JP5936367B2 - 内燃機関の燃焼制御装置及び制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、燃焼室内のカーボンデポジット等の堆積状況を把握し、この堆積状況に基づいて排ガス性状の悪化を抑制する運転に切り替えできる内燃機関の燃焼制御装置及び制御方法に関する。

内燃機関は、一般的に長期間の稼働に伴って燃焼室内、例えばピストンの頂面や燃料噴射弁等に、燃料や潤滑油の残滓であるカーボンデポジット等の堆積物が堆積していく。これにより圧縮比が上昇し、排ガス中のＮＯ_Ｘ，ＣＯ，ＨＣ等が増大する傾向にある。図１２は、自動車に搭載された内燃機関において、燃焼室内のデポジットの堆積（走行距離）と排ガスに含まれるＮＯ_Ｘとの関係を示した線図である。図１２から、デポジットの堆積に伴ってＮＯ_Ｘ量が増大し、シリンダ内を清掃し、デポジットを除去することで排ガス中のＮＯ_Ｘが低下することがわかる。排ガス中のＣＯ、ＨＣについても、これと同様の傾向が見られる。

従来、内燃機関の燃焼制御や燃焼状態のモニタリングには種々の方法が採用されている。例えば、特許文献１又は特許文献２に開示されているように、内燃機関の筒内圧を監視した燃焼制御方法がある。これらは単にシリンダ内の圧力波形に基づいて燃焼状態を検知し、この検出結果に基づいて燃料供給量、燃料供給タイミング、点火タイミングを補正する方法であり、デポジットの有無を検出するものではない。このため、特定のシリンダに何らかの異常が発生し、デポジットが極端に増加したとしても、その異常を早期に検知できず、内燃機関の損傷等のトラブルにつながる可能性がある。

また、デポジットの堆積状況はエンジンを開放（もしくは停止時にファイバースコープ等で検査）することでしか知りえないため、据付時に内燃機関の運転調整を行う場合、経年変化を見越して排ガス性状に余裕をもたせた設定にしておく必要がある。従って、必ずしも高効率な運転設定とすることができない。
さらに、従来、デポジット除去のメンテナンスは、一定の運転時間毎に行うように機械的に設定されているため、同一型式の内燃機関でもデポジットが少ない運転条件の機関では不必要なメンテナンスを行うことになって、余計なメンテナンスコストがかかる。逆に、デポジットの多い運転条件の機関（低負荷運転が多い機関等）では、デポジット除去のタイミングが遅れ、排ガスが規制値を超えてしまう可能性がある。

一方、特許文献３には、シリンダの内部に堆積したデポジットの有無を推定する手段が開示されている。この推定手段は、デポジットがある場合、デポジットに燃料が吸着されるため、排気管に設けられた酸素濃度センサーがリッチ信号を出力するまでに正常時より多いインジェクタの噴射回数を要する点に着目している。即ち、特定シリンダのインジェクタを一定時間停止させた後再開させ、その時に酸素濃度センサーからリッチ信号が出力されるまでのインジェクタの噴射回数に基づいて、デポジットの有無を推定している。

また、特許文献４には、主として燃料噴射弁等に堆積したデポジットの堆積量を推定する手段が開示されている。この推定手段は、予め実験等によって取得した運転状態量（正味平均有効圧、回転速度等）とデポジット堆積量との相関マップからデポジット堆積量を推定するものである。

特開平９−９６２３８号公報 特開２００７−１７０４０５号公報 特開平８−２６１０３３号公報 特開２０１０−７１１２６号公報

前述のように、シリンダの内部に堆積するデポジットによって、圧縮比が上昇し、排ガス中のＮＯ_Ｘ，ＣＯ，ＨＣ等が増大する傾向にある。このように、デポジットの堆積量と実際の圧縮比の上昇とは相関があるため、デポジットの堆積量を把握するためには、実際の圧縮比を検出することが有効である。
しかし、特許文献３又は特許文献４に開示された推定手段では、実際の筒内圧力の検出値から実圧縮比を算出してデポジットの堆積量を把握するものではないため、デポジットの堆積量を正確に把握することは困難である。

本発明は、かかる従来技術の課題に鑑み、簡易かつ低コストな手段でシリンダ内のデポジット堆積量を正確に検出し、デポジット堆積量を抑える運転を行うことによって、排ガス性状を規制値以下に抑えると共に、内燃機関のランニングコストやデポジット除去のためのメンテナンスコストを節減することを目的とする。

