CN105283653B

CN105283653B - 燃气发动机

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Publication number: CN105283653B
Application number: CN201480032877.7A
Authority: CN
Inventors: 大坪弘幸; 岸尾真; 岸尾一真
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2013-06-11
Filing date: 2014-05-28
Publication date: 2018-02-23
Anticipated expiration: 2034-05-28
Also published as: CA2914973A1; WO2014199828A1; EP2993334A1; CN105283653A; JP6134587B2; AU2014279324A1; KR102011552B1; US10539089B2; KR20160018502A; JP2014240615A; US20160123266A1; EP2993334B1; EP2993334A4; AU2014279324A2

Abstract

提供能够与燃料气体的组成变化对应地进行空燃比控制的燃气发动机。燃气发动机(1)具有控制部(10)，该控制部(10)在基于基准燃料气体的特定的发动机运转状况中，在将A/F阀(22)打开为规定的开度的状态下，使电磁阀(21)从规定的开度向稀侧和浓侧变动，进行基于该电磁阀(21)的扰动，在燃气发动机(1)的运转状况被视为稳定的期间内的实际运转时，在从设于燃气发动机(1)的排气路径(13)上的前氧传感器(31)得到的输出平均值(b)偏离了以该条件在控制部(10)中设定的前氧传感器(31)的输出目标值(a)的情况下，该控制部(10)对A/F阀(22)的开度进行调整，使得输出平均值(b)成为输出目标值(a)。

Description

燃气发动机

技术领域

本发明涉及能够与燃料气体的燃烧热量(以下简称为“热量”。)变化对应的燃气发动机。

背景技术

一般来讲，以与固定组成的燃料气体对应的方式对燃气发动机的空燃比的控制进行设定，但是，实际被供应的燃料气体的组成并非固定的，因此，该燃料气体的热量也并非固定的而是发生变化的。

因此，以往提出了如下的燃气发动机：通过气相色谱仪等气体组成测定装置对燃料气体进行测定，根据该测定结果来控制空燃比(例如，参照专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2003-148187号公报

发明内容

发明要解决的问题

但是，在上述现有的燃气发动机的情况下，气相色谱仪等气体组成测定装置的色谱柱(column)随着使用时间的经过而劣化，因此必须定期更换，成本和人工费用增多。

此外，在气相色谱仪等气体组成测定装置中，校准曲线会由于气候的变化或色谱柱的劣化等而发生变化，因此，必须使用标准气体定期地重新制作校准曲线，处理繁琐，并且在冷暖差异较大的场所无法使用。

并且，由于测定燃料气体的组成并到达得出测定结果为止需要时间，因此，供应到气缸盖的燃料气体不是测定了组成的燃料气体，会产生偏差。因此，还考虑设计燃料气体的供应路径以将得出测定结果的燃料气体送入气缸盖，但这种情况下装置复杂。

本发明是鉴于该实际情况而完成的，其目的在于，提供能够与燃料气体的热量的变化对应地进行空燃比控制的燃气发动机。

用于解决问题的手段

为了解决上述课题，本发明的燃气发动机在燃料气体供应路径中并列地设有第一阀和第二阀，第一阀是响应性比第二阀低且燃料流量调整幅度比第二阀大的阀，第二阀是响应性比第一阀高且燃料流量调整幅度比第一阀小的阀，该燃气发动机具有控制部，该控制部构成为，在将第一阀打开为规定的开度的状态下，使第二阀从规定的开度以规定的周期交替地向稀(lean)侧的开度变小的一侧和浓(rich)侧的开度变大的一侧变动，进行基于该第二阀的扰动，在燃气发动机的运转状况被视为稳定的期间内的实际运转时，在设于燃气发动机的排气路径上的氧传感器的输出的平均值偏离了在燃气发动机的运转状况被视为稳定的期间内在控制部中设定的氧传感器的输出目标值的情况下，该控制部调整第一阀的开度，使得输出平均值成为输出目标值。

