JP2004108355A - Control device for engine-driven generating device - Google Patents

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JP2004108355A
JP2004108355A JP2003105346A JP2003105346A JP2004108355A JP 2004108355 A JP2004108355 A JP 2004108355A JP 2003105346 A JP2003105346 A JP 2003105346A JP 2003105346 A JP2003105346 A JP 2003105346A JP 2004108355 A JP2004108355 A JP 2004108355A
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Kazuyoshi Kishihata
岸端 一芳
Yuichi Kitagawa
北川 雄一
Hiroyasu Sato
佐藤 弘康
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Mahle Electric Drive Systems Co Ltd
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Kokusan Denki Co Ltd
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a control device for an engine-driven generating device capable of restraining variation of an output voltage of a generator at rapid change of a load. <P>SOLUTION: A control system is provided for controlling a throttle valve 2 so as to compensate variation of the output voltage accompanied by variation of the load of the generator 3. Further, a load rapid increase time injection control means is provided for controlling a fuel injection device so that an air-fuel ratio of a mixture supplied to an engine 1 when the output voltage of the generator is lowered by rapid increase of the load is varied from the lean side to the rich side, and a load rapid decrease time injection control means is provided for controlling the fuel injection device so as to shut off the fuel when the output voltage is raised by rapid decrease of the load. The output of the engine 1 is varied before the output of the engine is adjusted by control of the throttle valve at rapid change of the load, and thereby variation of the output voltage of the generator 3 is restrained. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、エンジン駆動発電装置を制御する制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
エンジン駆動発電装置としては、エンジンにより駆動される交流発電機の出力を一旦直流出力に変換した後、インバータにより一定の周波数を有する交流電圧に変換するようにしたいわゆるインバータ発電装置が多く用いられている。
【0003】
この種の発電装置は、エンジンと、該エンジンにより駆動される交流発電機と、該発電機の出力を直流出力に変換する直流変換部と、該直流変換部の出力を一定の周波数の交流出力に変換するインバータとにより構成される。
【0004】
この種の発電装置を制御する制御装置は、発電機の出力電圧を目標値(インバータから設定された大きさの交流出力を発生させるために必要な目標値)に保つために必要なエンジンのスロットルバルブの操作量を演算する操作量演算手段と、演算された操作量だけスロットルバルブを操作するように、スロットルバルブを操作するアクチュエータに駆動電流を与えるアクチュエータ駆動手段とを備えていて、常に負荷の変動に対して、発電機の出力電圧を目標値に保つようにエンジンのスロットルバルブを制御している。
【0005】
従来のこの種の制御装置の構成を図7に示した。同図において、1はスロットルバルブ2を有するエンジン、3はエンジンのクランク軸に回転子が取り付けられた磁石式交流発電機等の交流発電機である。また4は発電機3の交流出力を直流出力に変換する直流変換部、5は直流変換部4の出力を商用周波数を有する交流電圧に変換するインバータである。直流変換部4は、整流器からなり、インバータ5は、例えばFET等のスイッチ素子をブリッジ接続してなるブリッジ型のスイッチ回路と、該スイッチ回路から出力される交流電圧から高調波成分を除去するフィルタ回路とにより構成される。
【0006】
スロットルバルブ2を操作するため、スロットルバルブ2の操作軸にモータなどを駆動源とした電気式のアクチュエータ6の出力軸が接続されている。
【0007】
7は制御装置で、この制御装置は、直流電源部4の出力側から検出した発電機の出力電圧に相当する電圧検出値Erを、インバータ5から定格値の出力電圧を出力させるために必要な目標値Etと比較して、電圧検出値と目標値との偏差を演算する偏差演算部7Aと、偏差演算部7Aにより演算された偏差に比例・積分・微分演算(PID演算)を施して、偏差を零にするために必要なスロットルバルブ2の操作量を演算する操作量演算部7Bと、演算部7Bが演算した操作量だけスロットルバルブ2を操作するために必要な駆動電流をアクチュエータ6に与えることを指令する制御信号を発生するスロットル制御部7Cと、制御部7Cから与えられる制御信号に応じてアクチュエータ6に駆動電流を供給するスロットル駆動部7Dとを備えている。
【0008】
制御装置7は、これらの要素の外に、エンジンの点火時期を制御する点火時期制御手段、エンジンに燃料を供給する燃料噴射装置を制御する燃料噴射制御手段、インバータ5から商用周波数の交流電圧を出力させるように該インバータを構成するスイッチ素子を制御するインバータ制御手段などを備えているが、これらの図示は省略されている。
【0009】
図7に示したエンジン駆動発電装置では、発電機3の出力電圧を直流変換部4により変換して得た直流電圧をインバータ5により商用周波数の交流電圧に変換して負荷に供給する。制御装置7は、直流変換部4を通して検出した発電機の出力電圧を制御量とし、該出力電圧を目標値に保つようにアクチュエータ6に駆動電流を供給してスロットルバルブ開度を制御する。これにより、エンジンの出力を制御して、インバータ5の出力電圧を定格値に保つ。
【0010】
【発明が解決しようとする課題】
図7に示した制御装置では、発電機の出力の調整をスロットルバルブの制御のみで行っている。このような制御を行った場合、負荷の変化は直ちに発電機の出力電圧の変化となって現れるが、発電機の出力電圧が変化してから、実際にスロットルバルブが動いてエンジンの出力を調整するまでには相当の遅れがあるため、急峻な負荷変動が生じたときの発電機の出力電圧の変動幅が大きくなり、負荷が急増したときに発電機の出力電圧が大きく落ち込んで負荷の動作に悪影響を及ぼすおそれがあった。
【0011】
また負荷が急減したときには、発電機の出力電圧が大きく上昇してインバータを構成する素子に高い電圧が印加されることがあるため、インバータを構成する素子として高耐圧の高価な素子を用いる必要があるという問題があった。
【0012】
上記の例では、発電機の出力電圧を制御量として、発電機の負荷変動に対して発電機の出力電圧を目標値に保つように制御するとしたが、インバータの出力電圧を制御量として、負荷変動に対して制御量を目標値に保つようにエンジンの出力を制御する場合や、負荷変動が反映される他のパラメータ、例えば発電機の回転速度を制御量として、負荷変動に対して発電機の出力周波数を一定に保つように発電機の回転速度を一定に制御する場合等にも同様の問題が生じる。
【0013】
本発明の目的は、発電機の負荷が変動したときに変化を示すパラメータを制御量として、負荷の変動に対して制御量を目標値に保つようにエンジンの出力を制御するエンジン駆動発電装置の制御装置において、負荷が急峻な変化を示したときに直ちにエンジンの出力を調整して、制御量に大きな変動が生じるのを防ぐことにある。
【0014】
【課題を解決するための手段】
本発明は、燃料噴射装置により燃料が供給され、点火装置により点火されるエンジンと、該エンジンにより駆動される交流発電機とを備えたエンジン駆動発電装置の、発電機の負荷が変動したときに変化を示すパラメータを制御量として、負荷の変動に対して制御量を目標値に保つようにエンジンの出力を制御するエンジン駆動発電装置の制御装置を対象とする。
【0015】
ここで、発電機の負荷が変動したときに変化を示すパラメータとは、発電機の出力電圧、回転速度等である。また、発電機の出力を直流変換部により直流出力に変換した後、この直流出力をインバータにより商用周波数の交流出力に変換するインバータ発電装置の場合には、直流変換部の出力電圧を制御量としてもよい。
【0016】
本発明においては、エンジンのスロットルバルブを操作するアクチュエータと、制御量の値が反映された量を制御量検出値として検出して該制御量検出値と前記制御量に対して設定された制御目標値との偏差を演算する偏差演算手段と、この偏差演算手段により演算された偏差を零にするために必要なスロットルバルブの操作量を演算する操作量演算手段と、演算された操作量だけスロットルバルブを操作するようにアクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動手段と、制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲にあるときにエンジンに供給される混合気の空燃比をリーンバーン運転に適した値とするように燃料噴射装置からの燃料噴射量を制御する定常時燃料噴射量制御手段と、負荷が増加したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときに、リーンバーン運転時に対して同じスロットル開度におけるエンジン出力を増加させるべく、エンジンに供給される混合気の空燃比をリーンバーン運転時の空燃比よりもリッチ側に設定されたリッチ設定空燃比までステップ状に変化させるように燃料噴射装置からの燃料噴射量を制御する負荷急増時燃料噴射量制御手段とを設けた。
【0017】
ここで、リーンバーン運転とは、エンジンのシリンダに与える混合気の空燃比を理論空燃比よりもリーン側に設定することによりシリンダ内で希薄燃焼を行わせてエンジンを運転することをいう。
【0018】
上記リッチ設定空燃比は、出力空燃比と理論空燃比との間の値に設定するのが好ましい。
【0019】
なお出力空燃比は、スロットルバルブ開度及びエンジンの回転速度を一定として空燃比を変化させたときにエンジンの出力トルクの最大値を与える空燃比(=約12)である。
【0020】
上記のように、負荷の変動範囲が設定された範囲にある定常運転時に混合気の空燃比をリーンバーン運転に適した値として混合気がリーンな状態でエンジンを運転すると、スロットルロスの低減と、燃焼効率の改善とにより燃費を改善することができる。
【0021】
一般にリーンバーン運転が行われているときには、空燃比を理論空燃比付近の値にして行うストイキ運転またはエンジンのパワーを増大させるためにストイキ運転時よりも更に空燃比をリッチ側に設定して(混合気を濃くして)行うリッチ運転を行う時よりもスロットルバルブが開かれた状態にある。
【0022】
本発明の制御装置では、リーンバーン運転が行われている状態で負荷の急増により制御量が急激に変化しようとしたとき、例えば、負荷の急増により発電機の出力電圧が低下しようとしたときに、燃料噴射量を増加させて空燃比をリーンバーン運転時の空燃比からリッチ設定空燃比までステップ状に変化させる。
【0023】
このように、負荷の急増により制御量が急激な変化を示したとき(例えば発電機の出力電圧が急峻な落ち込みを示したとき)に混合気の空燃比をリーンバーン運転時の空燃比からリッチ設定空燃比までステップ状に変化させると、制御量の変化を補償するためのスロットルバルブの制御が行われるのを待たずにエンジンの出力が直ちに増加させられるため、制御量が大幅に変化するのを防ぐことができる。また混合気の空燃比をリッチ設定空燃比までステップ状に変化させる制御が行われた後、操作量演算手段により演算された量だけスロットルバルブの開度を増加させる制御が行われるため、エンジンの出力は更に増加し、制御量の変化が抑えられ、速やかに目標値に整定する。
【0024】
上記の例では、負荷が急増したときに生じる制御量の変化を抑制するようにしたが、燃料噴射装置により燃料が供給され、点火装置により点火されるエンジンと、エンジンにより駆動される交流発電機とを備えたエンジン駆動発電装置の、交流発電機の負荷が変動したときに変化を示すパラメータを制御量として、負荷の変動に対して制御量を目標値に保つようにエンジン出力を制御するエンジン駆動発電装置の制御装置において、負荷が急減したときの制御量の変化を抑制する場合には、エンジンのスロットルバルブを操作するアクチュエータと、制御量の値が反映された量を制御量検出値として検出して、該制御量検出値と該制御量検出値に対して設定された制御目標値との偏差を演算する偏差演算手段と、この偏差演算手段により演算された偏差を零にするために必要な前記スロットルバルブの操作量を演算する操作量演算手段と、演算された操作量だけスロットルバルブを操作するように前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動手段と、負荷が減少したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときにエンジンを急減速させるように燃料噴射装置及び点火装置の少なくとも一方を制御する負荷急減時エンジン減速手段とを備えた構成とする。
【0025】
上記負荷急減時エンジン減速手段は、負荷が減少したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときにエンジンへの燃料の供給を停止させるように燃料噴射装置を制御する負荷急減時燃料噴射制御手段により構成することができる。
【0026】
上記負荷急減時エンジン減速手段はまた、負荷が減少したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときにエンジンの点火動作を停止させるか、またはエンジンの点火時期を遅角させるように点火装置を制御する負荷急減時点火制御手段により構成することもできる。
【0027】
