽缸2中可往復(fù)運(yùn)動(dòng)地插入活塞3，活塞3與作為燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1的輸出軸的曲軸
4(未圖示)連結(jié)。在汽缸2中的活塞3的上方形成主燃燒室4。在主燃燒室4，通過進(jìn)氣門5 連接進(jìn)氣道6，通過排氣門7連接排氣道8。在進(jìn)氣道6內(nèi)設(shè)置噴射氣體燃料的主燃料供給 閥9。而且副燃燒室10與主燃燒室4鄰接。副燃燒室10借助于隔板11與主燃燒室4 區(qū)隔，通過形成于隔板11上的連通孔12與主燃燒室4連通。在該副燃燒室10設(shè)置噴射氣 體燃料的副燃料供給閥13、以及對(duì)混合氣體進(jìn)行點(diǎn)火用的火花塞14。如果采用這種燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1，則在進(jìn)氣行程中，通過進(jìn)氣道6對(duì)主燃燒室4提供包 含外部空氣與主燃料供給閥9噴射的氣體燃料的混合氣體，對(duì)副燃燒室10提供包含副燃料 供給閥13噴射的氣體燃料的混合氣體。在壓縮行程中將主燃燒室4與副燃燒室10內(nèi)的混 合氣體被壓縮之后，火花塞14在規(guī)定的正時(shí)動(dòng)作，而副燃燒室10內(nèi)的混合氣體被點(diǎn)火。在 副燃燒室10內(nèi)發(fā)生的火焰通過連通孔12傳播到主燃燒室4內(nèi)，主燃燒室4內(nèi)的混合氣體 被該火焰點(diǎn)著。借助于此，活塞3向下運(yùn)動(dòng)(膨脹行程)。然后，在排氣行程中，主燃燒室4 內(nèi)的氣體通過排氣道8向外部排出。還有，連接于排氣道8的排氣通道15連接于未圖示的增壓器，在介入該排氣通道 15的旁通通道16上設(shè)置調(diào)整進(jìn)氣壓力用的排氣旁通閥17。在進(jìn)氣行程中，從未圖示的增 壓器來的高壓空氣也提供給進(jìn)氣道6。燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1將上述四個(gè)行程作為一個(gè)周期工作，在該一個(gè)周期中活塞3 二次往 復(fù)，曲軸旋轉(zhuǎn)2周，構(gòu)成驅(qū)動(dòng)進(jìn)氣門5和排氣門7的氣門機(jī)構(gòu)的凸輪軸(未圖示)轉(zhuǎn)動(dòng)一周。 也就是說，可以將該一周期的動(dòng)作中活塞3的位置、曲軸的旋轉(zhuǎn)角(曲軸角)或凸輪軸的旋轉(zhuǎn) 角等作為燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1的相位角對(duì)待。如圖1所示，本發(fā)明的實(shí)施形態(tài)的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1的爆震控制裝置20具備CPU及具 有存儲(chǔ)器和輸入輸出接口的主控制裝置21。存儲(chǔ)器存儲(chǔ)下述爆震出現(xiàn)率控制的控制程序 等，利用CPU執(zhí)行該程序。主控制裝置21連接于對(duì)作為電磁閥的主燃料供給閥9和副燃料供給閥13輸出驅(qū) 動(dòng)信號(hào)的氣體閥控制裝置22，對(duì)該氣體閥控制裝置22輸出指令信號(hào)，對(duì)各燃料供給閥9、13 進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。而主控制裝置21連接于對(duì)火花塞14輸出驅(qū)動(dòng)信號(hào)的火花塞驅(qū)動(dòng)器23。主 控制裝置21對(duì)該驅(qū)動(dòng)器23輸出指令信號(hào)，對(duì)驅(qū)動(dòng)器23和火花塞14進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，借助于 此對(duì)混合氣體的點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行控制。該火花塞14的驅(qū)動(dòng)控制對(duì)于每一汽缸2獨(dú)立進(jìn)行。