かかる目的を達成するため、本発明の内燃機関の燃焼制御装置は、燃焼室内の圧力を検出する筒内圧センサーと、該筒内圧センサーで検出された圧縮行程が開始されるクランク角における筒内圧力である圧縮前圧力Ｐｓ及び圧縮行程における着火前であって圧縮行程内での所定のクランク角における筒内圧力である着火前圧縮圧力Ｐｃから実圧縮比εを、ε＝（Ｐｃ／Ｐｓ） ^１／κ （但しκは作動気体の比熱比）の算出式より算出する実圧縮比算出手段と、圧縮行程が開始されるクランク角におけるシリンダ内容積Ｖｓ'の設計値と前記着火前圧縮圧力Ｐｃの検出時のクランク角と同一のクランク角におけるシリンダ内容積Ｖｃ'の設計値とから設計圧縮比ε'を、ε'＝Ｖｓ'／Ｖｃ'の算出式より算出して、前記実圧縮比εと前記設計圧縮比ε'とを比較して両者の偏差からシリンダ内のデポジット堆積量を推定するデポジット堆積量推定手段と、前記偏差が閾値を超えたとき、内燃機関の運転条件を補正する運転条件補正手段と、を備え、
前記運転条件補正手段は、前記偏差が閾値を超えたとき、着火タイミングを遅角するように補正し、さらに、空燃比を大きくするように補正することを特徴とする。

本発明では、筒内圧センサーで検出された圧縮前圧力及び着火前圧縮圧力から実圧縮比を算出する。実圧縮比と設計圧縮比との偏差から、シリンダのデポジット堆積量を正確に把握できる。そして、前記偏差の閾値を設け、偏差が閾値を超えたら、運転条件補正手段で運転条件を補正するようにしているので、デポジット堆積により排ガス性状が悪化傾向となった場合でも、運転条件の補正により排ガスを規制値以下に保持できる。

これによって、経年変化による排ガス性状の悪化を規制値内に抑えることができるので、内燃機関の運転条件を余裕が少ない高効率な条件（例えば、着火タイミングの進角、空燃比のリッチ化等）とすることができる。その結果、ランニングコスト（運転時の燃料コスト等）を節減できる。また、デポジット除去のためのメンテナンス間隔を広げることができるので、メンテナンスコストを節減できる。

本発明において、給気温度センサーをさらに備え、実圧縮比算出手段において、理想気体の断熱圧縮の状態式であるＰＶκ＝一定の関係を用い、圧縮前圧力、着火前圧縮圧力及び給気温度センサーで検出された給気温度からκの値を算出し、実圧縮比を算出するとよい。これによって、実圧縮比を容易にかつ正確に算出できる。

また、運転条件補正手段で補正対象とする運転条件は着火タイミングであり、前記偏差が閾値を超えたとき前記着火タイミングを遅角するように補正することで、排ガスに含まれる有害物、例えばＮＯｘを確実に規制値以下に補正することができる。
さらに、運転条件補正手段で補正対象とする運転条件を空燃比として、前記偏差が閾値を超えたとき空燃比を大きくするように補正することで、排ガス、例えばＮＯｘを確実に規制値以下に補正することができる。

また、前記偏差が第１閾値を超えたとき、警報を発令する警報装置と、第１閾値より大きい第２閾値を超えたとき、対象シリンダが異常状態であると判定し、対象シリンダ又は内燃機関を停止する機関停止手段とをさらに備えるとよい。これによって、デポジットの堆積量が増大して排ガス性状が規制値を超える前に警報を発することができると共に、排ガス性状が規制値を超えたときの処置を迅速に行うことができる。

本発明において、前記実圧縮比算出手段は、検出された圧縮前圧力又は着火前圧縮圧力の移動平均値を算出し、該移動平均値を用いて実圧縮比を算出するとよい。これによって、圧縮前圧力又は着火前圧縮圧力検出値の瞬間的なノイズや一過性の異常燃焼の影響を排除でき、信頼できる実圧縮比を算出できる。