上記負荷急減時エンジン減速手段はまた、負荷が減少したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときにエンジンの点火動作を停止させるかまたはエンジンの点火時期を遅角させるように点火装置を制御する負荷急減時点火制御手段と、負荷が減少したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときにエンジンへの燃料の供給を停止させるように燃料噴射装置を制御する負荷急減時燃料噴射制御手段とによ構成することもできる。
【0028】
上記負荷急減時エンジン減速手段はまた、負荷が減少したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときにエンジンの点火火花を周期的に間引くように点火装置を制御する負荷急減時点火制御手段により構成することもできる。
【0029】
上記制御量は、例えば発電機の出力電圧である。また発電機の出力周波数を一定に保つように制御する場合には、発電機の回転速度を制御量とする。
【0030】
本発明が対象とする発電装置がいわゆるインバータ発電装置の構成をとる場合には、上記発電機の外に、該発電機の出力電圧を直流電圧に変換する直流変換部と、直流変換部の出力電圧を一定周波数の交流電圧に変換するインバータとが更に設けられる。このようなエンジン駆動発電装置に本発明を適用する場合には、例えば、直流変換部の出力電圧を制御量とし、インバータの出力電圧を設定値に保つために必要な直流変換部の出力電圧値を制御目標値として、発電機の出力を目標値に保つ制御を行わせることができる。
【0031】
上記制御量検出値の時間的変化率は、操作量演算手段により演算される偏差の時間微分値(前回演算された偏差と今回演算された偏差との差)により検出することができる。
【0032】
上記のように、負荷の急減により制御量が急峻な変化を示したとき(例えば、発電機の出力電圧が上昇しようとしたとき)に、点火動作を停止させたり、燃料噴射動作を停止させて燃料をカットしたりすることにより、エンジンを急減速させるようにすると、負荷の急減により制御量が急峻な変化を示したときに、制御量の変化を補償するためのスロットルバルブの制御が開始されるのを待つことなく、エンジンを急減速させて制御量の変化を抑制することができる。制御量の変化割合が設定された範囲に戻ると点火動作及び燃料噴射動作が復帰するが、このとき操作量演算手段により演算された量だけスロットルバルブの開度を減少させる制御が既に行われてエンジンの出力が抑制されているため、発電機の出力電圧は速やかに目標値に整定する。
【0033】
負荷の急増時の制御量の変化を抑制することが特に問題になる場合には、前述のように負荷急増時燃料噴射量制御手段を設けて、負荷の急増による制御量の変化を抑制すればよく、負荷の急減時の制御量の変化を抑制することが特に問題になる場合には、負荷急減時エンジン減速手段を設けて、負荷の急減時の制御量の変化を抑制するようにすればよいが、負荷急増時の制御量の変化及び負荷急減時の制御量の変化の双方を抑制することが必要とされる場合には、以下のように、負荷急増時燃料噴射量制御手段及び負荷急減時エンジン減速手段の双方を設ける必要がある。
【0034】
即ち、燃料噴射装置により燃料が供給され、点火装置により点火されるエンジンと、前記エンジンにより駆動される交流発電機とを備えたエンジン駆動発電装置の、前記交流発電機の負荷が変動したときに変化を示すパラメータを制御量として、前記負荷の変動に対して前記制御量を目標値に保つようにエンジン出力を制御するエンジン駆動発電装置の制御装置において、負荷急増時の制御量の変化及び負荷急減時の制御量の変化の双方を抑制する場合には、エンジンのスロットルバルブを操作するアクチュエータと、制御量の値が反映された量を制御量検出値として検出して、該制御量検出値と該制御量検出値に対して設定された制御目標値との偏差を演算する偏差演算手段と、この偏差演算手段により演算された偏差を零にするために必要な前記スロットルバルブの操作量を演算する操作量演算手段と、演算された操作量だけ前記スロットルバルブを操作するように前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動手段と、制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲内にあるときにエンジンに供給される混合気の空燃比をリーンバーン運転に適した値とするように燃料噴射装置からの燃料噴射量を制御する定常時燃料噴射量制御手段と、負荷が増加したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときに、リーンバーン運転時に対して同じスロットル開度におけるエンジン出力を増加させるべくエンジンに供給される混合気の空燃比をリーンバーン運転時の空燃比よりもリッチ側に設定されたリッチ設定空燃比までステップ状に変化させるように燃料噴射装置からの燃料噴射量を制御する負荷急増時燃料噴射量制御手段と、負荷が減少したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときにエンジンを急減速させるように燃料噴射装置及び点火装置の少なくとも一方を制御する負荷急減時エンジン減速手段とが設けられる。
【0035】
上記のように、負荷の急増によって制御量が急激な変化を示したときに直ちに燃料噴射量をステップ状に増加させるように燃料噴射装置を制御して制御量の変化を補償するためのスロットルバルブの制御が開始される前にエンジンの出力を増大させ、負荷の急減によって制御量が急激な変化を示したときには、エンジンの点火動作の停止若しくは点火火花の間引き及び(または)燃料カットを行わせることによりスロットルバルブの制御が開始されるのを待たずにエンジンの出力を抑制するようにすると、負荷が急増した場合及び負荷が急減した場合のいずれの場合にも制御量が大きく変動するのを防いで、負荷変動に対して常に安定な動作を行うエンジン駆動発電装置を得ることができる。
【0036】
【発明の実施の形態】
以下添付図面を参照して本発明の実施の形態を詳細に説明する。
【0037】
以下に示す実施形態では、発電機の交流出力を直流変換部により直流出力に変換して、該直流出力をインバータにより商用周波数の交流電圧に変換するようにしたインバータ発電装置の構成をとる場合を例にとり、直流変換部の出力側から検出した発電機の出力電圧を制御量として、この制御量を目標値に保つように制御する場合に本発明を適用するものとする。
【0038】
図1は本発明の実施形態の全体的な構成を概略的に示したものである。同図において1はスロットルバルブ2により吸入空気量が調整されるエンジンで、スロットルバルブ2はモータ等を駆動源とした電気式のアクチュエータにより操作されるようになっている。エンジン1は2サイクルエンジンであってもよく、4サイクルエンジンであってもよいが、本実施形態では4サイクルエンジンを例にとって説明する。
【0039】
エンジン1のクランク軸には磁石式交流発電機などの交流発電機3の回転子が取りつけられ、発電機3の出力は整流器からなる直流変換部4に入力されている。直流変換部4の出力はインバータ5に入力され、インバータ5から一定の周波数の交流電圧が出力されるようになっている。
【0040】
エンジン1は、インジェクタ(電磁式燃料噴射弁)11とインジェクタ11を駆動するインジェクタ駆動部12とを備えた燃料噴射装置FIにより燃料が供給され、シリンダヘッドに取り付けられた点火プラグ(図示せず。)と該点火プラグに高電圧を印加する点火コイル13と点火コイル13を駆動する点火コイル駆動部14とを備えた点火装置IGにより点火される。
【0041】
図示してないが、インジェクタ11には、燃料タンクから燃料ポンプを通して燃料が与えられている。インジェクタ11に与えられる燃料の圧力は圧力調整器によりほぼ一定に保たれている。
【0042】
インジェクタ駆動部12は、噴射指令信号が与えられている間オン状態になるトランジスタなどのスイッチ手段を備えていて、噴射指令信号が与えられている間該スイッチ手段をオン状態にすることにより、図示しない電源からインジェクタ11に駆動電流を流す。インジェクタ11は、所定の駆動電流が与えられている間そのバルブを開いて、燃料ポンプにより与えられている燃料をエンジンの吸気管内などに噴射する。燃料ポンプからインジェクタ11に与えられる燃料の圧力はほぼ一定値に調整されているため、インジェクタ11から噴射される燃料の量は、噴射時間により決まる。
【0043】
点火コイル駆動部14は、点火信号が与えられたときに点火コイル13の一次電流に急激な変化を生じさせて該点火コイルの二次コイルに点火用の高電圧を誘起させる部分で、この点火コイル駆動部は、コンデンサ放電式の回路や、電流遮断式の回路により構成することができる。
【0044】
ECUはエンジンを制御する電子式制御ユニットで、マイクロプロセッサを備えた制御演算部15を備えている。図示の例では、インジェクタ駆動部12と、点火コイル駆動部14と、スロットル駆動部16とがこの制御ユニット内に設けられている。
【0045】
図2に示すように、制御演算部15を構成するマイクロプロセッサは、所定のプログラムを実行することにより、直流変換部4を通して検出した発電機の出力電圧(制御量)に相当する制御量検出値Erとインバータ5から定格値の出力電圧を出力させるために必要な制御目標値Etとを比較して、制御量検出値Erと制御目標値Etとの偏差ΔEを演算する偏差演算手段21と、この偏差に比例・積分・微分演算を施して該偏差を零にするために必要なスロットルバルブ2の操作量を演算する操作量演算手段22と、演算された操作量だけスロットルバルブを操作するためにアクチュエータ6に与える駆動電流を演算して、演算した駆動電流をアクチュエータに与えることを指令する指令信号をスロットル駆動部16に与えるスロットル制御部23とを構成する。
【0046】
スロットル駆動部16は、例えば、図示しない直流電源からアクチュエータ6に与える電流をオンオフするトランジスタなどのスイッチ素子と、スロットル制御部23により演算された駆動電流をアクチュエータに流すように、該スイッチ素子を所定のデューティ比でオンオフさせるスイッチ制御手段とにより構成される。
【0047】
制御演算部15には、エンジン1の所定のクランク角位置でパルス信号を発生するパルサの出力Sp、エンジンのシリンダ内に供給される空燃比を検出する空燃比センサの出力SA/F 、スロットルバルブ2の操作軸に取りつけられたスロットルセンサが出力するスロットル開度検出信号Thv及びエンジンの吸気管内の圧力(吸気圧)の検出値Paが入力される外、機関の温度や大気圧など、燃料噴射量を演算するために必要な情報を検出する各種のセンサの出力が入力される。
【0048】
制御演算部15はまた、所定のプログラムを実行することにより、パルサ出力Spからエンジンの回転速度を検出する回転速度検出手段(図示せず。)と、制御量変化率判定手段30と、定常時燃料噴射制御手段24と、負荷急増時噴射制御手段25と、負荷急減時噴射制御手段26と、点火制御部27と、負荷急減時点火制御手段28とを構成する。
【0049】
制御量変化率判定手段30は、制御量検出値Erの時間的な変化率を検出して、この変化率の大きさが設定された範囲内にあるか否かを判定する手段で、この例では、操作量演算部22で演算されている偏差ΔEの微分値を制御量検出値Erの時間的変化率として検出して、この時間的変化率を判定値と比較することにより、制御量変化率の大きさが設定された範囲にあるか否かを判定する。
【0050】
定常時燃料噴射制御手段24は、制御量の時間的変化率の大きさが設定された範囲内にある定常状態における燃料噴射量を制御する手段で、制御量変化率判定手段30により、制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲にあると判定されているときに空燃比センサにより検出されている混合気の空燃比をリーンバーン運転に適した値に一致させるように燃料噴射装置からの燃料噴射量を制御する。
【0051】
この定常時燃料噴射制御手段24は、例えば、エンジンの回転速度及びスロットルバルブ開度とから(スロットル・スピード方式により)吸入空気量を推定する吸入空気量推定手段と、推定した空気量に対して、空燃比をリーンバーン運転時の目標空燃比とするために必要な基本噴射時間を演算する基本噴射時間演算手段と、大気圧やエンジン温度など各種の制御条件に対して基本噴射時間を補正し、更に空燃比センサにより検出された空燃比により噴射時間をフィードバック補正するとともに、無効噴射時間を加えて実噴射時間を演算する実噴射時間演算手段と、エンジンの各回転速度に対して燃料の噴射を開始するタイミングを検出する噴射タイミング検出手段と、噴射タイミングが検出されたときに実噴射時間演算手段により演算されている実噴射時間に相当する信号幅を有する噴射指令信号をインジェクタ駆動部12に与える定常時噴射指令手段とにより構成することができる。
【0052】
負荷急増時噴射制御手段25は、負荷が急増したときに制御量の変化を補償するためのスロットルバルブの制御が開始される前に、エンジンの出力を増加させる制御を行う手段で、負荷が増加したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときに、リーンバーン運転時に対して同じスロットル開度におけるエンジン出力を増加させるべく、エンジンに供給される混合気の空燃比をリーンバーン運転時の空燃比よりもリッチ側に設定されたリッチ設定空燃比までステップ状に変化させるように燃料噴射装置FIからの燃料噴射量を制御する。 リッチ設定空燃比は、理論空燃比(約14.7)以下、出力空燃比(=およそ12)以上の範囲の適当な値に設定するのが好ましい。ここで出力空燃比とは、回転速度を一定とした場合に、各スロットルバルブ開度に対してエンジンの最大出力を与える空燃比で、エンジンは、混合気の空燃比を出力空燃比としたときに、各スロットルバルブ開度において最大の出力トルクを発生する。
【0053】
負荷急増時噴射制御手段25は、空燃比の目標値を予め設定したリッチ設定空燃比とする点を除き、定常時噴射量制御手段と同様に構成することができる。
【0054】
また負荷急減時噴射制御手段26は、発電機の負荷が減少したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときにエンジン1への燃料の供給を停止させるように燃料噴射装置を制御する手段で、この手段は、例えば、制御量変化率判定手段30により、発電機の負荷が減少したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたことが検出されたときに、インジェクタ駆動部12のスイッチ手段がオン状態になるのを阻止して、インジェクタ11への駆動電流の供給を禁止する手段により構成することができる。
【0055】
点火制御部27は、発電機の負荷の急減が生じることがない状態での点火時期を制御する手段で、この制御手段は、例えば、エンジンの回転速度やスロットルバルブ開度などの制御条件に対してエンジンの最適な点火時期を演算する点火時期演算手段と、エンジンの各回転速度に対して演算された点火時期を検出する点火時期検出手段と、点火時期が検出されたときに点火コイル駆動部14に与える点火信号を発生する点火信号発生手段とにより構成することができる。
【0056】
また負荷急減時点火制御手段28は、負荷が急激に減少したときに、制御量の変化を補償するためのスロットルバルブの制御が開始されるのを待たずにエンジンを減速させるための手段で、負荷が減少したときの制御量検出値Erの時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときにエンジン1の点火動作を停止させるか、または点火時期を回転速度を低下させるために必要な量だけ遅角させるように点火装置IGを制御する。
【0057】