爆震控制裝置20為控制燃料供給閥9、13的工作時(shí)間和火花塞14對(duì)混合氣體的 點(diǎn)火正時(shí)，具備檢測(cè)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1的相位角用的相位角檢測(cè)裝置24，將從相位角檢測(cè)裝置 24來的信號(hào)向主控制裝置21、氣體閥控制裝置22、以及火花塞驅(qū)動(dòng)器23輸出。相位角檢測(cè) 裝置24也可以由電磁檢測(cè)頭、近接開關(guān)、或旋轉(zhuǎn)編碼器構(gòu)成。爆震控制裝置20具備檢測(cè)爆震的出現(xiàn)的爆震檢測(cè)裝置25。該爆震檢測(cè)裝置25上 連接相位角檢測(cè)裝置24以及檢測(cè)汽缸2的內(nèi)壓的缸內(nèi)壓力傳感器26。爆震檢測(cè)裝置25根 據(jù)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1的相位角和汽缸2的內(nèi)壓變動(dòng)在每一周期判定汽缸2內(nèi)的燃燒狀態(tài)是屬于 “正?！薄ⅰ安稽c(diǎn)火”、“小爆震”、以及“大爆震”這4個(gè)狀態(tài)中的哪一個(gè)。缸內(nèi)壓力傳感器26在 各汽缸2中分別設(shè)置，爆震檢測(cè)裝置25分別判定各汽缸2的燃燒狀態(tài)。對(duì)主控制裝置21 輸入該爆震檢測(cè)裝置25得到的判定結(jié)果。圖2是該爆震檢測(cè)裝置25進(jìn)行的燃燒狀態(tài)判定處理的說明圖。如圖2所示，利用缸內(nèi)壓力傳感器測(cè)量缸內(nèi)壓力的波形時(shí)，爆震檢測(cè)裝置使該波形通過濾波器提取出高頻成 分。提取數(shù)據(jù)的范圍設(shè)定為活塞到達(dá)上止點(diǎn)后的規(guī)定時(shí)間(例如20毫秒)。然后將該時(shí)間 內(nèi)的高頻成分取樣多個(gè)(N個(gè))，計(jì)算取樣的各成分的平均值。在該平均值為第1閾值以上的 情況下，判定為汽缸的燃燒狀態(tài)是“大爆震”狀態(tài)，在該平均值未滿第1閾值而且在第2閾 值以上的情況下，判定為汽缸的燃燒狀態(tài)是“小爆震”狀態(tài)?！按蟊稹焙汀靶”稹倍几鶕?jù) 第2閾值表示在汽缸中發(fā)生爆震的狀態(tài)，但是“大爆震”表示發(fā)生以第1閾值為依據(jù)的規(guī)定 強(qiáng)度以上的爆震的狀態(tài)，“小爆震”表示發(fā)生以第1閾值為依據(jù)的低于規(guī)定強(qiáng)度的爆震的狀 態(tài)。而利用缸內(nèi)壓力傳感器測(cè)定缸內(nèi)壓力波形時(shí)，爆震檢測(cè)裝置比較上止點(diǎn)前后的缸 內(nèi)壓力，判斷利用該比較得到的壓力差Δ P是否超過閾值。在壓力差Δ P未滿閾值的情況 下，判斷為汽缸的燃燒狀態(tài)為“不點(diǎn)火”狀態(tài)，壓力差Δ P在閾值以上，上述平均值未滿第2 閾值的情況下，判斷為汽缸的燃燒狀態(tài)為“正常”狀態(tài)。返回圖1，對(duì)主控制裝置21，此外還輸入發(fā)電機(jī)輸出、進(jìn)氣壓力、進(jìn)氣溫度、排氣溫 度。主控制裝置21對(duì)排氣旁通閥17的開度進(jìn)行調(diào)節(jié)控制，以相對(duì)于發(fā)電機(jī)的輸出達(dá)到規(guī) 定的進(jìn)氣壓力，以此將混合氣體的空燃比維持于與發(fā)電機(jī)輸出相應(yīng)的規(guī)定值。又，主控制裝 置21實(shí)施使各汽缸2的排氣溫度均一的控制，以此形成各汽缸2分擔(dān)負(fù)荷。而氣體閥控制 裝置22調(diào)整氣體燃料的壓力，以使進(jìn)氣壓力與氣體燃料的壓力之間的壓差為規(guī)定值，借助 于此，作為電磁閥的主燃料供給閥9能夠與進(jìn)氣壓力的大小無關(guān)地進(jìn)行穩(wěn)定的開閉動(dòng)作。下面參照?qǐng)D1同時(shí)根據(jù)圖3對(duì)爆震控制裝置20的主控制裝置21執(zhí)行的爆震出現(xiàn) 率控制進(jìn)行說明。這種爆震出現(xiàn)率控制以使各汽缸2的爆震出現(xiàn)率SEV接近規(guī)定的目標(biāo)值SEVset為 目的，其概要是，每當(dāng)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)定的周期數(shù)N (例如50周)就更新各汽缸2的混 合氣體點(diǎn)火正時(shí)的目標(biāo)值IGNset2，將根據(jù)該目標(biāo)值IGNset2決定的指令值IGN輸出到火花塞 驅(qū)動(dòng)器23對(duì)火花塞14進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制。