JP2004278383A - ガスエンジンの制御装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】ガスエンジンの調速制御において、幅広い回転域での運転を実現する技術を提案するものであり、特に、低速回転領域の高負荷領域での安定した運転を実現する調速制御を行うための技術を提案する。
【解決手段】ガスエンジンの制御装置であって、動力負荷を検知する手段と、エンジン回転数を検知する手段と、空燃比を検知する手段と、コントローラを有し、エンジン回転数の調速制御を行う際に、予め記憶された制御マップ３４に基づき、動力負荷Ｄ、回転数Ｎ及び空燃比Ｇに対応する制御ゲインＫｐ４を決定するとともに、前記制御ゲインＫｐ４を動力負荷、エンジン回転数及び空燃比に応じて変更させることにより、ガスエンジンの調速制御を行う。
【選択図】 図１０
【解決手段】ガスエンジンの制御装置であって、動力負荷を検知する手段と、エンジン回転数を検知する手段と、空燃比を検知する手段と、コントローラを有し、エンジン回転数の調速制御を行う際に、予め記憶された制御マップ３４に基づき、動力負荷Ｄ、回転数Ｎ及び空燃比Ｇに対応する制御ゲインＫｐ４を決定するとともに、前記制御ゲインＫｐ４を動力負荷、エンジン回転数及び空燃比に応じて変更させることにより、ガスエンジンの調速制御を行う。
【選択図】 図１０
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジンの制御装置に関するものであり、より詳しくは、低速回転・高負荷領域での安定した運転を行うためのエンジン回転数の調速制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガスヒートポンプでは、ガスエンジンによってコンプレッサを駆動する動力負荷に応じて、ガスエンジンの回転数を制御、即ち、調速制御するようにしている。
このガスエンジンの調速制御には、前記動力負荷に応じたスロットル弁の開度調整にて行なわれる制御があり、この制御によって、図１４のグラフに示すごとく、例えば、設定回転数８００〜２８００（ｒｐｍ）といった範囲でガスエンジンを安定して運転させるようにしている。
また、この回転数制御は、図１５に示すブロック線図のごとく、前記動力負荷から決定されるエンジンの目標回転数を目標値Ｘとし、該目標値Ｘに対し、出力値Ｙである実際の回転数をフィードバックさせて回転偏差Ｕを求め、該回転偏差Ｕの関数値に制御ゲインＫｐを掛け、スロットル弁駆動モータ等の操作部の指令値Ｚを算出してスロットル弁の開度を変更し、エンジンの回転数を目標値に近づけるように制御している。
そして、前記指令値Ｚは、
〔指令値Ｚ：制御ゲインＫｐ（固定値）×ｆ（回転偏差Ｕ）〕
により求めるものとし、また、制御ゲインＫｐは、ガスエンジンの運転状況、即ち、伝達関数Ｋｎに関係なく固定とされていた。ここで、ｆ（回転偏差Ｕ）は、回転偏差Ｕを変数とする関数である。
【０００３】
上述した図１５に示すブロック線図の構成では、図１６に示すごとく、横軸を動力負荷、縦軸をスロットル弁開度として各回転数ごとにプロットした場合には、負荷が増加するに従って傾きが増加する傾向が示される。つまり、エンジン回転数を一定に制御しようとする場合では、低負荷領域Ｌと比較して、高負荷領域Ｈであるほどスロットル弁開度の負荷変動に対する変化の割合が大きくなる（高負荷領域Ｈの傾斜は低負荷領域Ｌより大きい）のである。このことから、高負荷領域Ｈで回転数を一定に保つためには、僅かな負荷変化に対しても、スロットル弁開度を大きく調整する必要があることがわかる。そして、この傾向は、低速回転領域である（回転数が低い）ものほど顕著であるといえる。
また、図１７では、回転数変化量をスロットル弁開度変化量で割って求まる値を回転数変化率として、負荷に対する回転数変化率の特性曲線を示すものであり、高負荷領域Ｈでは当該回転数変化率が低くなる傾向があることがわかる。このことから、高負荷領域Ｈでの負荷変動に対する回転数の追従（一定回転数の維持）には、スロットル弁開度を大きく調整する必要があることがわかる。
そして、これらの傾向、及び、制御ゲインＫｐが固定値であるということから、ガスエンジンにおける伝達関数Ｋｎ（図１５）は、負荷及び回転数によって変動するということがわかる。
【０００４】