この負荷急減時点火制御手段は、例えば、負荷が減少したときの制御量検出値Erの時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたことが検出されたときに点火制御部27が点火コイル駆動部14に点火信号を与えるのを禁止するか、または点火信号を与えるタイミング(点火時期)を遅らせる手段により構成することができる。
【0058】
図2に示した例では、負荷急減時噴射制御手段26と、負荷急減時点火制御手段28とにより、負荷が減少したときの制御量検出値Erの時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときにエンジンを急減速させるように燃料噴射装置FI及び点火装置IGを制御する負荷急減時エンジン減速手段が構成されている。
【0059】
図1及び図2に示したエンジン駆動発電装置において、発電機を動作させるためにエンジン1が起動されると、ECUは、空燃比A/Fを小さくして混合気をリッチな状態として暖機運転(エンジンが冷えている状態にあるとき)を行う。エンジンの暖機が完了すると、通常は空燃比を理論空燃比(約14.7)としてストイキ運転に移行し、次いで、発電機の負荷の変動が少ない定常状態であれば、エンジンを安定に運転できる範囲でリーン側に設定された目標空燃比に向けて空燃比を徐々に変化させるとともに、発電機の出力電圧を低下させないように発電機の出力電圧をフィードバックしてスロットルバルブを制御しながら、スロットルバルブを徐々に開きつつストイキ運転からリーンバーン運転に移行していく。
【0060】
本実施形態に係わる制御装置において、エンジンの運転モードをリーンバーン運転モードに移行させた後、定常時燃料噴射制御手段24、負荷急増時噴射制御手段25、負荷急減時噴射制御手段26及び負荷急減時点火制御手段28を実現するために制御演算部15を構成するマイクロプロセッサに実行させるタスクのアルゴリズムの一例を図3に示した。
【0061】
図3のタスクは、エンジンの暖機運転が完了して一旦ストイキ運転を行わせた後、リーンバーン運転に移行してエンジンが定常運転状態に入った後に、一定の時間毎に(例えば2msec毎に)実行される。
【0062】
図3に示したアルゴリズムによる場合には、先ずステップ1において直流変換部4の出力電圧を制御量検出値Erとして検出し、次いでステップ2において、偏差ΔE=Et−Erを演算する。次いでステップ3において偏差ΔEに比例・積分・微分演算(PID演算)を施してスロットルバルブの操作量Cont を演算する。比例・積分・微分演算の比例項、積分項及び微分項をそれぞれCP,CI及びCDとした場合、操作量Cont は、
Cont =CP+CI+CD                     …(1)
今回演算された偏差をΔEo、前回演算された偏差をΔE−1,ΔE−2,…とし、kP,kI及びkDをそれぞれ比例項、積分項及び微分項のゲインとした場合、
CP =kP * ΔEo(*は乗算記号)            …(2)
CI =kI *(ΔEo+ΔE−1+ΔE−2+……)         …(3)
CD =kD *(ΔEo−ΔE−1)                …(4)
ステップ3で操作量Cont を演算した後、ステップ4で微分項CDを判定値D1と比較し、CD>D1でない場合に、ステップ5に移行する。ステップ5では微分項CDを判定値D2(<D1)と比較し、CD<D2でない場合(D1<CD<D2である場合)にステップ6に進んで制御モードをリーンバーン運転を行わせるモードに移行させた後他のタスクに移行する。
【0063】
ステップ4において、CD>D1であると判定されたときには、ステップ7に進んで、混合気の空燃比を理論空燃比よりも小さい空燃比として(混合気をリッチな状態として)エンジンをリッチ運転するリッチ運転モードに移行させる。
【0064】
またステップ5において、CD<D2であると判定されたときには、ステップ8に進んで燃料の噴射を停止させるとともに、点火動作を停止させて他のタスクに移行する。
【0065】
図3に示したアルゴリズムによる場合には、ステップ2により偏差演算手段21が構成され、ステップ3により操作量演算手段22が構成される。またステップ4及びステップ5により制御量変化率判定手段30が構成され、ステップ6により、定常時燃料噴射制御手段24が構成される。またステップ7により、負荷急増時噴射制御手段25が構成され、ステップ8により負荷急減時噴射制御手段26と負荷急減時点火制御手段28とが構成される。
【0066】
図4は、エンジンの回転速度を一定とし、スロットルバルブ開度θをθ1,θ2,θ3,θ4(θ1<θ2<θ3<θ4)のように変えた場合の出力トルクτ対空燃比A/F特性の一例を示したものである。同図において、A点は、ある回転速度でストイキ運転しているときの動作点を示している。この状態からリーンバーン運転に移行する際には、スロットルバルブ開度をθ2からθ3へと徐々に変化させつつ空燃比をリーンバーン運転時の目標空燃比(図示の例では約14.7)に向けて徐々に増大させて、動作点をB点に移行させる。
【0067】
上記のように、負荷の変動範囲が設定された範囲にある定常運転時に混合気の空燃比をリーンバーン運転に適した値として混合気がリーンな状態でエンジンを運転すると、スロットルロスの低減と、燃焼効率の改善とにより燃費を改善することができる。またリーンバーン運転を行わせると、エンジンの出力は多少低下するが、排気ガス中のHC及びCOを少なくすることができる。参考のため、エンジンの出力トルクτ、HC排出量、CO排出量及びNOx排出量と空燃比A/Fとの関係の一例を図5に示した。
【0068】
一般にリーンバーン運転が行われているときには、ストイキ運転(空燃比を理論空燃比付近の値にして行う運転)または、リッチ運転(エンジンのパワーを増大させるためにストイキ運転時よりも空燃比をリッチ側に設定して行う運転)を行うときよりもスロットルバルブが開かれた状態にある。
【0069】
本発明の制御装置では、このように、ストイキ運転時またはリッチ運転時よりもスロットルバルブが開かれてリーンバーン運転が行われている状態で、負荷の急増により制御量が急激に変化しようとしたとき(本実施形態では負荷の急増により発電機の出力電圧が急激に低下しようとしたとき)に、燃料噴射量を増加させて空燃比を理論空燃比(約14.7)ないし出力空燃比(およそ12)に設定したリッチ設定空燃比までステップ状に減少させる。
【0070】
このように、負荷の急増により制御量が急激な変化を示したとき(例えば発電機の出力電圧が急峻な落ち込みを示したとき)に混合気の空燃比をステップ状に減少させると、図4において動作点がB点からC点(リッチ設定空燃比を理論空燃比とした場合)またはD点(リッチ設定空燃比を出力空燃比とした場合)に直ちに移行するため、制御量の変化を補償するためのスロットルバルブの制御が行われるのを待たずにエンジンの出力トルクτが増加させられる。これにより、エンジンの回転速度の低下が抑えられるため、発電機の出力電圧が大きく落ち込むのを防ぐことができる。混合気の空燃比をステップ状に減少させる制御が行われた後、操作量演算手段22により演算された量だけスロットルバルブの開度を増加させる制御が行われるため、エンジンの出力は更に増加し、発電機の出力電圧(制御量)の変化が抑えられ、出力電圧は速やかに目標値に整定する。
【0071】
本実施形態の制御装置においてはまた、負荷の急激な減少により制御量が急激な変化を示したとき(この例では発電機の出力電圧が上昇しようとしたとき)に、点火動作を停止させて点火をカットするとともに、燃料噴射動作を停止させて燃料をカットする。このように、負荷の急激な減少が検出されたときに、エンジンの点火をカットしたり、燃料をカットしたりすると、制御量の変化を補償するためのスロットルバルブの制御が開始されるのを待つことなく、エンジンを急減速させて制御量の変化を抑制することができるため、負荷の急減により制御量が大きく変動するのを防ぐことができる。負荷の変動による制御量の時間的変化率の大きさが設定された範囲に戻ると点火動作及び燃料噴射動作が回復するが、このとき操作量演算手段により演算された量だけスロットルバルブの開度を減少させる制御が既に行われてエンジンの出力が抑制されているため、発電機の出力電圧は速やかに目標値に整定する。
【0072】
図6は、本実施形態のエンジン駆動発電装置において、負荷電力WLがほぼステップ状に増加したときに、直流電源部の出力電圧の変化を補償するためにスロットルバルブの開度のみを制御した場合の応答特性と、本発明のように、空燃比をリッチ側に変化させる制御とスロットルバルブの開度の制御とを併用した場合の応答特性とを比較して示したものである。直流電源部の出力電圧Erの変化を補償するためにスロットルバルブの開度のみを制御した場合(従来の制御による場合)には、図6に実線で示したように、時刻t1で負荷電力WLがほぼステップ状に増加したときに、直流変換部の出力電圧Erが急峻な落ち込みを示し、電圧Erが大きく低下する。電圧Erが低下した後、スロットルバルブの開度θが徐々に増加していく。エンジンの出力Weは、スロットルバルブ開度の変化よりも一定時間遅れて増加していき、これに伴って発電機の出力が上昇して、直流変換部の出力電圧Erが目標値に整定する。
【0073】
これに対し、本発明による場合には、時刻t1で負荷電力がステップ状に増加したときに、先ず空燃比をリッチ側に変化させて、図6に破線で示したように、エンジンの出力Weを直ちに増大させるため、破線で示したように電圧Erの低下が抑制される。
【0074】
上記の実施形態では、負荷が減少したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときにエンジンの点火動作を停止させるかまたは点火時期を遅角させるように点火装置を制御する負荷急減時点火制御手段と、負荷が減少したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときにエンジンへの燃料の供給を停止させるように燃料噴射装置を制御する負荷急減時燃料噴射制御手段手段とにより負荷急減時エンジン減速手段を構成して、負荷が急減したときに、エンジンの点火動作を停止させるかまたは点火時期を遅角させるとともに、燃料をカットするようにしたが、本発明はこのように構成する場合に限定されるものではなく、負荷が減少したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときに、エンジンへの燃料の供給を停止させるように燃料噴射装置を制御する負荷急減時燃料噴射制御手段のみにより、負荷急減時エンジン減速手段を構成するようにしてもよい。
【0075】
また負荷が減少したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときにエンジンの点火動作を停止させるかまたは点火時期を遅角させるように前記点火装置を制御する負荷急減時点火制御手段のみにより、負荷急減時エンジン減速手段を構成してもよい。
【0076】
更に、負荷が減少したときの制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときにエンジンの点火火花を周期的に間引くように点火装置を制御する負荷急減時点火制御手段により負荷急減時エンジン減速手段を構成するようにしてもよい。
【0077】
上記の実施形態では、空燃比センサを用いて空燃比をフィードバック制御するようにしているが、空燃比センサを用いることなく、空燃比をオープンループ制御する場合にも本発明を適用することができる。
【0078】
また上記の例では、エンジンの回転速度とスロットルバルブ開度とから吸入空気量を推定するようにしているが、エンジンの回転速度と、スロットルバルブよりも下流側の吸気管内圧力とから吸入空気量を推定する場合(スピードデンシティ方式による場合)にも本発明を適用することができる。
【0079】
上記の実施形態では、スロットルバルブを操作するアクチュエータとしてモータなどを駆動源とする電気式のアクチュエータを用いたが、油圧式のアクチュエータを用いる場合にも本発明を適用することができる。
【0080】
上記の実施形態では、偏差演算手段により演算された偏差に比例、積分及び微分演算を施すことにより、偏差を零にするために必要なスロットルバルブの操作量を演算するように操作量演算手段を構成したが、偏差を零にするために必要なスロットルバルブの操作量を演算するに当たっては、必ずしも偏差に積分及び微分演算の双方を施す必要はなく、偏差に比例演算と、積分演算及び微分演算の少なくとも一方を施すことにより、偏差を零にするために必要なスロットルバルブの操作量を演算する場合にも本発明を適用することができる。
【0081】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、負荷の変動が反映される発電機のパラメータを制御量として、該制御量を負荷の変動に対して目標値に保つように制御する場合に、負荷の急増による制御量の急激な変化が検出されたときに直ちに燃料噴射量をステップ状に増加させるように燃料噴射装置を制御して、制御量の変化を補償するためのスロットルバルブの制御が開始される前にエンジンの出力を増大させるようにしたので、負荷の急増時に制御量が大幅に変化するのを防ぐことができる利点がある。
【0082】
また本発明によれば、負荷の急減による制御量の急激な変化が検出されたときに、エンジンの点火カット若しくは点火火花の間引き、及び(または)燃料カットを行わせることにより制御量の変化を補償するためのスロットルバルブの制御が開始されるのを待たずにエンジンの出力を抑制するようにしたので、負荷の急減時に制御量が大幅に変化するのを防ぐことができる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態の全体的な構成を示したブロック図である。
【図2】図1の制御ユニットの構成を更に詳しく示したブロック図である。
【図3】図2に示した制御ユニットの制御演算部のマイクロプロセッサに実行させるプログラムのアルゴリズムを示したフローチャートである。
【図4】エンジンの回転速度を一定として、スロットルバルブ開度を種々変化させた場合の出力トルク対空燃比特性の一例を示したグラフである。
【図5】エンジンのトルク、HC排出量、CO排出量及びNOx排出量と空燃比との関係の一例を示したグラフである。
【図6】従来の制御装置及び本発明に係わる制御装置において、負荷が急増したときの応答特性を比較して示したグラフである。
【図7】従来の制御装置の構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
1…エンジン、2…スロットルバルブ、3…発電機、4…直流変換部、5…インバータ、6…アクチュエータ、13…点火コイル、14…点火コイル駆動部、15制御演算部、16…スロットル駆動部、21…偏差演算手段、22…操作量演算手段、23…スロットル制御部、24…定常時燃料噴射制御手段、25…負荷急増時噴射制御手段、26…負荷急減時噴射制御手段、27…点火制御部、28…負荷急減時点火制御手段、30…制御量変化率判定手段、IG…点火装置、FI…燃料噴射装置。
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a control device for controlling an engine-driven power generator.
[0002]
[Prior art]
As an engine-driven power generator, a so-called inverter power generator is often used in which an output of an AC generator driven by an engine is temporarily converted to a DC output, and then converted to an AC voltage having a certain frequency by an inverter. I have.