如所周知，點(diǎn)火正時(shí)一旦延遲，爆震就不容易出現(xiàn)， 點(diǎn)火正時(shí)一旦提前，爆震就容易出現(xiàn)。如果采用這種控制內(nèi)容，則主控制裝置21，作為其功能塊，具有爆震出現(xiàn)率運(yùn)算部 31、出現(xiàn)率延遲運(yùn)算部32、差值·修正值運(yùn)算部33、基準(zhǔn)值運(yùn)算部34、一次目標(biāo)值運(yùn)算部35、 延遲量運(yùn)算部36、二次目標(biāo)值運(yùn)算部37、以及變化率限制部38。下面對(duì)爆震出現(xiàn)率控制的內(nèi)容進(jìn)行具體說明。如圖3所示，對(duì)主控制裝置21，每一 周期輸入由爆震檢測(cè)裝置25判定的汽缸2的燃燒狀態(tài)。主控制裝置21的爆震出現(xiàn)率運(yùn)算 部31根據(jù)從相位角檢測(cè)裝置25輸入的信號(hào)判定為燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1運(yùn)行規(guī)定的周期數(shù)N時(shí)， 計(jì)算該期間出現(xiàn)小爆震的周期數(shù)Nl相對(duì)于規(guī)定的周期數(shù)N的比例SEV (SEV = NL/N)。下 面將該比例SEV稱為“爆震出現(xiàn)率”進(jìn)行說明。主控制裝置21的出現(xiàn)率延遲運(yùn)算部32從最近追溯規(guī)定的期間(本說明書中為了 方便記為符號(hào)T)對(duì)爆震出現(xiàn)率SEV進(jìn)行延遲計(jì)算。在這里，作為延遲計(jì)算的計(jì)算方法采用 移動(dòng)平均，在該出現(xiàn)率延遲運(yùn)算部32計(jì)算出出現(xiàn)率平均值SEVave。還有，移動(dòng)平均可以是單 純移動(dòng)平均，也可以是對(duì)離當(dāng)前近的爆震出現(xiàn)率附加較大的權(quán)重的加權(quán)移動(dòng)平均。而且該 延遲計(jì)算的計(jì)算方法也可以是一次延遲計(jì)算。在作為該延遲計(jì)算的計(jì)算范圍的規(guī)定的期間T設(shè)定相對(duì)于為取得爆震出現(xiàn)率SEV確保的上述規(guī)定的周期數(shù)N足夠長(zhǎng)的期間(例如數(shù)分鐘)。因此，在主控制裝置21的存儲(chǔ)器， 從最近至少追溯該規(guī)定的期間T存儲(chǔ)過去的爆震出現(xiàn)率。又，主控制裝置21的存儲(chǔ)器中預(yù)先存儲(chǔ)著爆震出現(xiàn)率的目標(biāo)值SEVset。在爆震出 現(xiàn)率為該出現(xiàn)率目標(biāo)值SEVset的狀態(tài)下，燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1繼續(xù)運(yùn)行時(shí)，能夠?qū)崿F(xiàn)高發(fā)電效率同 時(shí)不對(duì)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1造成大的損傷。這樣的出現(xiàn)率目標(biāo)值SEVset是通過實(shí)驗(yàn)或數(shù)值模擬得 到的數(shù)值。主控制裝置21的差值·修正值運(yùn)算部33將出現(xiàn)率平均值SEVave與出現(xiàn)率目標(biāo)值 SEVset加以比較計(jì)算出差值Δ SEV0在這里，計(jì)算差值Δ SEV時(shí)，以出現(xiàn)率目標(biāo)值SEVset為 正值，以出現(xiàn)率平均值SEVave為負(fù)值(Δ SVE = SEVset 一 SEVave)0而且差值·修正值運(yùn)算部 33通過將該差值Δ SEV乘以增益K1,計(jì)算出修正值Δ IGNsevCA IGNsev =Δ SEVXK1X差值 Δ SEV為正值時(shí)，也就是爆震出現(xiàn)率比目標(biāo)值低的情況下，該修正值Δ IGNsev為正值，在其 相反的情況下，修正值Δ IGNsev為負(fù)值。