在上述燃气发动机中，也可以是，控制部提取与实际运转时的基于第二阀的扰动控制中的最大开度和最小开度对应的氧传感器的最大输出和最小输出，计算输出平均值。

在上述燃气发动机中，也可以是，控制部对第一阀的开度进行调整，使得收敛于具有幅度的输出目标值。

在上述燃气发动机中，也可以是，按照每个气缸盖或按照每多个气缸盖设置第一阀和第二阀。

在上述燃气发动机中，也可以是，设置有多个第一阀和/或第二阀。

在上述燃气发动机中，也可以是，氧传感器是在排气路径的催化剂上游侧设置的前氧传感器。

在上述燃气发动机中，也可以是，氧传感器是在排气路径的催化剂下游侧设置的后氧传感器。

发明的效果

根据本发明，能够与燃料气体的组成变化对应地进行空燃比控制。

附图说明

图1是本发明的燃气发动机的整体结构的概略图。

图2是示出图1所示的燃气发动机的燃料气体和吸入空气的混合部的结构的框图。

图3是分别示出扰动控制中的空气过剩率、电磁阀开度、传感器输出的历时变化的曲线图。

图4是说明输出平均值的计算方法的曲线图，并且是详细示出扰动控制时的前氧传感器的输出值的历时变化的曲线图。

图5是示出由于燃料气体的热量的变化而变动的电磁阀和A/F阀的燃料气体流量与吸入空气流量之间的关系的曲线图。

图6是基于来自前氧传感器的输出来说明考虑到燃料气体的热量变化时的控制部的控制的流程图。

图7是基于来自后氧传感器的输出来说明考虑到燃料气体的热量变化时的控制部的控制的流程图。

图8是说明输出平均值的其他的计算方法的曲线图，并且是详细示出扰动控制时的前氧传感器的输出值的历时变化的曲线图。

图9是本发明的其他实施方式的、基于来自前氧传感器的输出来说明考虑到燃气发动机的燃料气体的热量变化时的控制部的控制的流程图。

图10是本发明的其他实施方式的、基于来自后氧传感器的输出来说明考虑到燃气发动机的燃料气体的热量变化时的控制部的控制的流程图。

图11是本发明的另一其他实施方式的、基于来自前氧传感器的输出来说明考虑到燃气发动机的燃料气体的热量变化时的控制部的控制的流程图。

图12是本发明的另一其他实施方式的、基于来自后氧传感器的输出来说明考虑到燃气发动机的燃料气体的热量变化时的控制部的控制的流程图。

图13的(a)是示出吸气部的其他结构的概略图，该图的(b)是示出另一其他结构的概略图。

图14是示出混合部的其他结构的概略图。

图15是示出使用了本发明的燃气发动机的燃气热泵装置的整体结构的概略的概略图。

图16是示出使用了本发明的燃气发动机的热电联产装置的整体结构的概略的概略图。

具体实施方式

下面，参照附图来说明本发明的实施方式。

图1示出本发明的燃气发动机1的整体结构的概略，图2示出该燃气发动机1中的燃料气体和吸入空气的混合部2a，图3示出该燃气发动机1的控制部10进行的扰动控制的控制图，图4示出对输出平均值b的计算方法进行说明的曲线图，图5示出对电磁阀21和A/F阀22的阀特性进行说明的曲线图，图6示出考虑到燃料气体的热量变化的控制部10的控制流程。

该燃气发动机1构成为具有电磁阀21和A/F阀22，并进行基于电磁阀21的扰动，当以规定的发动机转速和负载进行理论空燃比运转时，调整A/F阀22的开度，使得从燃气发动机1的排气路径13上设置的前氧传感器31得到的输出平均值b成为在燃气发动机的运转状况被视为稳定的期间内在控制部10中设定的前氧传感器31的输出目标值a。

首先，对燃气发动机1的整体结构进行说明。

燃气发动机1在与气缸盖11连接的吸气路径12上设有对空气和燃料气体进行混合的混合部2a，在该混合部2a与气缸盖11之间设有节气门2b。由这些混合部2a和节气门2b来构成吸气部2，通过来自控制部10的信号控制该吸气部2。

如图2所示，在混合部2a中，电磁阀21、A/F阀22、主喷嘴23、调节螺杆24并列连接在调节器25与混合器26之间。

电磁阀21由以能够调整供燃料气体通过的开口面积的方式设计的流量特性的阀构成，以对作为理论空燃比的空气过剩率(λ＝1)的理论空燃比运转进行控制。该电磁阀21构成为，利用电磁线圈使可动阀动作并使其打开规定的开度，其中，该可动阀以通过板簧或弹簧等的作用力来关闭流路的方式被施力。该电磁阀21例如以25赫兹的速度进行开闭，通过变更该开闭时的占空比能够调整开度。另外，电磁阀21不限于25赫兹，也可以是在这种扰动控制中使用的各种频率的电磁阀21。通过该结构，电磁阀21的流量调整幅度较小，但是能够实现迅速的流量调整。此外，构成电磁阀21的流量特性的阀也可以通过比例控制阀来构成。

A/F阀22由以能够调整燃料气体的通过路径的开口面积的方式设计的流量特性的比例控制阀构成，以对从作为理论空燃比的空气过剩率(λ＝1)的理论空燃比运转到作为稀燃烧的空气过剩率(λ＝1.4～1.6)的稀运转的范围进行控制。该A/F阀22构成为能够通过步进电动机的旋转按照每个阶段来调整可动阀的开度。通过该结构，A/F阀22虽然不能进行迅速的流量调整，但是构成为流量调整幅度较大，能够对应较宽的空气过剩率的范围。

主喷嘴23是构成为与电磁阀21和A/F阀22一起对从调节器25流向混合器26的燃料的量进行调整的阀，与上述的电磁阀21和A/F阀22不同，开度根据所使用的主喷嘴23的编号而被固定。