[0003]
This type of power generator includes an engine, an AC generator driven by the engine, a DC converter for converting the output of the generator into a DC output, and an AC output of a constant frequency that outputs the DC converter. And an inverter that converts the data into a signal.
[0004]
The control device that controls this type of power generator includes an engine throttle required to maintain the output voltage of the generator at a target value (a target value required to generate an AC output of a magnitude set from the inverter). An operation amount calculating means for calculating an operation amount of the valve, and an actuator driving means for applying a drive current to an actuator for operating the throttle valve so as to operate the throttle valve by the calculated operation amount, are provided. The throttle valve of the engine is controlled to keep the output voltage of the generator at a target value in response to the fluctuation.
[0005]
FIG. 7 shows the configuration of a conventional control device of this type. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an engine having a throttle valve 2, and 3 denotes an AC generator such as a magnet type AC generator having a rotor mounted on a crankshaft of the engine. Reference numeral 4 denotes a DC converter for converting the AC output of the generator 3 into a DC output, and reference numeral 5 denotes an inverter for converting the output of the DC converter 4 into an AC voltage having a commercial frequency. The DC converter 4 includes a rectifier. The inverter 5 includes a bridge-type switch circuit in which switch elements such as FETs are connected in a bridge, and a filter that removes a harmonic component from an AC voltage output from the switch circuit. And a circuit.
[0006]
In order to operate the throttle valve 2, an output shaft of an electric actuator 6 driven by a motor or the like is connected to an operation shaft of the throttle valve 2.
[0007]
Reference numeral 7 denotes a control device, which is required for outputting a voltage detection value Er corresponding to the output voltage of the generator detected from the output side of the DC power supply unit 4 to the inverter 5 to output a rated output voltage. A deviation calculator 7A that calculates a deviation between the voltage detection value and the target value in comparison with the target value Et, and performs a proportional / integral / differential calculation (PID calculation) on the deviation calculated by the deviation calculator 7A. An operation amount calculation unit 7B for calculating the operation amount of the throttle valve 2 required to reduce the deviation to zero, and a drive current required for operating the throttle valve 2 by the operation amount calculated by the calculation unit 7B is supplied to the actuator 6. A throttle control unit 7C for generating a control signal for giving an instruction to apply the control signal; and a throttle drive unit 7D for supplying a drive current to the actuator 6 in accordance with the control signal supplied from the control unit 7C. There.
[0008]
The control device 7 includes, in addition to these elements, an ignition timing control unit that controls the ignition timing of the engine, a fuel injection control unit that controls a fuel injection device that supplies fuel to the engine, and an AC voltage of the commercial frequency from the inverter 5. Inverter control means for controlling a switch element constituting the inverter so as to output the signal is provided, but these are not shown.
[0009]
In the engine-driven power generator shown in FIG. 7, the DC voltage obtained by converting the output voltage of the generator 3 by the DC converter 4 is converted into an AC voltage of a commercial frequency by the inverter 5 and supplied to the load. The controller 7 uses the output voltage of the generator detected through the DC converter 4 as a control amount, and supplies a drive current to the actuator 6 so as to maintain the output voltage at a target value, thereby controlling the throttle valve opening. As a result, the output of the engine is controlled to keep the output voltage of the inverter 5 at the rated value.
[0010]
[Problems to be solved by the invention]
In the control device shown in FIG. 7, the output of the generator is adjusted only by controlling the throttle valve. When such control is performed, the change in load immediately appears as a change in the output voltage of the generator, but after the output voltage of the generator changes, the throttle valve actually moves to adjust the output of the engine. Because there is a considerable delay before the load changes, the fluctuation range of the output voltage of the generator when a steep load change occurs becomes large, and when the load increases suddenly, the output voltage of the generator drops greatly and the load operates. Could be adversely affected.
[0011]
Also, when the load suddenly decreases, the output voltage of the generator rises greatly and a high voltage may be applied to the elements constituting the inverter. Therefore, it is necessary to use an expensive element having a high withstand voltage as the element constituting the inverter. There was a problem.
[0012]
In the above example, the output voltage of the generator is set as the control amount, and the control is performed so as to keep the output voltage of the generator at the target value with respect to the load fluctuation of the generator. When the output of the engine is controlled so that the control amount is kept at a target value with respect to the fluctuation, or when another parameter that reflects the load fluctuation, for example, the rotation speed of the generator is used as the control amount, the generator A similar problem occurs when the rotation speed of the generator is controlled to be constant so as to keep the output frequency of the generator constant.
[0013]
An object of the present invention is to provide an engine-driven power generator that controls the output of an engine such that a parameter indicating a change when the load of the generator fluctuates is used as a control amount and the control amount is maintained at a target value with respect to the load fluctuation. In a control device, an output of an engine is immediately adjusted when a load shows a steep change to prevent a large fluctuation in a control amount.
[0014]
[Means for Solving the Problems]
The present invention relates to an engine-driven power generator including an engine that is supplied with fuel by a fuel injection device and ignited by an ignition device, and an AC generator that is driven by the engine. The present invention is directed to a control device of an engine-driven power generator that controls an output of an engine such that a parameter indicating a change is set as a control amount and the control amount is maintained at a target value with respect to a change in load.