主控制裝置21的一次目標(biāo)值運(yùn)算部35將該修正值Δ IGNsev與在基準(zhǔn)值運(yùn)算部34 計(jì)算出的基準(zhǔn)值IGNave相力卩，以此計(jì)算出點(diǎn)火正時(shí)的一次目標(biāo)值IGNseti (IGNseti = IGNave + Δ IGNsev)0修正值Δ IGNsev為正值時(shí)，一次目標(biāo)值IGNseti為將基準(zhǔn)值IGNave向提前側(cè)改變 修正值Δ IGNsev的數(shù)值，修正值Δ IGNsev為負(fù)值時(shí)則與其相反。主控制裝置21的基準(zhǔn)值運(yùn)算部34通過對(duì)點(diǎn)火正時(shí)的指令值IGN (與實(shí)際點(diǎn)火正 時(shí)實(shí)質(zhì)上意義相同)繼續(xù)延遲計(jì)算，計(jì)算出上述基準(zhǔn)值IGNave。這種延遲計(jì)算最好是使用與 計(jì)算上述出現(xiàn)率平均值SEVave時(shí)相同的計(jì)算方法，在這里通過計(jì)算從最近追溯上述規(guī)定的 期間T計(jì)算過去的指令值IGN的移動(dòng)平均以計(jì)算出基準(zhǔn)值IGNave。而在利用加權(quán)移動(dòng)平均 計(jì)算出現(xiàn)率平均值SEVave的情況下，在計(jì)算出基準(zhǔn)值IGNave時(shí)也考慮同樣的加權(quán)。主控制裝置21的二次目標(biāo)值運(yùn)算部37通過將該一次目標(biāo)值IGNseti減去在延遲量 運(yùn)算部36計(jì)算出的延遲量Δ IGNm，計(jì)算出點(diǎn)火正時(shí)的二次目標(biāo)值IGNSET2(IGNSET2 = IGNseti 一 Δ IGNm, Δ IGNm 彡 0)。在主控制裝置21，為計(jì)算出該延遲量Δ IGNM，存儲(chǔ)經(jīng)過規(guī)定的周期數(shù)N的期間出 現(xiàn)大爆震的周期數(shù)NM，并主控制裝置21的延遲量運(yùn)算部36在該周期數(shù)Nm為規(guī)定的閾值M以 上的情況下，計(jì)算出與該周期數(shù)Nm相應(yīng)的延遲量Δ IGNM。具體地說，延遲量運(yùn)算部36從周期 數(shù)Nm中減去閾值M減1的值，將這樣得到的數(shù)值乘以增益K2,計(jì)算出延遲量Δ IGNmCA IGNm = {Νμ- (Μ- 1)} ΧΚ2)。但是在周期數(shù)Nm未滿閾值M的情況下，式中Nm —(Μ — 1)的數(shù) 值作為0處理。從而，周期數(shù)Nm在閾值以上的情況下，周期數(shù)Nm越大則延遲量Δ IGNm越大， 周期數(shù)Nm未滿閾值M的情況下，延遲量Δ IGNm為0。還有閾值M根據(jù)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1的規(guī)格 設(shè)定為適當(dāng)?shù)臄?shù)值(例如M = 2)。主控制裝置21將考慮該延遲量Δ IGNm的二次目標(biāo)值IGNset2更新為點(diǎn)火正時(shí)的最 終目標(biāo)值。又，主控制裝置21形成能夠防止點(diǎn)火正時(shí)的指令值IGN從當(dāng)前的指令值(實(shí)質(zhì)上 與緊接更新前的二次目標(biāo)值意義相同)立即變更為這次更新的二次目標(biāo)值IGNset2的結(jié)構(gòu)。具體地說，主控制裝置21的變化率限制部38，在這次更新的二次目標(biāo)值IGNset2比 當(dāng)前指令值大，有必要將點(diǎn)火正時(shí)的指令值提前時(shí)，將每單位期間的點(diǎn)火正時(shí)的提前量限 制于第1變化率(在本說明書中為了方便標(biāo)以Δ IGNlimi)0還有，在這里為了說明簡(jiǎn)單化將 “單位期間”定為一個(gè)周期，但是也可以是單位時(shí)間。