调节螺杆24是构成为通过手动调整燃料气体的量的阀，通常与上述主喷嘴23一起被固定。

调节器25对燃料气体的压力进行控制，以使得能够始终以固定的压力供应燃料气体。

混合器26由对空气和燃料气体进行混合的文丘里管构成。该混合器26利用与设于下游侧的节气门2b的开度相应地吸入的空气的文丘里效果，对燃料气体和空气进行混合。

在与气缸盖11连接的排气路径13上设有消声器3a，在该消声器3a与气缸盖11之间设有三元催化器3b。在该三元催化器3b的废气入口侧设有前氧传感器31，还在出口侧设有另外的后氧传感器32。

混合部2a在稀运转时，进行空气过剩率的范围(λ＝1.4～1.6)的稀运转。此时，根据来自设于三元催化器3b的废气入口侧的全区域传感器(省略图示)的检测结果，在关闭了电磁阀21的状态下通过控制部10控制A/F阀22，从而进行空气过剩率的范围(λ＝1.4～1.6)的控制。

此外，混合部2a在进行理论空燃比运转的情况下，能够进行以理论空燃比的空气过剩率(λ＝1)为中心而使空燃比向稀侧和浓侧变动的理论空燃比运转的扰动控制。此时，根据来自前氧传感器31和后氧传感器32的检测结果，在将A/F阀22打开至开闭区域的中间的开度例如50％的开度的状态下，将电磁阀21打开至开闭区域的中间的开度例如50％的开度，从50％的开度起以规定的间距重复对该电磁阀21进行打开和关闭，通过控制部10控制开度的变动，由此进行扰动控制。

这里，在理论空燃比运转时，将电磁阀21和A/F阀22设定为开闭区域的中间的开度是因为，与较小开度或较大开度的区域相比，中间的开度的比例控制的精度较高。因此，在通过在较小开度或较大开度的区域进行校正控制等而在开闭区域的整个区域范围内使比例控制的精度相同的情况下，不需要拘泥于这样的中间的开度。但是，在进行稀运转的燃气发动机1的情况下，考虑到在稀运转时关闭A/F阀22，优选预先在理论空燃比运转时将A/F阀22设定为比中间的开度大的开度。以下，为了便于说明，在使用规定热量的燃料气体进行理论空燃比运转的情况下，假定将电磁阀21设为开度50％、A/F阀22设为开度50％来进行说明。

控制部10构成为，输入使用规定热量的燃料气体进行理论空燃比运转和稀运转的情况下的、电磁阀21和A/F阀22各自的开度与来自前氧传感器31、后氧传感器32、全区域传感器(省略图示)的检测结果之间的关系，根据该输入信息控制理论空燃比运转和稀运转。

例如，在对理论空燃比运转进行控制的情况下，控制部10将电磁阀21的时间平均开度保持为50％并调整A/F阀22的开度，使得在三元催化器3b的入口侧设置的前氧传感器31的测定检测结果成为理论空燃比的空气过剩率(λ＝1)，从而进行控制。此时，如果供应基准燃料气体，则也将A/F阀22的开度维持在50％。

此外，根据在三元催化器3b的入口侧设置的前氧传感器31和作为其后级的在三元催化器3b的出口侧设置的后氧传感器32的测定检测结果，控制电磁阀21的开闭度，由此，进行以理论空燃比的空气过剩率(λ＝1)为中心，使空燃比向稀侧和浓侧变动的理论空燃比运转的扰动的控制。通过控制部10如下进行该扰动的控制。

即，如图3所示，通过前氧传感器31对流入三元催化器3b的近前的废气的氧浓度进行测定。该前氧传感器31判定为比理论空燃比运转更靠浓侧的情况下，将电磁阀21关闭至与理论空燃比运转的设定相比过剩的稀侧。

于是，废气中的过剩的氧被三元催化器3b吸收，由于被三元催化器3b吸收的氧会饱和，因此，在三元催化器3b的后级侧设置的后氧传感器32在从电磁阀21的切换起经过规定的响应时间后转移到稀侧。

此外，由于将电磁阀21关闭至比理论空燃比更靠稀侧，因此比三元催化器3b更靠前级侧的前氧传感器31被判定为稀侧，所以，依照该判定将电磁阀21打开至与理论空燃比运转的设定相比过剩的浓侧。

于是，被三元催化器3b吸收的氧被排放到废气中而对废气进行净化，但是，被三元催化器3b吸收的氧终究会枯竭，因此，在三元催化器3b后级侧设置的后氧传感器32在从电磁阀21的切换起经过规定的响应时间后转移到浓侧。

之后，以大约1～2秒左右的规定的间距使空燃比发生变更(扰动)，由此，三元催化器3b的后级侧的后氧传感器32使空燃比在理论空燃比的空气过剩率(λ＝1)的稀侧和浓侧平稳地变化。此时，三元催化器3b重复氧的吸收和放出，保持催化剂的活性化的状态。