[0015]
Here, the parameter indicating the change when the load of the generator fluctuates includes the output voltage and the rotation speed of the generator. Further, in the case of an inverter power generator that converts the output of the generator into a DC output by a DC converter and then converts the DC output into an AC output of a commercial frequency by an inverter, the output voltage of the DC converter is used as a control amount. Is also good.
[0016]
In the present invention, an actuator for operating a throttle valve of an engine, a control amount detected as a control amount detection value that reflects a value of the control amount, and a control target set for the control amount detection value and the control amount. A deviation calculating means for calculating a deviation from the value, an operation amount calculating means for calculating an operation amount of the throttle valve required to make the deviation calculated by the deviation calculating means zero, and a throttle for the calculated operation amount. Actuator driving means for driving the actuator to operate the valve, and lean burn operation of the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value is within a set range. Steady-state fuel injection amount control means for controlling the amount of fuel injection from the fuel injection device to a value suitable for When the rate of change exceeds the set range, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine during the lean burn operation is increased in order to increase the engine output at the same throttle opening with respect to the lean burn operation. A load suddenly increasing fuel injection amount control means for controlling the amount of fuel injection from the fuel injection device so as to change stepwise to a rich set air-fuel ratio set to a richer side than the air-fuel ratio is provided.
[0017]
Here, the lean burn operation refers to operating the engine by performing lean combustion in the cylinder by setting the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the cylinder of the engine to be leaner than the stoichiometric air-fuel ratio.
[0018]
The rich set air-fuel ratio is preferably set to a value between the output air-fuel ratio and the stoichiometric air-fuel ratio.
[0019]
Note that the output air-fuel ratio is an air-fuel ratio (= about 12) that gives the maximum value of the engine output torque when the air-fuel ratio is changed with the throttle valve opening and the engine speed kept constant.
[0020]
As described above, when the engine is operated in a state where the air-fuel mixture is lean while the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is a value suitable for lean-burn operation during a steady operation in which the load fluctuation range is within the set range, reduction of the throttle loss and The fuel efficiency can be improved by improving the combustion efficiency.
[0021]
Generally, when the lean burn operation is performed, the air-fuel ratio is set to a value close to the stoichiometric air-fuel ratio, or the air-fuel ratio is set to a richer side than during the stoichiometric operation in order to increase the engine power ( The throttle valve is more open than when performing the rich operation (enriching the mixture).
[0022]
In the control device of the present invention, when the control amount tries to suddenly change due to a sudden increase in the load while the lean burn operation is being performed, for example, when the output voltage of the generator tries to decrease due to the sudden increase in the load The air-fuel ratio is changed stepwise from the air-fuel ratio during lean burn operation to the rich set air-fuel ratio by increasing the fuel injection amount.
[0023]
As described above, when the control amount shows a sudden change due to a sudden increase in the load (for example, when the output voltage of the generator shows a steep drop), the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is increased from the air-fuel ratio during the lean burn operation. When the air-fuel ratio is changed stepwise to the set air-fuel ratio, the output of the engine is immediately increased without waiting for the control of the throttle valve to compensate for the change in the control amount. Can be prevented. Further, after the control for changing the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in steps to the rich set air-fuel ratio is performed, the control for increasing the opening of the throttle valve by the amount calculated by the operation amount calculating means is performed. The output further increases, the change in the control amount is suppressed, and the target value is quickly settled.
[0024]
In the above example, the change in the control amount caused when the load suddenly increases is suppressed. However, an engine supplied with fuel by the fuel injection device and ignited by the ignition device, and an AC generator driven by the engine An engine for controlling an engine output so as to maintain a control value at a target value with respect to a change in load by using a parameter indicating a change when the load of the alternator changes as a control amount of the engine-driven power generation device having: In the control device of the drive generator, when suppressing a change in the control amount when the load is suddenly reduced, an actuator that operates the throttle valve of the engine and an amount in which the value of the control amount is reflected as the control amount detection value. A deviation calculating means for detecting and calculating a deviation between the control amount detection value and a control target value set for the control amount detection value; Operating amount calculating means for calculating an operating amount of the throttle valve necessary to reduce the deviation to zero, actuator driving means for driving the actuator so as to operate the throttle valve by the calculated operating amount, and a load. Load-decreasing engine that controls at least one of the fuel injection device and the ignition device so as to rapidly decelerate the engine when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the control value decreases exceeds a set range. It is configured to include a deceleration means.
[0025]
The load deceleration engine deceleration means is configured to stop the fuel injection to the engine when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load is reduced exceeds a set range. It can be constituted by a load sudden decrease fuel injection control means for controlling the device.
[0026]
The load deceleration-time engine deceleration means may also stop the ignition operation of the engine when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load decreases exceeds a set range, or It may also be constituted by a sudden load reduction ignition control means for controlling the ignition device so as to retard the ignition timing.
[0027]
The above-mentioned sudden load decrease engine deceleration means may also stop the ignition operation of the engine when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load decreases exceeds a set range, or A load sudden ignition control means for controlling the ignition device to retard the timing; and an engine when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load is reduced exceeds a set range. And the fuel injection control means for controlling the fuel injection device so as to stop the supply of the fuel.
[0028]
The load-decreasing engine deceleration means also performs ignition so as to periodically thin out the ignition spark of the engine when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load decreases exceeds a set range. It may also be constituted by a sudden-load-decrease ignition control means for controlling the apparatus.
[0029]
The control amount is, for example, an output voltage of a generator. When the output frequency of the generator is controlled to be constant, the rotation speed of the generator is used as the control amount.
[0030]
When the power generation device targeted by the present invention has a configuration of a so-called inverter power generation device, in addition to the generator, a DC converter for converting an output voltage of the generator into a DC voltage, and an output of the DC converter. An inverter for converting the voltage to an AC voltage having a constant frequency is further provided. When the present invention is applied to such an engine-driven power generator, for example, the output voltage of the DC converter is used as a control amount, and the output voltage of the DC converter required to maintain the output voltage of the inverter at a set value. Can be controlled to keep the output of the generator at the target value.
[0031]
The temporal change rate of the control amount detection value can be detected by a time differential value of the deviation calculated by the manipulated variable calculation means (difference between the previously calculated deviation and the currently calculated deviation).
[0032]
As described above, when the control amount shows a steep change due to a sudden decrease in the load (for example, when the output voltage of the generator is about to increase), the ignition operation is stopped or the fuel injection operation is stopped. If the engine is suddenly decelerated by cutting the fuel or the like, when the control amount shows a steep change due to a sudden decrease in the load, the control of the throttle valve to compensate for the change in the control amount is started. The engine can be rapidly decelerated without waiting for a change in the control amount. When the change rate of the control amount returns to the set range, the ignition operation and the fuel injection operation return, but at this time, control for decreasing the opening of the throttle valve by the amount calculated by the operation amount calculation means has already been performed. Since the output of the engine is suppressed, the output voltage of the generator quickly settles to the target value.
[0033]
When it is particularly problematic to suppress a change in the control amount at the time of a sudden increase in the load, the fuel injection amount control means at the time of a sudden increase in the load may be provided as described above to suppress the change in the control amount due to the sudden increase in the load. Well, if it is particularly problematic to suppress a change in the control amount at the time of a sudden decrease in the load, a sudden load decrease engine deceleration means may be provided to suppress the change in the control amount at the time of a sudden decrease in the load. However, when it is necessary to suppress both the change in the control amount at the time of the sudden increase in the load and the change of the control amount at the time of the sudden decrease in the load, the fuel injection amount control means during the sudden increase in the load and the load It is necessary to provide both of the sudden deceleration engine deceleration means.
[0034]
That is, when the load of the AC generator fluctuates in an engine-driven power generator including an engine supplied with fuel by a fuel injection device and ignited by an ignition device, and an AC generator driven by the engine. A control device for an engine-driven power generator that controls an engine output so as to keep the control amount at a target value with respect to the load variation, using a parameter indicating the change as a control amount. In the case of suppressing both changes in the control amount at the time of the rapid decrease, an actuator that operates the throttle valve of the engine and an amount that reflects the value of the control amount are detected as the control amount detection value, and the control amount detection value is detected. Deviation calculating means for calculating a deviation between the control target value and the control target value set for the control amount detection value, and a deviation calculating means for calculating the deviation calculated by the deviation calculating means to zero. Operating amount calculating means for calculating the operating amount of the throttle valve, actuator driving means for driving the actuator so as to operate the throttle valve by the calculated operating amount, and a time change rate of the control amount detected value. Steady-state fuel injection amount that controls the fuel injection amount from the fuel injection device so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine when the size is within the set range is set to a value suitable for lean burn operation. Control means for increasing the engine output at the same throttle opening with respect to the lean burn operation when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load increases exceeds a set range; The air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine changes stepwise to the rich set air-fuel ratio that is set richer than the air-fuel ratio during lean burn operation. A sudden increase in the fuel injection amount control means for controlling the fuel injection amount from the fuel injection device, and the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load decreases exceeds the set range. A load sudden-decrease engine deceleration means for controlling at least one of the fuel injection device and the ignition device so as to sometimes rapidly decelerate the engine is provided.
[0035]
As described above, the throttle valve for controlling the fuel injection device so as to immediately increase the fuel injection amount in a step-like manner when the control amount shows a sudden change due to a sudden increase in the load and compensating for the change in the control amount. If the control output shows a sudden change due to a sudden decrease in the load, the engine ignition operation is stopped or the ignition spark is thinned out and / or the fuel is cut off. Therefore, if the engine output is suppressed without waiting for the throttle valve control to start, the control amount will fluctuate greatly both when the load suddenly increases and when the load suddenly decreases. Thus, it is possible to obtain an engine-driven power generation device that can prevent the fluctuation and always perform a stable operation with respect to the load fluctuation.
[0036]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
[0037]
In the embodiment described below, a case where a configuration of an inverter generator in which an AC output of a generator is converted into a DC output by a DC converter and the DC output is converted into an AC voltage of a commercial frequency by an inverter is adopted. For example, the present invention is applied to a case where the output voltage of the generator detected from the output side of the DC converter is used as a control amount and the control amount is controlled to be maintained at a target value.
[0038]
FIG. 1 schematically shows the overall configuration of an embodiment of the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes an engine whose intake air amount is adjusted by a throttle valve 2. The throttle valve 2 is operated by an electric actuator using a motor or the like as a drive source. The engine 1 may be a two-cycle engine or a four-cycle engine, but in the present embodiment, a four-cycle engine will be described as an example.
[0039]
A rotor of an AC generator 3 such as a magnet AC generator is attached to a crankshaft of the engine 1, and an output of the generator 3 is input to a DC converter 4 including a rectifier. The output of the DC converter 4 is input to the inverter 5, and the inverter 5 outputs an AC voltage having a constant frequency.
[0040]
The engine 1 is supplied with fuel by a fuel injection device FI including an injector (electromagnetic fuel injection valve) 11 and an injector driving unit 12 for driving the injector 11, and an ignition plug (not shown) attached to a cylinder head. ), And an ignition device IG including an ignition coil 13 for applying a high voltage to the ignition plug and an ignition coil drive unit 14 for driving the ignition coil 13.
[0041]
Although not shown, the injector 11 is supplied with fuel from a fuel tank through a fuel pump. The pressure of the fuel supplied to the injector 11 is kept almost constant by the pressure regulator.