また、給気圧力を検出する給気圧センサーを設け、前記実圧縮比算出手段は、給気圧センサーによって検出した給気圧力（Ｐｓ）と、筒内圧センサーによって検出した圧縮前圧力と着火前圧縮圧力との差（ΔＰ）との加算により着火前圧縮圧力（Ｐｃ＝Ｐｓ＋ΔＰ）の絶対圧力を算出し、給気圧力（Ｐｓ）と加算による着火前圧縮圧力（Ｐｃ）を用いて実圧縮比を算出するものであるとよい。

これによって、筒内圧センサー自体が劣化等によって検出値がドリフトして正確な絶対圧力値を検出できなくなっても、筒内圧センサーの検出値の差（偏差）と給気圧センサーからの検出値とを用いて筒内圧力の着火前圧縮圧力（Ｐｃ＝Ｐｓ＋ΔＰ）の絶対圧力を算出して、該着火前圧縮圧力（Ｐｃ）を用いることで、筒内圧センサーのドリフトの影響を排除できる。従って、信頼できる実圧縮比を算出できる。

また、本発明の内燃機関の燃焼制御方法は、筒内圧センサーで圧縮行程が開始されるクランク角における筒内圧力である圧縮前圧力Ｐｓ及び圧縮行程における着火前であって圧縮行程内での所定のクランク角における筒内圧力である着火前圧縮圧力Ｐｃを検出して、該圧縮前圧力及び着火前圧縮圧力を基に実圧縮比εを、ε＝（Ｐｃ／Ｐｓ） ^１／κ （但しκは作動気体の比熱比）の算出式より算出する実圧縮比算出工程と、圧縮行程が開始されるクランク角におけるシリンダ内容積Ｖｓ'の設計値と前記着火前圧縮圧力Ｐｃの検出時のクランク角と同一のクランク角におけるシリンダ内容積Ｖｃ'の設計値とから設計圧縮比ε'を、ε'＝Ｖｓ'／Ｖｃ'の算出式より算出して、前記実圧縮比εと前記設計圧縮比ε'とを比較し、両者の偏差からシリンダ内のデポジット堆積量を推定するデポジット堆積量推定工程と、前記偏差が閾値を超えたとき、着火タイミングを遅角するように補正し、さらに、空燃比を大きくするように補正する運転条件補正工程とからなることを特徴とする。

かかる方法によれば、前述した燃焼制御装置の発明で説明したのと同様に、実圧縮比と設計圧縮比との偏差から、シリンダのデポジット堆積量を正確に把握でき、偏差が閾値を超えたら、運転条件補正手段で運転条件を補正することで、デポジット堆積により排ガス性状が悪化傾向となった場合でも、運転条件の補正により排ガスを規制値以下に保持できる。

これによって、経年変化による排ガス性状の悪化を規制値内に抑えることができるので、内燃機関の運転条件を排ガス規制値に対する余裕が少ない高効率な条件（例えば、着火タイミングの進角、空燃比のリッチ化等）とすることができる。その結果、ランニングコスト（運転時の燃料コスト等）を節減できる。また、デポジット堆積が少ない運転条件の機関の場合、デポジット除去のためのメンテナンス間隔を広げることができるので、メンテナンスコストを節減できる。

本発明によれば、簡易かつ低コストな手段でシリンダ内のデポジット堆積量を正確に検出し、デポジット堆積量を抑える運転を行うことによって、排ガス性状を規制値以下に抑えると共に、内燃機関のランニングコストやデポジット除去のためのメンテナンスコストを節減することができる。本発明は、内燃機関全般、例えば、ガスエンジン、ディーゼルエンジン又はガソリンエンジン等に適用できる。

本発明の第１実施形態に係る定置用ガスエンジンの構成図である。 第１実施形態の制御装置のブロック線図である。 第１実施形態の運転制御手順を示すフロー図である。 第１実施形態の定置用ガスエンジンの筒内圧を示す線図である。 第１実施形態の運転条件の補正マップを示す線図である。 第１実施形態に係る定置用ガスエンジンのメンテナンス頻度を示す線図であり、（Ａ）は排ガス中ＮＯ_Ｘ量を縦軸に採り、（Ｂ）は熱効率を縦軸に採ったものである。 本発明の第２実施形態に係る制御装置のブロック線図である。 第２実施形態の運転制御手順を示すフロー図である。 第２実施形態に係る定置用ガスエンジンのメンテナンス頻度を示す線図である。 本発明の第３実施形態に係る定置用ガスエンジンの運転制御手順を示すフロー図である。 本発明の第４実施形態に係る図１対応図である。 自動車の排ガス中ＮＯ_Ｘ量の走行距離に対する推移を示す線図である。