向控制部10输入如该图3所示的控制映射图，在使用规定热量的燃料气体进行理论空燃比运转的情况下，进行依照该控制映射图的控制。

其中，作为基于电磁阀21的阀开度的控制参数，是根据以规定时间急剧打开阀的跳跃量J、然后以规定时间平稳地打开阀的上升速度R、到接着急剧关闭电磁阀21为止的期间的延迟时间D来决定的。因此，关于输入到控制部10的电磁阀21的开度，还输入有这样的扰动控制时的开度变化的条件。此外，在理论空燃比运转中，控制部10将前氧传感器31在成为理论空燃比的空气过剩率(λ＝1)时的氧浓度的输出值识别为输出目标值a。该输出目标值a是根据前氧传感器31的输出值的每单位时间的平均值来计算的。

此外，在以规定的发动机转速和负载进行电磁阀21的扰动的实际的运转状况中，控制部10在该运转状况被视为稳定的固定时间内，根据前氧传感器31的氧浓度的输出值的历史来计算实际的运转状况中的输出平均值b。如图4所示，在各阶段对通过扰动控制来变化的氧浓度的输出值进行测定来计算该输出平均值b。在图4中，对3个周期的输出值进行平均来进行计算，但是，不特别限定为3个周期，也可以对1个周期或2个周期的输出值进行平均，也可以对3个周期以上的输出值进行平均，来计算输出平均值b。在从实际的运转状况起对输出值的历史追溯1个周期来计算输出平均值b的情况下，虽然能够接近实际的运转状况且能够较快地进行数据处理，但是，数据的稳定性可能存在问题。在从实际的运转状况起对输出值的历史追溯3个周期以上来计算输出平均值b的情况下，虽然用于平均计算的数据量较多而能够得到稳定的数据，但是，要处理的数据量较多，数据处理会变慢。因此，关于从实际的运转状况起对输出值的历史追溯多少周期来计算输出平均值b，可以根据所使用的燃气发动机1或其使用环境来适当决定。

控制部10对这样计算出的实际的运转状况中的输出平均值b与输入到控制部10的同条件的原本的输出目标值a进行比较。然后，在输出平均值b小于输出目标值a的情况下，根据输出平均值b比输出目标值a小的程度来打开A/F阀22的开度，在输出平均值b大于或等于输出目标值a的情况下，根据输出平均值b比输出目标值a大的程度来保持A/F阀22的开度，或者，进而进行关闭，以使得输出平均值b与输出目标值a一致的方式进行控制。

接着，对控制部10的考虑到燃料气体的热量变化的控制进行说明。

在供应作为基准的规定热量的燃料气体的情况下，如上所述，进行控制部10的控制，但是，在实际供应的燃料气体的热量低于基准的情况下，或者，在实际供应的燃料气体的热量高于基准的情况下，如图5所示，需要对流量调整幅度较大的A/F阀22进行开闭，从而将该A/F阀22重新设定为符合该燃料气体热量的开度。例如，在将A/F阀22设为符合低热量气体的开度或符合高热量气体的开度的状态下，即使将电磁阀21全开或全闭，也仅限于电磁阀21的流量调整幅度Vl、Vh，无法仅通过该电磁阀21对从热量较低的燃料气体到热量较高的燃料气体的范围进行控制。

而且，在如上述的扰动控制那样，通过控制部10保持A/F阀22的开度并使电磁阀21开闭来进行控制时，燃料气体的热量发生了变化的情况下，该变化会与电磁阀21的扰动控制混合，无法判断是由于扰动控制而产生的变化还是由于燃料气体的热量变化而产生的变化。因此，在实际的运转状况中，即使在燃料气体的热量发生了变化的情况下，能够迅速进行流量调整的电磁阀21也会追随该变化，通过该电磁阀21进行控制。其结果是，在由于燃料气体的热量变化而产生空燃比的变化的情况下，虽然电磁阀21向进一步打开的方向或进一步关闭的方向偏移来进行扰动，但是，由于该电磁阀21的控制范围较小，因此，会立即从可控制的范围偏离而成为不能控制。

因此，在产生燃料气体的热量变化而开始使电磁阀21的开度向进一步打开的方向或进一步关闭的方向偏离的情况下，控制部10如以下那样进行控制，使得不仅通过电磁阀21进行开度调整，还能够通过A/F阀22进行开度调整。

首先，以理论空燃比的空气过剩率(λ＝1)开始燃气发动机1的理论空燃比运转。保持电磁阀21的开度的时间平均值为50％并进行A/F阀22的开度调整，由此执行该理论空燃比运转。此时，如果燃料气体是规定的热量，且A/F阀22的开度也是以规定的发动机转速和负载进行理论空燃比运转，则应该成为预先在控制部10中设定的开度即50％的开度。但是，在实际的运转时，无法保证供应到燃气发动机1的燃料气体相同，根据地区的不同，一天中燃料气体的热量或高或低地进行变动。

因此，如图6所示，为了掌握燃料气体的热量变化，首先，读出在理论空燃比运转时检测规定的发动机转速和负载并根据这些条件在控制部10中设定的前氧传感器31的输出目标值a(步骤1)。