[0042]
The injector drive unit 12 includes switch means such as a transistor which is turned on while an injection command signal is given, and turns on the switch means while the injection command signal is given. A drive current is supplied to the injector 11 from a power supply not to be used. The injector 11 opens its valve while a predetermined drive current is being supplied, and injects the fuel supplied by the fuel pump into an intake pipe of the engine or the like. Since the pressure of the fuel supplied from the fuel pump to the injector 11 is adjusted to a substantially constant value, the amount of fuel injected from the injector 11 is determined by the injection time.
[0043]
The ignition coil drive section 14 is a section that causes a sudden change in the primary current of the ignition coil 13 when an ignition signal is given to induce a high voltage for ignition in the secondary coil of the ignition coil. The coil driving unit can be configured by a capacitor discharge type circuit or a current cutoff type circuit.
[0044]
The ECU is an electronic control unit that controls the engine, and includes a control operation unit 15 including a microprocessor. In the illustrated example, an injector drive unit 12, an ignition coil drive unit 14, and a throttle drive unit 16 are provided in the control unit.
[0045]
As shown in FIG. 2, a microprocessor constituting the control operation unit 15 executes a predetermined program, and thereby, a control amount detection value corresponding to the output voltage (control amount) of the generator detected through the DC conversion unit 4. Deviation calculating means 21 for comparing Er with a control target value Et required to output a rated output voltage from the inverter 5 and calculating a deviation ΔE between the control amount detection value Er and the control target value Et; An operation amount calculating means 22 for performing a proportional / integral / differential operation on this deviation to calculate an operation amount of the throttle valve 2 required to make the deviation zero, and for operating the throttle valve by the calculated operation amount. And a throttle control unit that calculates a drive signal to be supplied to the actuator 6 and provides a command signal to the throttle drive unit 16 to instruct the throttle drive unit 16 to apply the calculated drive current to the actuator. Constitute a part 23.
[0046]
The throttle drive unit 16 is provided with a switch element such as a transistor for turning on / off a current supplied from a DC power supply (not shown) to the actuator 6 and a switch element such that a drive current calculated by the throttle control unit 23 flows through the actuator. Switch control means for turning on and off at a duty ratio of
[0047]
The control operation unit 15 includes an output Sp of a pulser that generates a pulse signal at a predetermined crank angle position of the engine 1, an output SA / F of an air-fuel ratio sensor that detects an air-fuel ratio supplied to a cylinder of the engine, and a throttle valve. In addition to the input of the throttle opening detection signal Thv output from the throttle sensor attached to the operation shaft 2 and the detection value Pa of the pressure (intake pressure) in the intake pipe of the engine, fuel injection such as engine temperature and atmospheric pressure is performed. Outputs of various sensors for detecting information necessary for calculating the amount are input.
[0048]
The control calculation unit 15 also executes a predetermined program to execute a rotation speed detection unit (not shown) for detecting the rotation speed of the engine from the pulser output Sp, a control amount change rate determination unit 30, The fuel injection control unit 24, the rapid load increase injection control unit 25, the rapid load decrease injection control unit 26, the ignition control unit 27, and the rapid load decrease ignition control unit 28 are configured.
[0049]
The control amount change rate determining means 30 detects a temporal change rate of the control amount detection value Er and determines whether or not the magnitude of the change rate is within a set range. Then, the differential value of the deviation ΔE calculated by the manipulated variable calculator 22 is detected as the temporal change rate of the control amount detection value Er, and the temporal change rate is compared with a determination value, whereby the control amount change It is determined whether or not the magnitude of the rate is within a set range.
[0050]
The constant fuel injection control means 24 controls the fuel injection amount in a steady state in which the magnitude of the temporal change rate of the control amount is within a set range. When the magnitude of the temporal change rate of the detection value is determined to be within the set range, the air-fuel ratio of the air-fuel mixture detected by the air-fuel ratio sensor is made to match a value suitable for lean burn operation. The fuel injection amount from the fuel injection device is controlled.
[0051]
The steady-state fuel injection control means 24 includes, for example, an intake air amount estimating means for estimating an intake air amount (by a throttle speed method) from an engine speed and a throttle valve opening, and A basic injection time calculating means for calculating a basic injection time necessary for setting an air-fuel ratio to a target air-fuel ratio during lean burn operation, and correcting the basic injection time for various control conditions such as atmospheric pressure and engine temperature. An actual injection time calculating means for performing feedback correction of the injection time based on the air-fuel ratio detected by the air-fuel ratio sensor and calculating an actual injection time by adding an invalid injection time; and injecting fuel for each rotational speed of the engine. Injection timing detection means for detecting the timing of starting the injection, and actual injection time calculation means for calculating when the injection timing is detected. The injection command signal having a signal width corresponding to the actual injection time are can be configured by the steady-state injection command means for applying to the injector drive unit 12.
[0052]
The load sudden increase injection control means 25 is a means for performing control for increasing the engine output before the control of the throttle valve for compensating for the change in the control amount is started when the load suddenly increases. When the magnitude of the temporal change rate of the control amount detected value exceeds the set range, the mixture supplied to the engine is increased to increase the engine output at the same throttle opening with respect to the lean burn operation. The fuel injection amount from the fuel injection device FI is controlled such that the air-fuel ratio of the air is changed stepwise to a rich set air-fuel ratio that is set richer than the air-fuel ratio during the lean burn operation. It is preferable that the rich set air-fuel ratio is set to an appropriate value in the range of not more than the stoichiometric air-fuel ratio (about 14.7) and not less than the output air-fuel ratio (= about 12). Here, the output air-fuel ratio is the air-fuel ratio that gives the maximum output of the engine for each throttle valve opening when the rotation speed is constant, and the engine uses the air-fuel ratio of the mixture as the output air-fuel ratio. Then, the maximum output torque is generated at each throttle valve opening.
[0053]
The sudden load increase injection control means 25 can be configured in the same manner as the steady-state injection amount control means, except that the target value of the air-fuel ratio is set to a preset rich set air-fuel ratio.
[0054]
Further, the load sudden decrease injection control means 26 stops the supply of fuel to the engine 1 when the magnitude of the temporal change rate of the control variable detection value when the load on the generator decreases exceeds a set range. The control means controls the fuel injection device such that, for example, the control amount change rate determining means 30 sets the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load on the generator decreases. When it is detected that the range has been exceeded, the switching means of the injector driving unit 12 is prevented from being turned on, and the supply of the driving current to the injector 11 can be prohibited. .
[0055]
The ignition control unit 27 is a means for controlling the ignition timing in a state where the load of the generator does not suddenly decrease. This control means controls, for example, the control conditions such as the engine speed and the throttle valve opening degree. Ignition timing calculating means for calculating an optimal ignition timing of the engine, an ignition timing detecting means for detecting an ignition timing calculated for each rotation speed of the engine, and an ignition coil driving unit when the ignition timing is detected. And an ignition signal generating means for generating an ignition signal to be given to the control signal.
[0056]
In addition, the load sudden decrease point ignition control means 28 is means for decelerating the engine without waiting for the start of the control of the throttle valve for compensating the change in the control amount when the load suddenly decreases, In order to stop the ignition operation of the engine 1 or reduce the ignition timing to reduce the rotational speed when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value Er when the load decreases exceeds a set range. The ignition device IG is controlled so as to be retarded by a necessary amount.
[0057]
For example, when the load control unit detects that the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value Er when the load is reduced exceeds a set range, the ignition control unit 27 controls the ignition control unit 27 when the load decreases. It can be constituted by means for inhibiting the application of the ignition signal to the ignition coil drive unit 14 or for delaying the timing (ignition timing) at which the ignition signal is applied.
[0058]
In the example shown in FIG. 2, the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value Er when the load is reduced is set by the sudden load decrease injection control means 26 and the rapid load decrease ignition control means 28. A sudden load decrease engine deceleration means for controlling the fuel injection device FI and the ignition device IG so as to rapidly decelerate the engine when the range is exceeded is provided.
[0059]
In the engine-driven power generator shown in FIGS. 1 and 2, when the engine 1 is started to operate the generator, the ECU reduces the air-fuel ratio A / F to warm up the air-fuel mixture in a rich state. Operate (when the engine is cold). When the warm-up of the engine is completed, the stoichiometric operation is usually performed with the air-fuel ratio set to the stoichiometric air-fuel ratio (approximately 14.7). While gradually changing the air-fuel ratio toward the target air-fuel ratio set on the lean side as much as possible, while controlling the throttle valve by feeding back the output voltage of the generator so as not to lower the output voltage of the generator, Shift from stoichiometric operation to lean burn operation while gradually opening the throttle valve.
[0060]
In the control device according to the present embodiment, after shifting the operation mode of the engine to the lean burn operation mode, the steady-state fuel injection control means 24, the sudden load increase injection control means 25, the sudden load decrease injection control means 26, and the sudden load decrease FIG. 3 shows an example of an algorithm of a task to be executed by a microprocessor constituting the control arithmetic unit 15 in order to realize the ignition control means 28.
[0061]
The task of FIG. 3 is to perform a stoichiometric operation once the warm-up operation of the engine is completed and then to shift to a lean burn operation and enter a steady operation state, and thereafter, at regular intervals (for example, every 2 msec). Executed).
[0062]
In the case of the algorithm shown in FIG. 3, first, in step 1, the output voltage of the DC converter 4 is detected as the control amount detection value Er, and then, in step 2, the deviation ΔE = Et−Er is calculated. Next, in step 3, a proportional / integral / differential operation (PID operation) is performed on the deviation ΔE to calculate an operation amount Cont of the throttle valve. When the proportional, integral, and derivative terms of the proportional, integral, and differential operations are CP, CI, and CD, respectively, the manipulated variable Cont is
Cont = CP + CI + CD (1)
When the deviation calculated this time is ΔEo, the deviation calculated last time is ΔE-1, ΔE-2,..., And kP, kI, and kD are the gains of the proportional term, the integral term, and the differential term, respectively,
CP = kP * ΔEo (* is a multiplication symbol) (2)
CI = kI * (ΔEo + ΔE-1 + ΔE-2 +...) (3)
CD = kD * (ΔEo−ΔE-1) (4)
After calculating the manipulated variable Cont in step 3, the differential term CD is compared with the determination value D1 in step 4, and if CD> D1, the process proceeds to step 5. In step 5, the differential term CD is compared with a determination value D2 (<D1). If CD <D2 is not satisfied (D1 <CD <D2), the process proceeds to step 6 where the control mode is changed to a mode for performing lean burn operation. After migration, move to other tasks.
[0063]
If it is determined in step 4 that CD> D1, the process proceeds to step 7, in which the engine is richly operated with the air-fuel ratio of the air-fuel mixture being smaller than the stoichiometric air-fuel ratio (the air-fuel mixture is in a rich state). Shift to rich operation mode.
[0064]
When it is determined in step 5 that CD <D2, the process proceeds to step 8 to stop fuel injection, stop the ignition operation, and shift to another task.
[0065]
In the case of the algorithm shown in FIG. 3, step 2 constitutes the deviation computing means 21 and step 3 constitutes the operation amount computing means 22. Steps 4 and 5 constitute the control amount change rate determining means 30, and step 6 constitutes the steady-state fuel injection control means 24. Step 7 constitutes a sudden load increase injection control means 25, and step 8 constitutes a sudden load decrease injection control means 26 and a sudden load decrease ignition control means 28.
[0066]
FIG. 4 shows the output torque τ vs. air / fuel ratio A / F characteristics when the rotation speed of the engine is constant and the throttle valve opening θ is changed as θ1, θ2, θ3, θ4 (θ1 <θ2 <θ3 <θ4). FIG. In the figure, point A indicates an operating point during stoichiometric operation at a certain rotational speed. When shifting from this state to the lean burn operation, the air-fuel ratio is changed to the target air-fuel ratio (about 14.7 in the illustrated example) during the lean burn operation while gradually changing the throttle valve opening from θ2 to θ3. The operating point is gradually increased toward the point B.