以下、本発明を図に示した実施形態を用いて詳細に説明する。但し、この実施形態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い。

（実施形態１）
本発明を定置用ガスエンジンに適用した第１実施形態を図１〜図６に基づいて説明する。図１は、複数のシリンダをもつ定置用ガスエンジン１０Ａを構成する一つのシリンダ１２を示している。図１において、シリンダ１２の内部で、クランク軸１６によってピストン１４が往復動する。ピストン１４の上方に燃焼室１８が形成されている。シリンダヘッド部に、給気管２０及び排気管２２が接続され、シリンダヘッドの中央部には副室３８が設けられ、副室３８の内部に着火装置２４が設けられている。給気管２０の開口に給気弁２６が設けられ、排気管２２の開口に排気弁２８が設けられている。

発電機３０はクランク軸１６の回転によって駆動される。給気管２０の途中には、給気管２０内を流れる空気ａに燃料ガスｇを噴射するガス噴射装置３２が設けられている。ガス噴射装置３２には、燃料ガスタンク（図示省略）からガス噴射装置３２に燃料ガスを供給するガス供給管３４が接続されている。ガス供給管３４には、ガス噴射装置３２の入口にガス供給電磁弁３６が設けられている。副室３８内で着火された火炎が燃焼室１８内に噴射され、これによって、主燃焼室側の希薄混合ガスが燃焼される。燃焼後の排ガスｅは排気管２２から排出される。

シリンダ１２には、燃焼室１８の圧力を検出する筒内圧センサー４２が設けられ、給気弁２６の上流側給気管２０に、給気温度を検出する給気温度センサー４４が設けられている。また、クランク軸１６のクランク角を検出するクランク角センサー４６が設けられている。これらセンサーの検出信号は制御装置５０Ａに送られる。制御装置５０Ａは、着火装置２４の着火タイミングを制御すると共に、ガス供給電磁弁３６の開度を制御して、シリンダ１２に供給される燃料ガスの空燃比を制御する。

図２に、制御装置５０Ａの構成を示す。実圧縮比算出部５０２は、筒内圧センサー４２で検出された圧縮前圧力（給気圧力）Ｐｓ、着火前圧縮圧力Ｐｃと、給気温度センサー４４で検出された給気温度Ｔｓが入力され、これらの検出値から実圧縮比を算出する。
デポジット堆積量推定部５０４は、実圧縮比算出部５０２で算出された実圧縮比と、着火前圧縮圧力Ｐｃと同一クランク角における設計圧縮比とを比較し、両者の偏差からシリンダ内のデポジット堆積量を推定する。
運転条件補正部５０６は、前記偏差が閾値を超えたとき、補正マップ５０８に基づいて、着火装置２４の着火タイミングを補正する。

かかる構成において、本実施形態の燃焼制御手順を図３により説明する。実圧縮比算出部５０２では、筒内圧センサー４２で検出された着火前圧縮圧力Ｐｃ及び給気圧力Ｐｓと、給気温度センサー４４で検出された給気温度Ｔｓとから、実圧縮比εを算出する（Ｓ１０）。図４に示すように、給気圧力Ｐｓは、圧縮行程に入る前の吸入行程における筒内圧力である。着火前圧縮圧力Ｐｃは、圧縮行程における着火前の任意のクランク角における圧縮圧力である。例えば、図４に示すように、上死点前−１５°の圧縮圧力を選択する。

実圧縮比εの算出方法は、理想気体の断熱圧縮の状態式であるＰＶ^κ＝一定の関係を用いる。この関係式から、次の式（１）を導くことができる。
Ｐｓ×Ｖｓ^κ＝Ｐｃ×Ｖｃ^κ
ε＝Ｖｓ／Ｖｃ＝（Ｐｃ／Ｐｓ）^１／κ （１）
ここで、Ｖｓは圧縮前のシリンダ容積であり、Ｖｃは圧縮行程における着火前のシリンダ容積であり、κは作動気体（ここでは燃焼ガス）の比熱比であり、εは実圧縮比である。筒内圧センサー４２で検出したＰｃ、Ｐｓ、及び給気温度ＴｓとＰｃ、Ｐｓに基づいて補正したκの値を式（１）に代入することで、実圧縮比εを算出できる。なお、筒内圧力のＰｃ、Ｐｓは絶対圧力を用いる。