這時(shí)從二次目標(biāo)值IGNset2更新后到點(diǎn)火正時(shí)的指令值達(dá)到該二次目標(biāo)值IGNset2 的時(shí)間內(nèi)至少要經(jīng)過二次目標(biāo)值IGNset2除以第1變化率Δ IGNlimi得到的整數(shù)部分所相當(dāng)?shù)?周期數(shù)，在該除法運(yùn)算中有余數(shù)的情況下，在該周期數(shù)經(jīng)過后的接著的周期使點(diǎn)火正時(shí)提 前相應(yīng)于該余數(shù)的份額。換句話說，假定更新過的二次目標(biāo)值IGNset2與即將更新時(shí)的指令 值之差值與第1變化率Δ IGNlimi相比足夠大，設(shè)二次目標(biāo)值IGNset2更新后經(jīng)過的周期數(shù)為 η，該周期數(shù)η經(jīng)過后的點(diǎn)火正時(shí)的指令值IGN為相對(duì)于即將更新時(shí)的指令值(IGN’)提前 第1變化率Δ IGNlimi的η倍的數(shù)值(IGN = IGN' +Δ IGNUM1Xn)。由于主控制裝置21的 變化率限制部38這樣決定指令值IGN，點(diǎn)火正時(shí)不會(huì)發(fā)生急劇變化，能夠避免燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1 的行為不穩(wěn)定的情況發(fā)生。反之，在有必要使點(diǎn)火正時(shí)的指令值延遲的情況下，每單位期間的點(diǎn)火正時(shí)的延 遲量被限制于第2變化率(在本說明書中為了方便標(biāo)以符號(hào)Δ IGNlim2)0從而，即使在延遲 時(shí)，在點(diǎn)火正時(shí)的指令值IGN達(dá)到二次目標(biāo)值IGNset2之前的時(shí)間，要經(jīng)過與提前時(shí)同樣的要 領(lǐng)要求的周期數(shù)。該第2變化率Δ IGNlim2的絕對(duì)值設(shè)定為比第1變化率Δ IGNlimi的絕對(duì)值大的數(shù) 值(I AIGNlim2 > I Δ IGNumiI )。也就是說，在使點(diǎn)火正時(shí)的指令值IGN延遲的情況下，與 提前的情況相比，點(diǎn)火正時(shí)的指令值IGN達(dá)到二次目標(biāo)值IGNset2所需要的期間短。這樣，在 想要使爆震不容易出現(xiàn)的情況下，這種情況能夠比較迅速容易實(shí)現(xiàn)，能夠減小爆震對(duì)燃?xì)?發(fā)動(dòng)機(jī)1的損傷。另一方面，在使點(diǎn)火正時(shí)的指令值IGN提前，使燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1的輸出效率 提高時(shí)，這種情況能夠比較慢地穩(wěn)定地實(shí)現(xiàn)。其結(jié)果是，能夠迅速地抑制爆震的發(fā)生并且有 效地控制爆震。這樣，主控制裝置21根據(jù)更新后的二次目標(biāo)值IGNset2、該即將更新時(shí)的點(diǎn)火正時(shí) 的指令值、第1變化率Δ IGNlimi或第2變化率Δ IGNlim2,決定點(diǎn)火正時(shí)的指令值IGN，根據(jù)該 指令值IGN與相位角檢測(cè)裝置24來的輸入對(duì)火花塞驅(qū)動(dòng)器23輸出控制信號(hào)。借助于此， 在與指令值IGN相應(yīng)的點(diǎn)火正時(shí)對(duì)副燃燒室10內(nèi)的混合氣體進(jìn)行點(diǎn)火。主控制裝置21—旦將二次目標(biāo)值IGNset2更新，在上述規(guī)定周期數(shù)N經(jīng)過為止的時(shí) 間，根據(jù)該更新的二次目標(biāo)值IGNset2決定點(diǎn)火正時(shí)的指令值IGN而對(duì)火花塞14進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控 制。然后一旦經(jīng)過該規(guī)定的周期數(shù)N，就按照上述步驟再度更新二次目標(biāo)值IGNSET2。在本爆震控制裝置20中，示出功能塊31 33、35，根據(jù)出現(xiàn)率平均值SEVave與出 現(xiàn)率目標(biāo)值SEVset之差Δ SEV計(jì)算出點(diǎn)火正時(shí)的目標(biāo)值。這樣，考慮過去的爆震出現(xiàn)率，包 含爆震出現(xiàn)率的歷史計(jì)算點(diǎn)火正時(shí)的目標(biāo)值，因此即使是最近的爆震出現(xiàn)率相對(duì)于過去的 爆震出現(xiàn)率有較大變化的情況，也能夠避免點(diǎn)火正時(shí)的目標(biāo)值跟隨該變化發(fā)生大的變化。 