發(fā)動機的不發(fā)火時負(fù)荷控制方法及其不發(fā)火時負(fù)荷控制系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種發(fā)動機的不發(fā)火時負(fù)荷控制方法及其不發(fā)火時負(fù)荷控制系統(tǒng)，特別涉及一種在例如多缸柴油發(fā)動機、燃?xì)獍l(fā)動機等中，對汽缸的不發(fā)火進行檢測，并基于不發(fā)火的檢測結(jié)果進行發(fā)動機的輸出限制運轉(zhuǎn)的發(fā)動機的不發(fā)火時負(fù)荷控制方法及其不發(fā)火時負(fù)荷控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]例如，在發(fā)電用的多缸柴油發(fā)動機或多缸燃?xì)獍l(fā)動機中，在一個汽缸或多個汽缸發(fā)生不發(fā)火的情況下，為了使發(fā)動機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)持續(xù)，利用不發(fā)火檢測構(gòu)件檢測不發(fā)火，同時使發(fā)動機輸出降低至能夠穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的輸出。
[0003]S卩，在以往的多缸發(fā)動機中，在全部汽缸處于正常運轉(zhuǎn)狀態(tài)并以100%的輸出運轉(zhuǎn)時，在兩個汽缸發(fā)生不發(fā)火的情況下，使運轉(zhuǎn)輸出水平下降至50%的輸出(在一個汽缸的情況下為90%的輸出)，謀求發(fā)動機的穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。
[0004]然而，若一兩個汽缸發(fā)生不發(fā)火，則發(fā)動機曲軸的扭轉(zhuǎn)響應(yīng)振幅發(fā)生變化，由于該扭轉(zhuǎn)響應(yīng)振幅的變化方式根據(jù)不發(fā)火汽缸而有所不同等，因此與不發(fā)火有關(guān)的發(fā)動機的允許最大負(fù)荷根據(jù)發(fā)生不發(fā)火的汽缸而有所不同。
[0005]因此，為了使發(fā)動機的運轉(zhuǎn)輸出在發(fā)生不發(fā)火時適當(dāng)，曲軸的扭轉(zhuǎn)響應(yīng)振幅的評價、研究是十分重要的。
[0006]關(guān)于對扭轉(zhuǎn)振動的評價、研究，迄今為止提供了如下各種技術(shù)。
[0007]例如，在非專利文獻I中，扭轉(zhuǎn)振動是由作為旋轉(zhuǎn)軸系的曲軸上所具備的旋轉(zhuǎn)重量引起的，根據(jù)軸的強度及旋轉(zhuǎn)重量的分布狀況，扭轉(zhuǎn)振動具有某一恒定的固有頻率(Holzer法(霍爾茨法))。
[0008]例如，在軸上具備N個旋轉(zhuǎn)重量的情況下，存在I節(jié)、2節(jié)、3節(jié)、……(N — I)節(jié)的(N — I)個固有頻率。在此，所謂I節(jié)，是指振動的節(jié)點具有一個的情況，所謂χ節(jié)，表示節(jié)點具有χ個。
[0009]在產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動的起振力的頻率與該χ節(jié)的固有頻率一致的情況下，通過共振，產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動。
[0010]在利用諧波分析儀將發(fā)動機的轉(zhuǎn)矩曲線分析成正弦波向量的情況下，起振力是由該分力向量引起的。因此，扭轉(zhuǎn)振動通過振動的節(jié)點數(shù)X與成為起振力的諧波的分力向量的次數(shù)I的組合，表現(xiàn)為X節(jié)I次的扭轉(zhuǎn)振動。
[0011]—般來說，若舉出具有一端固定的固定端的長度L的軸來說明轉(zhuǎn)矩T與扭轉(zhuǎn)角Θ的關(guān)系，則節(jié)點作為固定端，下式成立。