また、設計圧縮比ε'は、上死点前−１５°におけるシリンダ内容積Ｖｃ'の設計値と、下死点（−１８０°）におけるシリンダ内容積Ｖｓ'の設計値とから次の式（２）によって求めることができる。
ε'＝Ｖｓ'／Ｖｃ' （２）

図４に、燃焼室１８にデポジット堆積がある場合の筒内圧力波形Ｘと、燃焼室１８にデポジット堆積がない場合の筒内圧力波形Ｙとを摸式的に示している。即ち、デポジット堆積が増加するに従って、燃焼室１８の容積が減少するため、筒内圧力が増加する傾向になる。従って、デポジット堆積がある場合の着火前圧縮圧力Ｐｃは、デポジット堆積がない場合の設計上の着火前圧縮圧力Ｐｃ'より増加する。

図３に戻り、次に、デポジット堆積量推定部５０４で、算出した実圧縮比εと設計圧縮比ε'との偏差Δεを求め（Ｓ１１）、偏差Δεを閾値と比較する（Ｓ１２）。閾値は、排ガス性状が規制値を超えない限界値より余裕をもって設定されている。偏差Δεが閾値を超えていないときは、そのまま運転を継続する（Ｓ１６）。偏差Δεが閾値を超えたときは、運転条件補正部５０６で、補正マップ５０８に基づいて、運転条件を補正する。即ち、着火装置２４の着火タイミングの遅角量を増加する（Ｓ１４）。図５に補正マップ５０８の一例を示す。図５において、補正曲線Ｚに沿って、実圧縮比εが設計圧縮比ε'と比べて増大したときは、着火タイミングを遅角する。かかる運転制御手順を運転サイクル毎（圧縮行程毎）に、且つシリンダ毎に連続的に繰り返す。

例えば、定置用ガスエンジン１０において、設計圧縮比ε'が１０．０であるとき、実圧縮比εとの偏差Δεの閾値を０．１に設定すると、実圧縮比εが１０．１を超えないように運転制御される。

なお、本実施形態において、制御装置５０Ａによって、着火装置２４の着火タイミングを制御するだけでなく、ガス供給電磁弁３６の開度を制御して燃焼室１８に供給される混合気の空燃比を制御するようにしてもよい。この空燃比制御の場合には、偏差Δεが閾値を超えたときには、空燃比を大きくするように、ガス供給電磁弁３６の開度を閉側に制御して、排ガス性状、例えば排ガス中ＮＯｘ量を確実に規制値以下になるように補正してもよい。以上のように、着火タイミング、および空燃比を補正することで、排ガス性状をより精度良く制御できる。
また、デポジット堆積量推定部５０４で算出して把握したデポジットの堆積状況は、表示装置５２で表示される。

本実施形態によれば、筒内圧センサー４２及び給気温度センサー４４を設けるだけの簡易かつ低コストな手段で、実圧縮比εを算出できる。また、実圧縮比εと設計圧縮比ε'との偏差Δεを監視するだけで、燃焼室１８のデポジット堆積状況を把握できる。
そして、デポジットの堆積により排ガス性状が悪化した場合でも、制御装置５０Ａによって着火装置２４の着火タイミングを補正し、必要とあれば、さらにガス供給電磁弁３６の開度を調整することで空燃比を補正して、デポジット堆積による排ガス性状の変化を小さく抑えることができる。

そのため、図６（Ａ）の点線で示すように、ＮＯ_Ｘ規制値に対して余裕の少ない高効率設定（具体的には着火タイミングの進角、空燃比のリッチ化等）で運転可能となり、図６（Ｂ）の点線で示すように熱効率の高い運転が可能になる。なお、図６は、メンテナンス頻度を示す線図であり、（Ａ）は排ガス中ＮＯ_Ｘ量を縦軸に採り、（Ｂ）は熱効率を縦軸に採ったものである。
従って、燃料コスト等のランニングコストを節減できると共に、デポジット除去のためのメンテナンス間隔を広げることができるので、メンテナンスコストを節減できる。