[0067]
As described above, when the engine is operated in a state where the air-fuel mixture is lean while the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is a value suitable for lean-burn operation during a steady operation in which the load fluctuation range is within the set range, reduction of the throttle loss and The fuel efficiency can be improved by improving the combustion efficiency. When the lean burn operation is performed, the output of the engine slightly decreases, but the amount of HC and CO in the exhaust gas can be reduced. For reference, FIG. 5 shows an example of the relationship between the engine output torque τ, the amount of HC emission, the amount of CO emission, and the amount of NOx emission, and the air-fuel ratio A / F.
[0068]
Generally, when lean burn operation is performed, stoichiometric operation (operation in which the air-fuel ratio is set to a value near the stoichiometric air-fuel ratio) or rich operation (to increase the engine power, the air-fuel ratio is set to be richer than during stoichiometric operation). The throttle valve is more open than when performing the operation set on the side.
[0069]
In the control device of the present invention, as described above, in the state where the throttle valve is opened and the lean burn operation is performed as compared with the time of the stoichiometric operation or the rich operation, the control amount tends to change abruptly due to a sudden increase in the load. At this time (in the present embodiment, when the output voltage of the generator is about to suddenly decrease due to a sudden increase in load), the fuel injection amount is increased to change the air-fuel ratio from the stoichiometric air-fuel ratio (about 14.7) to the output air-fuel ratio ( The air-fuel ratio is reduced stepwise to the rich set air-fuel ratio set to about 12).
[0070]
As described above, when the control amount shows a sudden change due to a sudden increase in the load (for example, when the output voltage of the generator shows a steep drop), the air-fuel ratio of the air-fuel mixture is reduced in a stepwise manner. In, since the operating point immediately shifts from point B to point C (when the rich set air-fuel ratio is the stoichiometric air-fuel ratio) or point D (when the rich set air-fuel ratio is the output air-fuel ratio), the change in the control amount is compensated. The engine output torque τ is increased without waiting for the control of the throttle valve to be performed. As a result, a decrease in the rotation speed of the engine is suppressed, so that it is possible to prevent the output voltage of the generator from dropping significantly. After the control for decreasing the air-fuel ratio of the air-fuel mixture in a stepwise manner is performed, the control for increasing the opening of the throttle valve by the amount calculated by the manipulated variable calculating means 22 is performed, so that the output of the engine further increases. Thus, a change in the output voltage (control amount) of the generator is suppressed, and the output voltage is quickly settled to the target value.
[0071]
In the control device of the present embodiment, when the control amount shows a sudden change due to a sudden decrease in the load (in this example, when the output voltage of the generator is about to increase), the ignition operation is stopped. While cutting the ignition, the fuel injection operation is stopped to cut the fuel. In this way, when a sudden decrease in the load is detected, if the ignition of the engine is cut or the fuel is cut, the control of the throttle valve for compensating the change in the control amount is started. Without waiting, the engine can be rapidly decelerated to suppress a change in the control amount, so that a large change in the control amount due to a sudden decrease in the load can be prevented. When the magnitude of the temporal change rate of the control amount due to the load fluctuation returns to the set range, the ignition operation and the fuel injection operation are restored. At this time, the opening degree of the throttle valve is reduced by the amount calculated by the operation amount calculation means. , The output of the generator is quickly settled at the target value.
[0072]
FIG. 6 shows a case where only the opening degree of the throttle valve is controlled to compensate for a change in the output voltage of the DC power supply unit when the load power WL increases in a substantially step-like manner in the engine-driven power generator according to the present embodiment. And a response characteristic in the case where the control for changing the air-fuel ratio to the rich side and the control for the opening degree of the throttle valve are used together as in the present invention. When only the opening of the throttle valve is controlled to compensate for the change in the output voltage Er of the DC power supply unit (in the case of the conventional control), the load power WL at time t1, as shown by the solid line in FIG. Increases substantially stepwise, the output voltage Er of the DC converter shows a steep drop, and the voltage Er drops significantly. After the voltage Er decreases, the opening degree θ of the throttle valve gradually increases. The output We of the engine increases with a delay of a certain time from the change in the opening degree of the throttle valve, and accordingly, the output of the generator increases, and the output voltage Er of the DC converter is settled to the target value.
[0073]
On the other hand, according to the present invention, when the load power increases stepwise at time t1, the air-fuel ratio is first changed to the rich side, and the engine output We is output as shown by the broken line in FIG. Is immediately increased, so that the decrease in the voltage Er is suppressed as shown by the broken line.
[0074]
In the above embodiment, the ignition operation of the engine is stopped or the ignition timing is retarded when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load decreases exceeds a set range. And a fuel supply control means for controlling the ignition device when the load suddenly decreases, and stopping the supply of fuel to the engine when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load decreases exceeds a set range. A sudden load decrease fuel injection control means for controlling the fuel injection device so as to control the fuel injection device so as to constitute a sudden load decrease engine deceleration means to stop the ignition operation of the engine or delay the ignition timing when the load suddenly decreases. Although the angle is changed and the fuel is cut, the present invention is not limited to such a configuration, and the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load decreases is reduced. When the load exceeds a predetermined range, the sudden load decrease engine deceleration means may be constituted only by the sudden load decrease fuel injection control means for controlling the fuel injection device so as to stop the supply of fuel to the engine. Good.
[0075]
Further, the ignition device is configured to stop the ignition operation of the engine or to retard the ignition timing when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load decreases exceeds the set range. The sudden load decrease engine deceleration means may be constituted only by the load sudden decrease fire control means to be controlled.
[0076]
Further, when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load decreases exceeds the set range, the ignition device controls the ignition device so as to periodically thin out the ignition spark of the engine. The control means may constitute a sudden load decrease engine deceleration means.
[0077]
In the above embodiment, the air-fuel ratio is feedback-controlled using the air-fuel ratio sensor. However, the present invention can also be applied to a case where the air-fuel ratio is controlled in an open loop without using the air-fuel ratio sensor. .
[0078]
In the above example, the intake air amount is estimated from the engine speed and the throttle valve opening. However, the intake air amount is estimated from the engine speed and the pressure in the intake pipe downstream of the throttle valve. The present invention can also be applied to the case of estimating (using the speed density method).
[0079]
In the above embodiment, an electric actuator using a motor or the like as a drive source is used as an actuator for operating the throttle valve. However, the present invention can be applied to a case where a hydraulic actuator is used.
[0080]
In the above embodiment, by performing proportional, integral, and derivative calculations on the deviation calculated by the deviation calculation means, the operation amount calculation means is configured to calculate the operation amount of the throttle valve required to make the deviation zero. However, when calculating the amount of operation of the throttle valve required to reduce the deviation to zero, it is not always necessary to perform both integral and differential operations on the deviation. By applying at least one of the above, the present invention can also be applied to the case where the operation amount of the throttle valve required to reduce the deviation to zero is calculated.
[0081]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, when a parameter of a generator in which a change in load is reflected is set as a control amount, and the control amount is controlled so as to maintain a target value with respect to the change in load, a load When a sudden change in the control amount due to a sudden increase is detected, the fuel injection device is controlled so that the fuel injection amount is increased stepwise immediately, and control of the throttle valve for compensating for the change in the control amount is started. Since the output of the engine is increased before the load increases, there is an advantage that it is possible to prevent the control amount from greatly changing when the load suddenly increases.
[0082]
Further, according to the present invention, when a sudden change in the control amount due to a sudden decrease in the load is detected, the change in the control amount is reduced by causing the engine to cut off the ignition or to thin out the ignition spark and / or to cut off the fuel. Since the output of the engine is suppressed without waiting for the control of the throttle valve for compensation to be started, there is an advantage that it is possible to prevent a significant change in the control amount when the load suddenly decreases.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing the configuration of the control unit of FIG. 1 in further detail.
3 is a flowchart illustrating an algorithm of a program executed by a microprocessor of a control operation unit of the control unit illustrated in FIG. 2;
FIG. 4 is a graph showing an example of output torque versus air-fuel ratio characteristics when the throttle valve opening is variously changed while the rotation speed of the engine is constant.
FIG. 5 is a graph showing an example of the relationship between the air-fuel ratio and the engine torque, HC emission, CO emission, and NOx emission.
FIG. 6 is a graph showing a comparison between response characteristics of a conventional control device and a control device according to the present invention when a load is rapidly increased.
FIG. 7 is a block diagram showing a configuration of a conventional control device.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Engine, 2 ... Throttle valve, 3 ... Generator, 4 ... DC conversion part, 5 ... Inverter, 6 ... Actuator, 13 ... Ignition coil, 14 ... Ignition coil drive part, 15 control operation part, 16 ... Throttle drive part .., 21: deviation calculating means, 22: manipulated variable calculating means, 23: throttle control unit, 24: steady-state fuel injection control means, 25: injection control means for sudden increase in load, 26: injection control means for sudden decrease in load, 27: ignition Control unit, 28: ignition control unit at the time of sudden decrease in load, 30: control amount change rate determination unit, IG: ignition device, FI: fuel injection device.