从读出输出目标值a时起向过去追溯实际的运转状况中的前氧传感器31的输出历史，计算一定时间内的前氧传感器31的输出历史的平均值作为输出平均值b(步骤2)。

如果燃料气体的热量未发生变化，则步骤1中读出的输出目标值a与步骤2中计算出的输出平均值b一致，因此，对该输出目标值a和输出平均值b进行比较(步骤3)。

在输出平均值b小于输出目标值a的情况下，燃料气体的热量小该差值的量，由前氧传感器31检测的空气过剩率开始向稀侧偏移，因此，按照规定的比率打开A/F阀22(步骤4)。

在输出平均值b大于输出目标值a的情况下，燃料气体的热量大该差值的量，由前氧传感器31测定的空气过剩率开始向浓侧偏移，因此，按照规定的比率关闭A/F阀22。此外，在输出平均值b与输出目标值a相同的情况下，燃料气体的热量未变化，由前氧传感器31测定的空气过剩率未偏移，因此，维持当前的比率，保持A/F阀22的开度(步骤5)。

以后，重复从步骤1开始的控制。

另外，在本实施方式中，控制部10对从前氧传感器31得到的输出目标值a与输出平均值b进行比较，从而对A/F阀22的开度进行调整，但是，也可以对从在三元催化器3b的废气出口侧设置的后氧传感器32得到的输出目标值a和输出平均值b进行比较，从而对A/F阀22的开度进行调整。

图7示出对从后氧传感器32得到的输出目标值a和输出平均值b进行比较而调整A/F阀22的开度的情况下的控制部10的控制流程。首先，为了掌握燃料气体的热量变化，读出在理论空燃比运转时检测规定的发动机转速和负载并根据这些条件在控制部10中设定的后氧传感器32的输出目标值a(步骤21)。

从读出输出目标值a时起向过去追溯实际的运转状况中的后氧传感器32的输出历史，计算一定时间内的后氧传感器32的输出历史的平均值作为输出平均值b(步骤22)。

如果燃料气体的热量未发生变化，则步骤21中读出的输出目标值a与步骤22中计算出的输出平均值b一致，因此，对该输出目标值a和输出平均值b进行比较(步骤23)。

在输出平均值b小于输出目标值a的情况下，燃料气体的热量小该差值的量，由后氧传感器32检测的空气过剩率开始向稀侧偏移，因此，按照规定的比率打开A/F阀22(步骤24)。

在输出平均值b大于输出目标值a的情况下，燃料气体的热量大该差值的量，由后氧传感器32测定的空气过剩率开始向浓侧偏移，因此，按照规定的比率关闭A/F阀22。此外，在输出平均值b与输出目标值a相同的情况下，燃料气体的热量未变化，由后氧传感器32测定的空气过剩率未偏移，因此，维持当前的比率，保持A/F阀22的开度(步骤25)。

以后，重复从步骤21开始的控制。

通过这些图6和图7所示的控制，在燃气发动机1被供应热量比基准燃料气体低或高的燃料气体的情况下，不是通过在扰动控制中与前氧传感器31或后氧传感器32的输出值联动的电磁阀21，而是能够通过A/F阀22的开度调整进行对应，因此，即使在燃料气体的热量大幅变化的情况下，也能够与该变化对应地，继续进行基于电磁阀21的理论空燃比运转的扰动控制。因此，能够维持废气的净化性能的期间变长，能够延长维护的间隔。此外，可以不增大催化剂的贵金属量和容量，能够防止催化剂的成本上升。进而，在使用热量变化较大的燃料气体的情况下，也能够使燃气发动机1运转。此外，能够在燃料气体的热量不同的多个国家或地区进行使用。

另外，如图5所示，由于在供应低热量气体的情况下将电磁阀21从全闭设为全开时的气体流量调整幅度Vl、与在供应高热量气体的情况下将电磁阀21从全闭设为全开时的气体流量调整幅度Vh大幅不同，因此，如果以相同的开度变化量进行扰动控制，则在供应高热量气体的情况下空燃比的变动幅度变大，在供应低热量气体的情况下空燃比的变动幅度变小，无法顺利进行扰动。因此，优选的是，在通过电磁阀21进行理论空燃比运转的扰动控制的情况下，当重新使A/F阀22的开度符合低热量气体时，针对电磁阀21的开闭度，考虑流量调整幅度Vl而使开度变化量增大，当重新使A/F阀22的开度符合高热量气体时，针对电磁阀21的开闭度，考虑流量调整幅度Vh而使开度变化量减小，由此，进行空燃比的变动幅度稳定的扰动控制。该情况下，能够以与A/F阀22的开度联动的方式，在控制部10中预先输入设定考虑了流量调整幅度Vl、Vh的电磁阀21的开度变化量。