（実施形態２）
次に、本発明の第２実施形態を図７〜図９により説明する。本実施形態は、第１実施形態と同一の構成を有する定置用ガスエンジンに適用された例である。図７は本実施形態の制御装置５０Ｂの構成を示す。制御装置５０Ｂは、第１実施形態の制御装置５０Ａの構成に加えて、警報装置５４及びエンジン停止装置５６を付設したものである。警報装置５４は、オペレータ及びその他の関係者に情報発信可能な監視室等の場所に設けられている。

制御装置５０Ｂによる燃焼制御手順を図８により説明する。まず、第１実施形態と同様に、圧縮圧力Ｐｃ、給気圧力Ｐｓ及び給気温度Ｔｓからシリンダ１２の実圧縮比εを算出する（Ｓ２０）。次に、第１実施形態と同様に、実圧縮比εと同じクランク角における設計圧縮比ε'とを比較し、これらの偏差Δεを求め（Ｓ２１）、偏差Δεを第１閾値と比較する（Ｓ２２）。第１閾値は第１実施形態の閾値と同じ値であってもよいし、あるいは異なる値であってもよい。偏差Δεが第１閾値を超えていないときは、そのまま運転を継続する（Ｓ２８）。

偏差Δεが第１閾値を超えたときは、偏差Δεを第２閾値と比較する（Ｓ２４）。第２閾値は第１閾値より大きな値であり、排ガス性状が規制値を超える限界値である。例えば、定置用ガスエンジン１０の設計圧縮比が１０．０であるとき、第１閾値を０．１とし、第２閾値を０．２と設定する。偏差Δε≦第２閾値であれば、補正マップ５０８に基づいて運転条件を補正する。即ち、着火タイミングの遅角量を増加する。同時に、警報装置５４で警報を発令する（Ｓ２６）。警報を発令したときは、次回メンテナンスで当該シリンダ１２の燃焼室１８を清掃する。偏差Δε＞第２閾値であれば、当該シリンダ１２を停止するか、又はエンジン全体を停止する（Ｓ３０）。そして、早急に定置用ガスエンジン１０を分解し点検する。かかる運転制御手順を運転サイクル毎（圧縮行程毎）に、且つシリンダ毎に連続的に繰り返す。

本実施形態によれば、第１実施形態で得られる作用効果に加えて、デポジットの堆積状況に基づいて、シリンダ毎にメンテナンス時の燃焼室の清掃要否を的確に判断でき、メンテナンスコストを最小化できる。例えば、図９に示すように、デポジットの堆積量が多いプラントＡと、デポジットの堆積量が少ないプラントＢがあるとき、メンテナンス１の時点では、デポジット堆積量が第１閾値を超えたプラントのみを清掃するようにする。次に、メンテナンス２の時点では、プラントＡ及びＢのデポジット堆積量が第１閾値を超えているので、プラントＡ及びＢを清掃する。これによって、プラント毎に必要最小限の清掃回数とすることができる。

また、シリンダ毎にデポジット堆積状況を的確に監視でき、特定シリンダでの燃料系統や潤滑油系統等の不具合を早期に発見でき、機関損傷等の重大事故の発生をなくすことができる。

（実施形態３）
次に、本発明の第３実施形態を図１０により説明する。本実施形態では、運転サイクル毎（圧縮行程毎）の検出値の変動の影響を抑えるため、実圧縮比εを検出値の移動平均を用いて平均化するようにした例である。
図１０において、まず、着火前圧縮圧力Ｐｃを検出する（Ｓ４０）。次に、検出した着火前圧縮圧力Ｐｃ１と、前回までの演算サイクルでの移動平均の着火前圧縮圧力Ｐｃ２との検出値偏差ΔＰｃを算出する（Ｓ４２）。この検出値偏差ΔＰｃを閾値と比較する（Ｓ４４）。検出値偏差ΔＰｃ≦閾値のとき、今回検出した着火前圧縮圧力Ｐｃ１を採用し、該着火前圧縮圧力Ｐｃ１を含めた移動平均値を算出する（Ｓ４６）。一方、検出値偏差ΔＰｃ＞閾値のとき、今回検出した着火前圧縮圧力Ｐｃ１を不採用とし、前回までの移動平均値の着火前圧縮圧力Ｐｃ２を採用する（Ｓ４８）。