[0012]Θ = T.L/G.Ip......(I)
[0013]其中，T:施加于自由端的轉(zhuǎn)矩，G:材料的橫向彈性模量，Ip:相對于軸心的截面二次極矩。
[0014]根據(jù)上述算式，扭轉(zhuǎn)角與振動的振幅成比例。在軸系的各點中，軸因諧波分力的向量Ay而扭轉(zhuǎn)的量與TL成比例。因此，各汽缸的諧波分力的向量(/、一? 二、y夕.<夕卜少)\乘以自該節(jié)點至該汽缸的距離而得到的值與合計的軸的扭轉(zhuǎn)角成比例。S卩，XAyXL的大小與扭轉(zhuǎn)振動的振幅成比例。
[0015]在此，各向量Ay在各汽缸之間帶有相位，因此能夠通過基于TL向量線圖的圖解法來計算SAyXL。
[0016]TL向量根據(jù)多缸發(fā)動機中的點火順序而有所不同。即，若變更發(fā)動機的曲軸排列及點火順序，則TL合計向量的相對大小(比大? ^ 明顯不同。
[0017]根據(jù)對由一個汽缸產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)力轉(zhuǎn)矩T進行諧波分析的結(jié)果，諧波分力Ay的數(shù)值根據(jù)次數(shù)I而有所不同，若設(shè)該相對大小(比大g S )為CA，則振動的起振力⑶:C V =
Ca X Ctl ο
[0018]與該Cv成比例地確定扭轉(zhuǎn)振動的振幅。只要計算該Cv，就能夠預(yù)測出相對于扭轉(zhuǎn)振動的各次數(shù)所應(yīng)表現(xiàn)出的振動的大小。
[0019]由上可知，需要基于應(yīng)出現(xiàn)在軸系中的扭轉(zhuǎn)振動的預(yù)測，確定有利的點火順序及曲軸排列。點火順序及曲軸排列與發(fā)動機的平衡有很大關(guān)系，因此應(yīng)斟酌扭轉(zhuǎn)振動的預(yù)測和平衡雙方，確定最有利的曲軸排列及點火順序。
[0020]另外，在非專利文獻2中，對于五翼葉輪六缸內(nèi)燃機的不發(fā)火時扭轉(zhuǎn)振動，做出了如下研究。
[0021]在此，在扭轉(zhuǎn)振動響應(yīng)計算的解法中，為了對轉(zhuǎn)矩諧波次數(shù)的共振轉(zhuǎn)速下的振動以及扭轉(zhuǎn)振動應(yīng)力進行評價，使用了應(yīng)用穩(wěn)定振動解法的模擬計算法，通過具體例子，嘗試對不發(fā)火時的扭轉(zhuǎn)振動特性以及內(nèi)燃機起振力和葉片起振力的相互作用進行了評價。以下，省略中間過程，僅示出研究結(jié)果。
[0022]例如，若六缸內(nèi)燃機有一個汽缸不發(fā)火，則4、5、6次的轉(zhuǎn)矩諧波變大。由此，在正常點火中，扭轉(zhuǎn)振動應(yīng)力小的4、5次成分變大。特別是4次成分的扭轉(zhuǎn)振動應(yīng)力增加明顯，根據(jù)情況有可能超過既定的允許應(yīng)力曲線。
[0023]因此，本申請人在專利文獻I中公開了如下發(fā)動機的不發(fā)火時負(fù)荷控制方法及其不發(fā)火時負(fù)荷控制系統(tǒng):在一個汽缸或多個汽缸發(fā)生不發(fā)火的情況下，該方法及系統(tǒng)能夠針對每個不發(fā)火發(fā)生汽缸將發(fā)生不發(fā)火時的發(fā)動機的允許最大負(fù)荷設(shè)定成適當(dāng)值，能夠提高發(fā)生不發(fā)火時的發(fā)動機利用率。
[0024]另外，本申請人在專利文獻2中提出了一種抑制發(fā)生不發(fā)火時的發(fā)動機的利用率的降低、并且抑制伴隨著發(fā)動機的燃料效率的變差而發(fā)生的發(fā)動機發(fā)電設(shè)備的效率降低的方法和裝置。