在本实施方式中，如图4所示，在扰动控制的各空气过剩率的阶段对前氧传感器31的输出值进行测定来计算输出平均值b。但是，该情况下，计算输出平均值b所需要的数据量较多，对控制部10造成负担。因此，如图8所示，也可以对扰动控制中的前氧传感器31的最大输出值和最小输出值进行测定并进行平均，从而简单地计算输出平均值b。此时，前氧传感器31的最大输出值和最小输出值是在从前氧传感器31得到的输出值的变动曲线的变曲点的位置处检测的。计算输出平均值b所需要的数据量在扰动控制的每1个周期为2个，由此，例如即使向过去追溯10个周期的数据来测定输出平均值b，也能够防止对控制部10的信息处理造成负担。图9公开了由这样计算出的输出平均值b实现的控制部10的控制。

即，为了掌握燃料气体的热量变化，首先，读出在理论空燃比运转时检测规定的发动机转速和负载并根据这些条件在控制部10中设定的前氧传感器31的输出目标值a(步骤31)。

从读出输出目标值a时起向过去追溯实际的运转状况中的前氧传感器31的输出历史，计算一定时间内的前氧传感器31的输出历史的平均值作为输出平均值b。此时，向过去追溯10个周期对前氧传感器31的最大输出值和最小输出值进行测定并进行平均，从而计算输出平均值b(步骤32)。

如果燃料气体的热量未变化，则步骤31中读出的输出目标值a和步骤32中计算的输出平均值b一致，因此，对该输出目标值a和输出平均值b进行比较(步骤33)。

在输出平均值b小于输出目标值a的情况下，燃料气体的热量小该差值的量，由前氧传感器31检测的空气过剩率开始向稀侧偏移，因此，按照规定的比率打开A/F阀22(步骤34)。

在输出平均值b大于输出目标值a的情况下，燃料气体的热量大该差值的量，由前氧传感器31检测的空气过剩率开始向浓侧偏移，因此，按照规定的比率关闭A/F阀22。此外，在输出平均值b与输出目标值a相同的情况下，燃料气体的热量未变化，由前氧传感器31检测的空气过剩率未偏移，因此，维持当前的比率，保持A/F阀22的开度(步骤35)。

以后，重复从步骤31开始的控制。

图10示出对从后氧传感器32得到的输出目标值a和输出平均值b进行比较而调整A/F阀22的开度的情况下的控制部10的控制流程。首先，为了掌握燃料气体的热量变化，读出在理论空燃比运转时检测规定的发动机转速和负载并根据这些条件在控制部10中设定的后氧传感器32的输出目标值a(步骤41)。

从读出输出目标值a时起向过去追溯实际的运转状况中的后氧传感器32的输出历史，计算一定时间内的后氧传感器32的输出历史的平均值作为输出平均值b。此时，向过去追溯10个周期对后氧传感器32的最大输出值和最小输出值进行测定并进行平均，从而计算输出平均值b(步骤42)。

如果燃料气体的热量未发生变化，则步骤41中读出的输出目标值a与步骤42中计算出的输出平均值b一致，因此，对该输出目标值a和输出平均值b进行比较(步骤43)。

在输出平均值b小于输出目标值a的情况下，燃料气体的热量小该差值的量，由后氧传感器32检测的空气过剩率开始向稀侧偏移，因此，按照规定的比率打开A/F阀22(步骤44)。

在输出平均值b大于输出目标值a的情况下，燃料气体的热量大该差值的量，由后氧传感器32检测的空气过剩率开始向浓侧偏移，因此，按照规定的比率关闭A/F阀22。此外，在输出平均值b与输出目标值a相同的情况下，燃料气体的热量未变化，由后氧传感器32检测的空气过剩率未偏移，因此，维持当前的比率，保持A/F阀22的开度(步骤45)。

以后，重复从步骤41开始的控制。

通过这些图9和图10所示的控制，在燃气发动机1被供应热量比基准燃料气体低或高的燃料气体的情况下，不是通过电磁阀21，而是能够通过A/F阀22的开度调整进行对应，因此，即使在燃料气体的热量大幅变化的情况下，也能够与该变化对应地，继续进行基于电磁阀21的理论空燃比运转的扰动控制。

此外，能够在不对控制部10的信息处理造成负担的情况下计算输出平均值b并进行空燃比控制。

另外，在图9和图10所示的控制中，向过去追溯10个周期来测定最大输出值和最小输出值，并进行平均来计算输出平均值b(步骤32，步骤42)，但是，不特别限定于基于10个周期的输出历史来计算输出平均值b，也可以根据所使用的燃气发动机1或其设置环境来适当变更。

此外，在上述的各实施方式中，对输出目标值a和输出平均值b进行比较，并根据该差值，按照规定的比率控制A/F阀22，但是，难以使输出目标值a和输出平均值b完全一致。因此，在上述控制的情况下，会频繁地重复打开和关闭A/F阀22，可能增大对控制部10的负担。因此，如图11所示，也可以与在控制部10中映射的各输出目标值a一起，预先对控制部10输入设定与该输出目标值a对应的不灵敏带宽c，使用该不灵敏带宽c进行控制。

该不灵敏带宽c是被设定为A/F阀22不会响应于输出目标值a与输出平均值b之差而频繁开闭的值，是被设定为不是超过该值的差时就不进行A/F阀22的开度变更的数值范围。因此，根据所使用的燃气发动机1或其使用环境来适当设定该不灵敏带宽c。