次に、この着火前圧縮圧力Ｐｃと別途検出した給気圧力Ｐｓ及び給気温度Ｔｓとから実圧縮比εを算出する（Ｓ５０）。算出した実圧縮比εを用い、図３に示す第１実施形態の制御手順、又は図８に示す第２実施形態の制御手順により、制御サイクルを繰り返す。

本実施形態によれば、着火前圧縮圧力Ｐｃを検出する際に、移動平均値に対して検出値偏差の大きい検出値を除くことで、着火前圧縮圧力Ｐｃの検出値の瞬間的なノイズや、一過性の異常燃焼を排除できる。そのため、運転中の微小変動を排除した信頼できる実圧縮比εを算出できる。

なお、以上説明した例は、実圧縮比εを着火前圧縮圧力Ｐｃの検出値の移動平均を用いて平均化するようにした例であるが、運転サイクル毎に算出された実圧縮比εの移動平均を用いて平均化し、これによって、瞬間的なノイズや一過性の異常燃焼の影響を排除するようにしてもよい。また、移動平均でなく、一定期間の実圧縮比εの最大値、最小差を排除するような手法によって瞬間的なノイズや一過性の異常燃焼の影響を排除するようにしてもよい。

（実施形態４）
次に、本発明の第４実施形態を図１１により説明する。本実施形態では、筒内圧センサー４２のドリフトの影響を排除するため、着火前圧縮圧力Ｐｃは、検出値そのものを使用せず、圧縮行程前の圧力との差分と、給気圧センサー４８からの検出信号による給気圧力Ｐｓとに基づいて算出した絶対圧力を用いるようにしてもよい。

図１１に示すように、ガス噴射装置３２の下流側給気管２０に、燃焼室１８内に流入する給気圧力を検出する給気圧センサー４８を設け、実圧縮比算出部５０２では、給気圧センサー４８によって検出した給気圧力Ｐｓを圧縮前圧力とし、そして、筒内圧センサー４２によって検出した圧縮前圧力と着火前圧縮圧力との差分（ΔＰ）と給気圧センサー４８によって検出した給気圧力Ｐｓとの加算より、着火前圧縮圧力（Ｐｃ＝Ｐｓ＋ΔＰ）の絶対圧力値を算出する。
この給気圧力Ｐｓと前記加算より算出した着火前圧縮圧力Ｐｃを用いて実圧縮比εを算出する。

これによって、筒内圧センサー４２自体が劣化等によって検出値がドリフトして正確な絶対圧力値を検出できなくなっても、筒内圧センサー４２の検出値の差分（偏差）と給気圧力センサー４８からの検出値とを用いて筒内圧力の着火前圧縮圧力（Ｐｃ＝Ｐｓ＋ΔＰ）の絶対圧力を算出し、着火前圧縮圧力Ｐｃを用いることで、筒内圧センサー４２のドリフトの影響を排除でき、信頼できる実圧縮比を算出できる。

本発明によれば、簡易かつ低コストな手段でシリンダ内のデポジット堆積量を検出し、デポジット堆積量を抑える運転を行うことによって、排ガス性状を規制値以下に抑えることができる。本発明は、ガスエンジン、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジン等、内燃機関全般に適用可能である。

１０Ａ、１０Ｂ 定置用ガスエンジン
１２ シリンダ
１４ ピストン
１６ クランク軸
１８ 燃焼室１８
２０ 給気管
２２ 排気管
２４ 着火装置
２６ 給気弁
２８ 排気弁
３０ 発電機
３２ ガス噴射装置
３４ ガス供給管
３６ ガス供給電磁弁
３８ 副室
４２ 筒内圧センサー
４４ 給気温度センサー
４６ クランク角センサー
４８ 給気圧センサー
５０Ａ、５０Ｂ 制御装置
５０２ 実圧縮比算出部
５０４ デポジット把握部
５０６ 運転条件補正部
５０８ 補正マップ
５２ 表示装置
５４ 警報装置
５６ エンジン停止装置
Ｐｃ、Ｐｃ’、Ｐｃ１，Ｐｃ２ 着火前圧縮圧力
Ｐｓ 圧縮前圧力（給気圧力）
Ｔｓ 給気温度
Ｘ 圧縮圧力（デポジット堆積あり）
Ｙ 圧縮圧力（デポジット堆積なし）
Ｚ 補正曲線
ａ 空気
ｇ 燃料ガス
ｅ 排ガス
ε 実圧縮比
ε’ 設計圧縮比