從而，可以在燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1的動(dòng)作不會(huì)發(fā)生不穩(wěn)定的情況下，使燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1的爆震出現(xiàn)率 SEV接近出現(xiàn)率目標(biāo)值SEVset。而且爆震出現(xiàn)率SEV的控制通過改變點(diǎn)火正時(shí)進(jìn)行，與改變 燃料供給量的情況相比，發(fā)動(dòng)機(jī)輸出不會(huì)有大的變化，能夠保持所希望的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出。如功能塊34所示，容易改變點(diǎn)火正時(shí)的目標(biāo)值的基準(zhǔn)值IGNave也通過對(duì)指令值 IGN進(jìn)行延遲計(jì)算計(jì)算出。這樣，基準(zhǔn)值IGNave也考慮過去的指令值IGN進(jìn)行計(jì)算，因此據(jù) 此算出的點(diǎn)火正時(shí)的目標(biāo)值也不會(huì)有大變動(dòng)，能夠更加穩(wěn)定地使燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1運(yùn)行。如功能塊36、37所示，使燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1負(fù)擔(dān)大的大爆震出現(xiàn)的周期數(shù)Nm為規(guī)定閾 值M以上的情況下，根據(jù)該周期數(shù)Nm延遲點(diǎn)火正時(shí)的目標(biāo)值。因此即使出現(xiàn)大爆震也能夠?qū)ζ浼右苑乐?，能夠保護(hù)燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1。如功能塊35、37所示，該延遲量Δ IGNm被作為改變根據(jù)出現(xiàn)率平均值SEVave與 出現(xiàn)率目標(biāo)值SEVset的差值Δ SEV計(jì)算出的一次目標(biāo)值IGNseti用的數(shù)值，用該一次目標(biāo)值 IGNseti與延遲量Δ IGNm計(jì)算出的二次目標(biāo)值IGNset2成為點(diǎn)火正時(shí)的最終目標(biāo)值。這樣根 據(jù)出現(xiàn)大爆震的周期數(shù)Nm決定的延遲量Δ IGNM，不通過延遲計(jì)算處理就直接用于點(diǎn)火正時(shí) 的最終目標(biāo)值的決定用的計(jì)算中，因此點(diǎn)火正時(shí)的最終目標(biāo)值以及根據(jù)該值決定的點(diǎn)火正 時(shí)的指令值是在很大程度上反映該延遲量Δ IGNm的數(shù)值。從而，在大爆震的出現(xiàn)超過允許 范圍的情況下，能夠立即對(duì)應(yīng)這樣的情況抑制大爆震的出現(xiàn)。以上是對(duì)本發(fā)明的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1的爆震控制裝置20的實(shí)施形態(tài)進(jìn)行的說明，但是 只要上述結(jié)構(gòu)不超過本發(fā)明的范圍，是可以適當(dāng)變更的。例如，下面對(duì)考慮過去的爆震出現(xiàn)率用的延遲計(jì)算的計(jì)算方法，使用移動(dòng)平均的 情況進(jìn)行說明，但是此外也可以用例如一次延遲計(jì)算。在這樣改變計(jì)算方法的情況下，在功 能塊34計(jì)算點(diǎn)火正時(shí)的基準(zhǔn)值用的計(jì)算方法最好也變更為同樣的方法。爆震出現(xiàn)率SEV定為出現(xiàn)小爆震的周期數(shù)Nl相對(duì)于規(guī)定的周期數(shù)N的比例(SEV =隊(duì)/N)，但是也可以定為出現(xiàn)小爆震和大爆震的周期數(shù)相對(duì)于規(guī)定的周期數(shù)N的比例 (SEV =(NL + NM)/N)。作為對(duì)混合氣體點(diǎn)火的方式采用利用火花塞14對(duì)副燃燒室10內(nèi)的混合氣體進(jìn)行 點(diǎn)火的所謂副燃燒室·火花點(diǎn)火方式，但是也可以采用其他方式。例如也可以具備噴射高 壓氣體燃料的引導(dǎo)燃料噴射閥，對(duì)燃燒室內(nèi)的壓縮混合氣體利用引導(dǎo)燃料噴射閥噴射高壓 氣體燃料以將混合氣體點(diǎn)火的所謂引導(dǎo)燃料噴射方式。本燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)1的用途不限于發(fā)電設(shè)備的原動(dòng)機(jī)，也可以作為其他設(shè)備和裝置的 原動(dòng)機(jī)使用。根據(jù)上述說明，對(duì)于本行業(yè)的普通技術(shù)人員來說，本發(fā)明的許多改良和其他實(shí)施 形態(tài)是顯然的。從而上述說明只應(yīng)該解釋為例示，其目的在于對(duì)本行業(yè)的普通技術(shù)人員示 教實(shí)施本發(fā)明的最佳形態(tài)。在不脫離本發(fā)明的精神的情況下，其結(jié)構(gòu)以及/或功能的詳細(xì) 情況可以有實(shí)質(zhì)性變更。工業(yè)應(yīng)用性
本發(fā)明具有能夠盡可能使燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的工作穩(wěn)定并保持所希望的發(fā)動(dòng)機(jī)輸出，而且使 爆震出現(xiàn)率接近目標(biāo)值的優(yōu)異效果，特別適合使用于作為發(fā)電設(shè)備的原動(dòng)機(jī)使用的燃?xì)獍l(fā) 動(dòng)機(jī)。符號(hào)說明
1燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)；2汽缸；4主燃燒室；10副燃燒室；14火花塞；20爆震控制裝置；21主控制裝置；24相位角檢測(cè)裝置
925爆震檢測(cè)裝置；31爆震出現(xiàn)率運(yùn)算部；32出現(xiàn)率延遲運(yùn)算部；33差值·修正值運(yùn)算部34基準(zhǔn)值運(yùn)算部；35一次目標(biāo)值運(yùn)算部；36延遲量運(yùn)算部；37二次目標(biāo)值運(yùn)算部；38變化率限制部；SEV爆震出現(xiàn)率；SEVave出現(xiàn)率平均值；SEVset出現(xiàn)率目標(biāo)值；Δ SEV 差值；IGNave基準(zhǔn)值；Δ IGNsev 修正值；IGNseti —次目標(biāo)值；IGNset2 二次目標(biāo)值；IGN指令值。
權(quán)利要求
1.一種燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的爆震控制裝置，具備對(duì)提供給燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的混合氣體點(diǎn)火用的點(diǎn)火裝置、檢測(cè)所述燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的汽缸中的爆震的爆震檢測(cè)裝置、檢測(cè)所述燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的相位角的相位角檢測(cè)裝置、以及對(duì)所述點(diǎn)火裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制的控制部，所述控制部形成能夠計(jì)算出在經(jīng)過規(guī)定的周期數(shù)的期間出現(xiàn)規(guī)定的爆震的周期數(shù)相 對(duì)于所述規(guī)定的周期數(shù)之比、即爆震出現(xiàn)率，根據(jù)對(duì)所述爆震出現(xiàn)率進(jìn)行延遲計(jì)算計(jì)算出 的出現(xiàn)率延遲計(jì)算值與規(guī)定的出現(xiàn)率目標(biāo)值之差值決定所述點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火正時(shí)的目標(biāo) 值，對(duì)所述點(diǎn)火裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，使點(diǎn)火正時(shí)為根據(jù)該目標(biāo)值決定的指令值的結(jié)構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的爆震控制裝置，其特征在于，所述延遲計(jì)算是 移動(dòng)平均。