图11示出对从前氧传感器31得到的输出目标值a和输出平均值b进行比较来调整A/F阀22的开度的情况下的控制部10的控制流程。即，为了掌握燃料气体的热量变化，首先，读出在理论空燃比运转时检测规定的发动机转速和负载并根据这些条件在控制部10中设定的前氧传感器31的输出目标值a(步骤51)。

从读出输出目标值a时起向过去追溯实际的运转状况中的前氧传感器31的输出历史，计算一定时间内的前氧传感器31的输出历史的平均值作为输出平均值b(步骤52)。

与读出输出目标值a同时地，从控制部10读出在发动机转速和负载为固定的期间内的不灵敏带宽c(步骤53)。

如果燃料气体的热量的变化较小，则步骤51中读出的输出目标值a和步骤52中计算出的输出平均值b之差应该比不灵敏带宽c小，因此，将该输出目标值a与输出平均值b之差(|a-b|)和不灵敏带宽c进行比较(步骤54)。

在输出目标值a与输出平均值b之差(|a-b|)小于或等于不灵敏带宽c的情况下，燃料气体的热量的变化是在允许的范围内的变化，因此，重复从步骤51起的控制。

在输出目标值a与输出平均值b之差(|a-b|)大于不灵敏带宽c的情况下，燃料气体的热量变化超过了所允许的范围，因此，对输出目标值a和输出平均值b进行比较(步骤55)。

在输出平均值b小于输出目标值a的情况下，燃料气体的热量小该差值的量，由前氧传感器31检测的空气过剩率开始向稀侧偏移，因此，按照规定的比率打开A/F阀22(步骤56)。

在输出平均值b大于输出目标值a的情况下，燃料气体的热量大该差值的量，由前氧传感器31检测的空气过剩率开始向浓侧偏移，因此，按照规定的比率关闭A/F阀22(步骤57)。

以后，重复从步骤51开始的控制。

图12示出对从后氧传感器32得到的输出目标值a和输出平均值b进行比较而调整A/F阀22的开度的情况下的控制部10的控制流程。即，为了掌握燃料气体的热量变化，首先，读出在理论空燃比运转时检测规定的发动机转速和负载并根据这些条件在控制部10中设定的后氧传感器32的输出目标值a(步骤61)。

从读出输出目标值a时起向过去追溯实际的运转状况中的后氧传感器32的输出历史，计算一定时间内的后氧传感器32的输出历史的平均值作为输出平均值b(步骤62)。

与读出输出目标值a同时地，从控制部10读出在发动机转速和负载为固定的期间内的不灵敏带宽c(步骤63)。

如果燃料气体的热量的变化较小，则步骤61中读出的输出目标值a和步骤62中计算出的输出平均值b之差应该比不灵敏带宽c小，因此，将该输出目标值a与输出平均值b之差(|a-b|)和不灵敏带宽c进行比较(步骤64)。

在输出目标值a与输出平均值b之差(|a-b|)小于或等于不灵敏带宽c的情况下，燃料气体的热量的变化是在允许的范围内的变化，因此，重复从步骤61起的控制。

在输出目标值a与输出平均值b之差(|a-b|)大于不灵敏带宽c的情况下，燃料气体的热量变化超过了所允许的范围，因此，对输出目标值a和输出平均值b进行比较(步骤65)。

在输出平均值b小于输出目标值a的情况下，燃料气体的热量小该差值的量，由后氧传感器32检测的空气过剩率开始向稀侧偏移，因此，按照规定的比率打开A/F阀22(步骤66)。

在输出平均值b大于输出目标值a的情况下，燃料气体的热量大该差值的量，由后氧传感器32检测的空气过剩率开始向浓侧偏移，因此，按照规定的比率关闭A/F阀22(步骤67)。

以后，重复从步骤61开始的控制。

通过这些图11和图12所示的控制，在燃气发动机1被供应热量比基准燃料气体低或高的燃料气体的情况下，不是通过电磁阀21，而是能够通过A/F阀22的开度调整进行对应，因此，即使在燃料气体的热量大幅变化的情况下，也能够与该变化对应地，继续进行基于电磁阀21的理论空燃比运转的扰动控制。

此外，通过设置不灵敏带宽c来进行控制，能够防止A/F阀22响应于输出目标值a与输出平均值b之差而频繁开闭的情况，并且，能够减轻控制部10的信息处理的负担。因此，能够防止空燃比非意图地振荡(hunting)，实现空燃比控制的稳定化。

另外，关于该图11和图12所示的控制，针对在图6和图7所示的控制中引入不灵敏带宽c的情况进行了说明，但是，也可以在图9和图10所示的控制中引入不灵敏带宽c而进行控制。

在本实施方式中，在吸气路径12上设有一个混合部2a，但是，也可以如图13的(a)所示，在燃气发动机1的各气缸盖11上逐个地设置，还可以如图13的(b)所示，以每2个以上的若干气缸盖11(附图中为2个)为一个单位的方式设置混合部2a。