Claims (6)

1. シリンダ内の圧力を検出する筒内圧センサーと、
   該筒内圧センサーで検出された圧縮行程が開始されるクランク角における筒内圧力である圧縮前圧力Ｐｓ及び圧縮行程における着火前であって圧縮行程内での所定のクランク角における筒内圧力である着火前圧縮圧力Ｐｃに基づいて実圧縮比εを、ε＝（Ｐｃ／Ｐｓ） ^１／κ （但しκは作動気体の比熱比）の算出式より算出する実圧縮比算出手段と、
   圧縮行程が開始されるクランク角におけるシリンダ内容積Ｖｓ'の設計値と前記着火前圧縮圧力Ｐｃの検出時のクランク角と同一のクランク角におけるシリンダ内容積Ｖｃ'の設計値とから設計圧縮比ε'を、ε'＝Ｖｓ'／Ｖｃ'の算出式より算出して、前記実圧縮比εと前記設計圧縮比ε'とを比較して両者の偏差からシリンダ内のデポジット堆積量を推定するデポジット堆積量推定手段と、
   前記偏差が閾値を超えたとき、内燃機関の運転条件を補正する運転条件補正手段と、を備え、
   前記運転条件補正手段は、前記偏差が閾値を超えたとき、着火タイミングを遅角するように補正し、さらに、空燃比を大きくするように補正することを特徴とする内燃機関の燃焼制御装置。
2. 給気温度センサーを備え、前記実圧縮比算出手段は、理想気体の断熱圧縮の状態式であるＰＶ^κ＝一定の関係を用い、前記圧縮前圧力、着火前圧縮圧力及び前記給気温度センサーで検出された給気温度からκの値を算出し、前記実圧縮比を算出するものであることを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
3. 前記偏差が第１閾値を超えたとき、警報を発令する警報装置と、
   該第１閾値より大きい第２閾値を超えたとき、対象シリンダが異常状態であると判定し、対象シリンダ又は内燃機関を停止する機関停止手段とをさらに備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
4. 前記実圧縮比算出手段は、検出された圧縮前圧力又は着火前圧縮圧力の移動平均値を算出し、該移動平均値を用いて前記実圧縮比を算出するものであることを特徴とする請求項１又は２に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
5. 給気圧力を検出する給気圧センサーを設け、前記実圧縮比算出手段は、前記給気圧センサーによって検出した給気圧力（Ｐｓ）と、前記筒内圧センサーによって検出した圧縮前圧力と着火前圧縮圧力との差（ΔＰ）との加算により着火前圧縮圧力（Ｐｃ＝Ｐｓ＋ΔＰ）を算出し、前記給気圧力（Ｐｓ）と前記加算による着火前圧縮圧力（Ｐｃ）を用いて実圧縮比を算出することを特徴とする請求項１に記載の内燃機関の燃焼制御装置。
6. 筒内圧センサーで圧縮行程が開始されるクランク角における筒内圧力である圧縮前圧力Ｐｓ及び圧縮行程における着火前であって圧縮行程内での所定のクランク角における筒内圧力である着火前圧縮圧力Ｐｃを検出して、該圧縮前圧力及び着火前圧縮圧力を基に実圧縮比εを、ε＝（Ｐｃ／Ｐｓ） ^１／κ （但しκは作動気体の比熱比）の算出式より算出する実圧縮比算出工程と、
   圧縮行程が開始されるクランク角におけるシリンダ内容積Ｖｓ'の設計値と前記着火前圧縮圧力Ｐｃの検出時のクランク角と同一のクランク角におけるシリンダ内容積Ｖｃ'の設計値とから設計圧縮比ε'を、ε'＝Ｖｓ'／Ｖｃ'の算出式より算出して、前記実圧縮比εと前記設計圧縮比ε'とを比較し、両者の偏差からシリンダ内のデポジット堆積量を推定するデポジット堆積量推定工程と、
   前記偏差が閾値を超えたとき、着火タイミングを遅角するように補正し、さらに、空燃比を大きくするように補正する運転条件補正工程とからなることを特徴とする内燃機関の燃焼制御方法。
   

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