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的爆震控制裝置，其特征在于，所述控制部采用 在所述出現(xiàn)率延遲計(jì)算值比所述出現(xiàn)率目標(biāo)值大時(shí)使點(diǎn)火正時(shí)延遲，在所述出現(xiàn)率延遲計(jì) 算值比所述出現(xiàn)率目標(biāo)值小時(shí)使點(diǎn)火正時(shí)提前的結(jié)構(gòu)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的爆震控制裝置，其特征在于，使點(diǎn)火正時(shí)延遲 時(shí)的每單位期間的點(diǎn)火正時(shí)延遲量比使點(diǎn)火正時(shí)提前時(shí)的每單位期間的點(diǎn)火正時(shí)的提前 量大。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的爆震控制裝置，其特征在于，所述控制部采用 對(duì)所述點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火正時(shí)的指令值進(jìn)行延遲計(jì)算，以計(jì)算出點(diǎn)火正時(shí)的基準(zhǔn)值，將根據(jù) 所述出現(xiàn)率延遲計(jì)算值與所述出現(xiàn)率目標(biāo)值之差值決定的修正值加在所述基準(zhǔn)值上，以決 定所述點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火正時(shí)的目標(biāo)值的結(jié)構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的爆震控制裝置，其特征在于，所述爆震檢測(cè)裝置根據(jù)爆震的強(qiáng)度將爆震分為多級(jí)進(jìn)行檢測(cè)，所述控制部采用在經(jīng)過所述規(guī)定的周期數(shù)的期間出現(xiàn)規(guī)定強(qiáng)度以上的爆震的周期數(shù) 超過閾值時(shí)，計(jì)算出根據(jù)該出現(xiàn)周期數(shù)決定的所述點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火正時(shí)的延遲量，將根據(jù) 所述出現(xiàn)率延遲計(jì)算值與所述出現(xiàn)率目標(biāo)值之差值決定的點(diǎn)火正時(shí)的目標(biāo)值延遲所述延 遲量的結(jié)構(gòu)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)的爆震控制裝置，其特征在于，在所述燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)上設(shè)置被提供混合氣體的主燃燒室和副燃燒室，所述點(diǎn)火裝置具備對(duì)提供給所述副燃燒室的混合氣體進(jìn)行火花點(diǎn)火的火花塞。
全文摘要
本發(fā)明的燃?xì)獍l(fā)動(dòng)機(jī)(1)的爆震控制裝置(20)中，控制部(21)計(jì)算出在經(jīng)過規(guī)定的周期的期間出現(xiàn)規(guī)定的爆震的周期數(shù)相對(duì)于該規(guī)定的周期數(shù)的比例即爆震出現(xiàn)率(SEV)，根據(jù)對(duì)該爆震出現(xiàn)率(SEV)進(jìn)行延遲計(jì)算算出的出現(xiàn)率延遲計(jì)算值(SEVAVE)與規(guī)定的出現(xiàn)率目標(biāo)值(SEVSET)之差值(△SEV)，決定點(diǎn)火裝置的點(diǎn)火正時(shí)的目標(biāo)值，對(duì)所述點(diǎn)火裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)控制，以使點(diǎn)火正時(shí)為根據(jù)該目標(biāo)值決定的指令值(IGN)。
文檔編號(hào)F02P5/153GK102124208SQ20098013187
公開日2011年7月13日 申請(qǐng)日期2009年9月17日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月1日
發(fā)明者今村司, 德岡哲夫, 杉本智彥, 石井宏佳 申請(qǐng)人:川崎重工業(yè)株式會(huì)社