此外，在本实施方式中，混合部2a构成为对流量特性不同的电磁阀21和A/F阀22进行控制，但是，也可以如图14所示，构成为设置2个或3个以上(附图中为3个)的多个流量特性相同的燃料流量调整阀20并进行控制。该情况下，可以构成为具有与本实施方式中的电磁阀21同样进行作用的燃料流量调整阀20，以及与A/F阀22同样地进行作用的燃料流量调整阀20，还可以构成为各燃料流量调整阀20分别与本实施方式中的电磁阀21同样地进行作用，并且与A/F阀22同样地进行作用。该情况下，作为燃料流量调整阀20，具体而言，能够使用蝴蝶阀或电磁阀等在这种燃料气体控制中使用的各种阀。

另外，在上述说明中，燃气发动机1构成为能够对理论空燃比运转和稀运转进行切换，但是，也可以是构成为仅进行理论空燃比运转的燃气发动机1。此外，燃气发动机1通过前氧传感器31检测理论空燃比运转的空气过剩率，但是，也可以代替该前氧传感器31，而使用全区域传感器(省略图示)来检测理论空燃比运转的空气过剩率。

如图15所示，这样构成的上述各燃气发动机1能够作为燃气热泵装置4的驱动源而适当进行使用。此外，如图16所示，该燃气发动机1还能够作为热电联产装置5的驱动源而适当进行使用。即，这些装置大多不停止而在长期间内运转，并且使用利用容易产生组成的变化的生物质来生成的燃料气体，因此，容易产生燃料气体的热量变化的要素较多。因此，这些装置通过使用能够应对燃料气体的热量变化的本发明的燃气发动机1，能够更容易得到本发明的效果。另外，在图15中，在燃气热泵装置4中，燃气发动机1与2台压缩机41连接，但是压缩机41也可以是1台，还可以是3台以上。此外，在图15中，在燃气热泵装置4中，1台室外机42与2台室内机43连接，但是，室内机43也可以是1台，还可以是3台以上。

此外，在本实施方式中，对燃气发动机1进行了说明，但除了燃气发动机1以外，还能够应用于进行扰动控制的各种发动机。

另外，本发明能够在不脱离其精神或主要特征的情况下以其他各种方式进行实施。因此，上述的实施例的所有方面只不过是例示，不作为限定性的解释。本发明的范围由权利要求书示出，不受说明书本文的任何约束。进而，属于权利要求书的变形和变更全部落在本发明的范围内。

标号说明

1 燃气发动机

10 控制部

11 气缸盖

13 排气路径

2 吸气部

20 燃料流量调整阀(第一阀和/或第二阀)

21 电磁阀(第二阀)

22 A/F阀(第一阀)

31 前氧传感器

32 后氧传感器

a 输出目标值

b 输出平均值

Claims

1.一种燃气发动机，其特征在于，

在燃料气体供应路径中并列地设有第一阀和第二阀，第一阀是响应性比第二阀低且燃料流量调整幅度比第二阀大的阀，第二阀是响应性比第一阀高且燃料流量调整幅度比第一阀小的阀，

该燃气发动机具有控制部，该控制部构成为：在将第一阀打开为规定的开度的状态下，使第二阀从规定的开度以规定的周期交替地向稀侧的开度变小的一侧和浓侧的开度变大的一侧变动，进行基于该第二阀的扰动，

在燃气发动机的运转状况被视为稳定的期间内的实际运转时，在从设于燃气发动机的排气路径上的氧传感器得到的输出的平均值偏离了在燃气发动机的运转状况被视为稳定的期间内在控制部中设定的氧传感器的输出目标值的情况下，该控制部对第一阀的开度进行调整，使得输出平均值成为输出目标值。

2.根据权利要求1所述的燃气发动机，其中，

控制部提取与实际运转时的基于第二阀的扰动控制中的最大开度和最小开度对应的氧传感器的最大输出和最小输出，计算输出平均值。

3.根据权利要求1所述的燃气发动机，其中，

控制部对第一阀的开度进行调整，使得收敛于具有幅度的输出目标值。

4.根据权利要求2所述的燃气发动机，其中，

5.根据权利要求1至4中的任意一项所述的燃气发动机，其特征在于，

按照每个气缸盖或者按照每多个气缸盖设置第一阀和第二阀。

6.根据权利要求1至4中的任意一项所述的燃气发动机，其特征在于，

设置有多个第一阀和/或第二阀。

7.根据权利要求1至4中的任意一项所述的燃气发动机，其中，

氧传感器是在排气路径的催化剂上游侧设置的前氧传感器。

8.根据权利要求1至4中的任意一项所述的燃气发动机，其中，

氧传感器是在排气路径的催化剂下游侧设置的后氧传感器。

9.一种燃气热泵装置，其将权利要求1至4中的任意一项所述的燃气发动机作为驱动源。

10.一种热电联产装置，其将权利要求1至4中的任意一项所述的燃气发动机作为驱动源。