[0025]S卩，在此，提出了一種根據(jù)多汽缸發(fā)動機的不發(fā)火的檢測結(jié)果進行發(fā)動機的輸出限制運轉(zhuǎn)的手段，其中，基于不發(fā)火的檢測信號，算出第一限制輸出，并且使用基于預(yù)先設(shè)定的不發(fā)火發(fā)生汽缸與扭轉(zhuǎn)振動的變化的關(guān)系而設(shè)定的輸出限制值，基于不發(fā)火的檢測信號算出第二限制輸出，對第一限制輸出和第二限制輸出進行比較而算出最小的限制輸出，將該最小的限制輸出作為不發(fā)火時最大允許輸出而使發(fā)動機運轉(zhuǎn)，第一限制輸出是正常運轉(zhuǎn)輸出減去與不發(fā)火發(fā)生汽缸數(shù)對應(yīng)的不發(fā)火輸出而得到的輸出。
[0026]由此，相對于以往那樣在一到兩個汽缸發(fā)生不發(fā)火的情況下使發(fā)動機的輸出一律降低50%左右的輸出，能夠確定適當(dāng)?shù)妮敵鱿拗坡蕘斫档桶l(fā)動機的利用率，使發(fā)動機以必要水平以上的低輸出進行運轉(zhuǎn)。
[0027]現(xiàn)有技術(shù)文獻
[0028]非專利文獻
[0029]非專利文獻1:《船舶軸系捩扎振動問題?解決》{廣澤眞吾國士舘大學(xué)工學(xué)部紀(jì)要第7號(1974)}(《船舶軸系扭轉(zhuǎn)振動問題的解決》{廣澤真吾國士館大學(xué)工學(xué)部紀(jì)要第7 號(1974)})
[0030]非專利文獻2:《5翼7° 口 '歹6 > y V夂機関?失火時捩1O振動》{齋藤年正他2名福井工業(yè)大學(xué)研究紀(jì)要第38號(2008)}(《五翼葉輪六缸內(nèi)燃機的不發(fā)火時扭轉(zhuǎn)振動》{齋藤年正另有兩位福井工業(yè)大學(xué)研究紀(jì)要第38號(2008)}
[0031]專利文獻
[0032]專利文獻1:(日本)特開2008-95514號公報
[0033]專利文獻2:(日本)特開2008-2303號公報

【發(fā)明內(nèi)容】

[0034]發(fā)明所要解決的技術(shù)問題
[0035]因此，本申請人進一步改進了專利文獻1、2的方法，著眼于曲軸的扭轉(zhuǎn)振動，完成了如下方法:在一部分汽缸變?yōu)椴话l(fā)火狀態(tài)的情況下，基于曲軸扭轉(zhuǎn)振動評價計算，求出曲軸的附加應(yīng)力并確定適當(dāng)?shù)妮敵鱿拗坡?，通過控制成適當(dāng)?shù)陌l(fā)動機輸出來不使發(fā)動機的利用率降低。
[0036]本發(fā)明根據(jù)以上背景提出，目的在于提供一種發(fā)動機的不發(fā)火時負(fù)荷控制方法及其不發(fā)火時負(fù)荷控制系統(tǒng)，該方法及系統(tǒng)在一部分汽缸變?yōu)椴话l(fā)火狀態(tài)的情況下，基于曲軸扭轉(zhuǎn)振動評價計算求出對曲軸的附加應(yīng)力，能夠通過根據(jù)附加應(yīng)力控制發(fā)動機的運轉(zhuǎn)輸出來進行不發(fā)火時的負(fù)荷控制運轉(zhuǎn)。
[0037]用于解決技術(shù)問題的手段
[0038]為解決上述技術(shù)問題，技術(shù)方案I的本發(fā)明提供了一種發(fā)動機的不發(fā)火時負(fù)荷控制方法，該不發(fā)火時負(fù)荷控制方法對發(fā)動機中的多個汽缸的不發(fā)火進行檢測，并基于該不發(fā)火的檢測結(jié)果，控制發(fā)動機的運轉(zhuǎn)輸出，其特征在于，具備:第一階段，在該第一階段中，在檢測出不發(fā)火時，基于曲軸扭轉(zhuǎn)振動評價計算，算出對曲軸的附加應(yīng)力；第二階段，在該第二階段中，求出與算出的對曲軸的附加應(yīng)力對應(yīng)的對發(fā)動機的輸出限制率；第三階段，在該第三階段中，基于輸出限制率控制發(fā)動機的運轉(zhuǎn)輸出。
[0039]由此，若汽缸在發(fā)動機運轉(zhuǎn)中發(fā)生不發(fā)火，則發(fā)動機的動作平衡遭到破壞，曲軸的扭轉(zhuǎn)振動發(fā)生變化。因此，通過進行曲軸扭轉(zhuǎn)振動評價計算，能夠算出對曲軸的負(fù)荷應(yīng)力。通過求出與上述對曲軸的附加應(yīng)力對應(yīng)的對發(fā)動機的輸