Claims (13)

燃料噴射装置により燃料が供給され、点火装置により点火されるエンジンと、前記エンジンにより駆動される交流発電機とを備えたエンジン駆動発電装置の、前記交流発電機の負荷が変動したときに変化を示すパラメータを制御量として、前記負荷の変動に対して前記制御量を目標値に保つようにエンジン出力を制御するエンジン駆動発電装置の制御装置であって、
前記エンジンのスロットルバルブを操作するアクチュエータと、
前記制御量の値が反映された量を制御量検出値として検出して、該制御量検出値と該制御量検出値に対して設定された制御目標値との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段により演算された偏差を零にするために必要な前記スロットルバルブの操作量を演算する操作量演算手段と、
演算された操作量だけ前記スロットルバルブを操作するように前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動手段と、
前記制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲内にあるときに前記エンジンに供給される混合気の空燃比をリーンバーン運転に適した値とするように前記燃料噴射装置からの燃料噴射量を制御する定常時燃料噴射量制御手段と、
前記負荷が増加したときの前記制御量検出値の時間的変化率の大きさが前記設定された範囲を超えたときに、前記リーンバーン運転時に対して同じスロットル開度におけるエンジン出力を増加させるべく前記エンジンに供給される混合気の空燃比を前記リーンバーン運転時の空燃比よりもリッチ側に設定されたリッチ設定空燃比までステップ状に変化させるように前記燃料噴射装置からの燃料噴射量を制御する負荷急増時燃料噴射量制御手段と、
を備えてなるエンジン駆動発電装置の制御装置。
When the load of the AC generator fluctuates when the load of the AC generator fluctuates, the fuel is supplied by the fuel injection device, and the engine is driven by the ignition device and includes an AC generator driven by the engine. A control device for an engine-driven power generator that controls an engine output so as to maintain the control amount at a target value with respect to the variation of the load, with the parameter shown as a control amount,
An actuator for operating a throttle valve of the engine;
Deviation calculating means for detecting an amount reflecting the value of the control amount as a control amount detection value, and calculating a deviation between the control amount detection value and a control target value set for the control amount detection value; ,
An operation amount calculating means for calculating an operation amount of the throttle valve required to make the deviation calculated by the deviation calculating means zero;
Actuator driving means for driving the actuator to operate the throttle valve by the calculated operation amount;
The fuel injection device is configured to set the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine to a value suitable for lean burn operation when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value is within a set range. Steady-state fuel injection amount control means for controlling the fuel injection amount from the
When the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load increases exceeds the set range, the engine output at the same throttle opening with respect to the lean burn operation is increased. The amount of fuel injection from the fuel injection device is changed so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine changes stepwise to a rich set air-fuel ratio set to a richer side than the air-fuel ratio during the lean burn operation. Control means for controlling the fuel injection amount at the time of sudden increase in load,
A control device for an engine-driven power generator, comprising:
前記リッチ設定空燃比は、出力空燃比と理論空燃比との間の値に設定されている請求項1に記載のエンジン駆動発電装置の制御装置。The control device for an engine-driven power generator according to claim 1, wherein the rich set air-fuel ratio is set to a value between an output air-fuel ratio and a stoichiometric air-fuel ratio. 燃料噴射装置により燃料が供給され、点火装置により点火されるエンジンと、前記エンジンにより駆動される交流発電機とを備えたエンジン駆動発電装置の、前記交流発電機の負荷が変動したときに変化を示すパラメータを制御量として、前記負荷の変動に対して前記制御量を目標値に保つようにエンジン出力を制御するエンジン駆動発電装置の制御装置であって、
前記エンジンのスロットルバルブを操作するアクチュエータと、
前記制御量の値が反映された量を制御量検出値として検出して、該制御量検出値と該制御量検出値に対して設定された制御目標値との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段により演算された偏差を零にするために必要な前記スロットルバルブの操作量を演算する操作量演算手段と、
演算された操作量だけ前記スロットルバルブを操作するように前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動手段と、
前記負荷が減少したときの前記制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときに前記エンジンを急減速させるように前記燃料噴射装置及び点火装置の少なくとも一方を制御する負荷急減時エンジン減速手段と、
を備えてなるエンジン駆動発電装置の制御装置。
When the load of the AC generator fluctuates when the load of the AC generator fluctuates, the fuel is supplied by the fuel injection device, and the engine is driven by the ignition device and includes an AC generator driven by the engine. A control device for an engine-driven power generator that controls an engine output so as to maintain the control amount at a target value with respect to the variation of the load, with the parameter shown as a control amount,
An actuator for operating a throttle valve of the engine;
Deviation calculating means for detecting an amount reflecting the value of the control amount as a control amount detection value, and calculating a deviation between the control amount detection value and a control target value set for the control amount detection value; ,
An operation amount calculating means for calculating an operation amount of the throttle valve required to make the deviation calculated by the deviation calculating means zero;
Actuator driving means for driving the actuator to operate the throttle valve by the calculated operation amount;
When at least one of the fuel injection device and the ignition device is controlled so that the engine is rapidly decelerated when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load decreases exceeds a set range. Engine deceleration means when the load suddenly decreases,
A control device for an engine-driven power generator, comprising:
燃料噴射装置により燃料が供給され、点火装置により点火されるエンジンと、前記エンジンにより駆動される交流発電機とを備えたエンジン駆動発電装置の、前記交流発電機の負荷が変動したときに変化を示すパラメータを制御量として、前記負荷の変動に対して前記制御量を目標値に保つようにエンジン出力を制御するエンジン駆動発電装置の制御装置であって、
前記エンジンのスロットルバルブを操作するアクチュエータと、
前記制御量の値が反映された量を制御量検出値として検出して、該制御量検出値と該制御量検出値に対して設定された制御目標値との偏差を演算する偏差演算手段と、
前記偏差演算手段により演算された偏差を零にするために必要な前記スロットルバルブの操作量を演算する操作量演算手段と、
演算された操作量だけ前記スロットルバルブを操作するように前記アクチュエータを駆動するアクチュエータ駆動手段と、
前記制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲内にあるときに前記エンジンに供給される混合気の空燃比をリーンバーン運転に適した値とするように前記燃料噴射装置からの燃料噴射量を制御する定常時燃料噴射量制御手段と、
前記負荷が増加したときの前記制御量検出値の時間的変化率の大きさが前記設定された範囲を超えたときに、前記リーンバーン運転時に対して同じスロットル開度におけるエンジン出力を増加させるべく前記エンジンに供給される混合気の空燃比を前記リーンバーン運転時の空燃比よりもリッチ側に設定されたリッチ設定空燃比までステップ状に変化させるように前記燃料噴射装置からの燃料噴射量を制御する負荷急増時燃料噴射量制御手段と、
前記負荷が減少したときの前記制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときに前記エンジンを急減速させるように前記燃料噴射装置及び点火装置の少なくとも一方を制御する負荷急減時エンジン減速手段と、
を備えてなるエンジン駆動発電装置の制御装置。
When the load of the AC generator fluctuates when the load of the AC generator fluctuates, the fuel is supplied by the fuel injection device, and the engine is driven by the ignition device and includes an AC generator driven by the engine. A control device for an engine-driven power generator that controls an engine output so as to maintain the control amount at a target value with respect to the variation of the load, with the parameter shown as a control amount,
An actuator for operating a throttle valve of the engine;
Deviation calculating means for detecting an amount reflecting the value of the control amount as a control amount detection value, and calculating a deviation between the control amount detection value and a control target value set for the control amount detection value; ,
An operation amount calculating means for calculating an operation amount of the throttle valve required to make the deviation calculated by the deviation calculating means zero;
Actuator driving means for driving the actuator to operate the throttle valve by the calculated operation amount;
The fuel injection device is configured to set the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine to a value suitable for lean burn operation when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value is within a set range. Steady-state fuel injection amount control means for controlling the fuel injection amount from the
When the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load increases exceeds the set range, the engine output at the same throttle opening with respect to the lean burn operation is increased. The amount of fuel injection from the fuel injection device is changed so that the air-fuel ratio of the air-fuel mixture supplied to the engine changes stepwise to a rich set air-fuel ratio set to a richer side than the air-fuel ratio during the lean burn operation. Control means for controlling the fuel injection amount at the time of sudden increase in load,
When at least one of the fuel injection device and the ignition device is controlled so that the engine is rapidly decelerated when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load decreases exceeds a set range. Engine deceleration means when the load suddenly decreases,
A control device for an engine-driven power generator, comprising:
前記リッチ設定空燃比は、出力空燃比と理論空燃比との間の値に設定されている請求項4に記載のエンジン駆動発電装置の制御装置。The control device for an engine-driven power generator according to claim 4, wherein the rich set air-fuel ratio is set to a value between an output air-fuel ratio and a stoichiometric air-fuel ratio. 前記負荷急減時エンジン減速手段は、前記負荷が減少したときの前記制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときに前記エンジンへの燃料の供給を停止させるように前記燃料噴射装置を制御する負荷急減時燃料噴射制御手段からなっている請求項3または4に記載のエンジン駆動発電装置の制御装置。The load deceleration-time engine deceleration means is configured to stop supplying fuel to the engine when a magnitude of a temporal change rate of the control amount detection value when the load is reduced exceeds a set range. 5. The control device for an engine-driven power generator according to claim 3, further comprising a fuel injection control means for suddenly decreasing the load for controlling the fuel injection device. 前記負荷急減時エンジン減速手段は、前記負荷が減少したときの前記制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときに前記エンジンの点火動作を停止させるかまたは前記エンジンの点火時期を遅角させるように前記点火装置を制御する負荷急減時点火制御手段からなっている請求項3または4に記載のエンジン駆動発電装置の制御装置。The load sudden decrease engine deceleration means may stop the ignition operation of the engine when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load decreases exceeds a set range, or The control device for an engine-driven power generator according to claim 3 or 4, further comprising a load sudden ignition control means for controlling the ignition device so as to retard the ignition timing of the engine. 前記負荷急減時エンジン減速手段は、前記負荷が減少したときの前記制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときに前記エンジンの点火動作を停止させるかまたは前記エンジンの点火時期を遅角させるように前記点火装置を制御する負荷急減時点火制御手段と、前記負荷が減少したときの前記制御量検出値の時間的変化率の大きさが前記設定された範囲を超えたときに前記エンジンへの燃料の供給を停止させるように前記燃料噴射装置を制御する負荷急減時燃料噴射制御手段とからなっている請求項3または4に記載のエンジン駆動発電装置の制御装置。The load sudden decrease engine deceleration means may stop the ignition operation of the engine when the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load decreases exceeds a set range, or A load sudden ignition control means for controlling the ignition device so as to retard the ignition timing of the engine, and the magnitude of the temporal change rate of the control amount detection value when the load decreases is within the set range. 5. The control of the engine-driven power generator according to claim 3, further comprising a fuel-injection-control-means for suddenly decreasing the load that controls the fuel injection device so as to stop the supply of fuel to the engine when the engine speed exceeds the limit. 6. apparatus. 前記負荷急減時エンジン減速手段は、前記負荷が減少したときの前記制御量検出値の時間的変化率の大きさが設定された範囲を超えたときに前記エンジンの点火火花を周期的に間引くように前記点火装置を制御する負荷急減時点火制御手段からなっている請求項3または4に記載のエンジン駆動発電装置の制御装置。The load deceleration-time engine deceleration means is configured to periodically thin out the ignition spark of the engine when a magnitude of a temporal change rate of the control amount detection value when the load is reduced exceeds a set range. 5. The control device for an engine-driven power generator according to claim 3, further comprising: a load sudden ignition control means for controlling the ignition device. 前記制御量は前記発電機の出力電圧である請求項1ないし9のいずれか一つに記載のエンジン駆動発電装置の制御装置。The control device for an engine-driven power generator according to any one of claims 1 to 9, wherein the control amount is an output voltage of the generator. 前記制御量は前記発電機の回転速度である請求項1ないし9のいずれか一つに記載のエンジン駆動発電装置の制御装置。The control device for an engine-driven power generator according to any one of claims 1 to 9, wherein the control amount is a rotation speed of the generator. 前記発電機の出力電圧を直流電圧に変換する直流変換部と、前記直流変換部の出力電圧を一定周波数の交流電圧に変換するインバータとが更に設けられ、
前記制御量は前記直流変換部の出力電圧であり、
前記制御目標値は前記インバータの出力電圧を設定値に保つために必要な前記直流変換部の出力電圧値である請求項1ないし9のいずれか一つに記載のエンジン駆動発電装置の制御装置。
A DC converter for converting the output voltage of the generator to a DC voltage; and an inverter for converting the output voltage of the DC converter to an AC voltage having a constant frequency,
The control amount is an output voltage of the DC converter,
The control device for an engine-driven power generator according to any one of claims 1 to 9, wherein the control target value is an output voltage value of the DC converter required to keep an output voltage of the inverter at a set value.
前記制御量検出値の時間的変化率は、前記操作量演算手段により演算される前記偏差の時間微分値により検出する請求項1ないし12のいずれか1つに記載のエンジン駆動発電装置の制御装置。The control device for an engine-driven power generator according to any one of claims 1 to 12, wherein the temporal change rate of the control amount detection value is detected by a time differential value of the deviation calculated by the operation amount calculation means. .
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Cited By (4)

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JP2006200533A (en) * 2005-01-18 2006-08-03 Andreas Stihl Ag & Co Kg Operation method of single cylinder two-cycle engine
JP2008019863A (en) * 2006-07-13 2008-01-31 Andreas Stihl Ag & Co Kg Method for operating internal combustion engine
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KR20180080035A (en) * 2017-01-03 2018-07-11 엘지전자 주식회사 Method for controlling engine and engine generation system using the same

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