他方、ガスエンジンの調速制御に関連する技術として、発電機を駆動するガスエンジンの制御装置の構成であって、無負荷時から定格負荷時までの全体のエンジン回転変動を４〜６％に収まるようにフィードバック制御系の比例要素の制御ゲイン（固定値）を設定し、発電機の発生電圧及びその周波数の復元性の改善を図るものが周知となっている（例えば、特許文献１参照。）。
この技術では、どのような負荷に対しても、一定の回転数にてガスエンジンを駆動させることにより、安定した発電電力を発生させることを目的とするものである。
【０００５】
また、同じくガスエンジンの調速制御に関連する技術として、ガス機関の空燃比制御装置の構成であって、ガス機関の目標回転数と実際の回転数との偏差を決定するとともに、予め設定された制御マップに基づいて前記偏差に対応するスロットル弁、又は燃料制御弁の開度を制御する補整手段を備え、ＮＯｘ量の軽減を図るものが周知となっている（例えば、特許文献２参照。）。
この技術では、スロットル弁、又は燃料制御弁の開度の制御においては、ガス機関の回転数のみをパラメータとして用い、Ｎｏｘ量の軽減、エンスト回避制御を行っている。
【０００６】
また、前記スロットル弁によるガスエンジンの調速制御に関連する技術として、特に自動車用エンジンのスロットル弁の制御装置の構成であって、スロットル弁の制御に使用する制御式の制御ゲインを可変とするものが周知となっている（例えば、特許文献３参照。）。
この技術では、スロットル弁の回動位置と、アクセルペダルの踏込量をそれぞれセンサで検出するとともに、二つの検出値に基づいて、即ち、二つのパラメータに基づいて一つの制御ゲインを求め、該制御ゲインによってスロットル弁の開度を制御するものであり、これにより、前記スロットル弁を操作するアクチュエータに異常が発生した場合であっても充分なフェイルセイフ機能を付与させることを目的としている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３１７３９３号公報
【特許文献２】
特開平６−３４１３３５号公報
【特許文献３】
特開平６−２９９８７１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図１６及び図１７で示される傾向からわかるように、高負荷領域Ｈでは、負荷変動に対するスロットル弁開度の大きな調整が必要となる。
しかし、前記ブロック線図（図１５）のごとく、制御ゲインＫｐを固定値とする場合では、全負荷領域において回転偏差Ｕの関数に対する指令値Ｚが一律に算出される。つまり、負荷の高低にかかわらず、回転偏差Ｕの関数が同一であれば、同一の指令値Ｚが算出されるものであった。
このため、本来高負荷領域Ｈであれば、スロットル弁の開度を大きく調整する必要があるところ、その開度調整が足りない、つまりは、スロットル弁の開度調整が負荷変動に追従できず、制御が不安定となり、エンジン回転数のハンチングが生じる可能性があった。また、図１６からもわかるように、低速回転ではより大きな開度調整が必要となることから、エンジン回転数のハンチングが発生する可能性はより大きいものであった。
このような傾向から、図１４に示すごとく、低速回転領域（この例では７００ｒｐｍ）であって、かつ、高負荷領域での運転である場合には、ハンチング発生の可能性のある不安定領域Ｍでの運転となり、この不安定領域Ｍでの運転を避けるべく、設定回転数の下限（この例では８００ｒｐｍ）が設定されていたものである。このように、ハンチング発生の点から設定回転数には制限があったのである。
【０００９】
さらに、負荷、設定回転数の他、空燃比の変化によってもハンチング発生が確認されている。図１８は、スロットル弁の開度を一定とした場合において、空燃比が大きくなるほど（燃料リーンとなるほど）、エンジン回転数変化率が減少する傾向を示しており、これにより、スロットル弁の開度調整の負荷変動に対する追従性が低下することがわかる。この原因として、空燃比が大きくなると、スロットル弁の開度変化に対する燃料流量の変化の割合が小さくなることが考えられる。
また、図１９では、時間Ｔ１までは、空燃比が小さくなる（燃料リッチとなる）ことがあっても、スロットル弁の開度が安定して追従する傾向が見られるが、時間Ｔ１において、何らかの外乱により、空燃比を想定外に小さくさせる制御指令がされると、混合気量の極度の微調整を行う必要が生じ、スロットル弁の開度調整が過敏となり、これによってエンジン回転数のハンチングが発生することを示している。
これらの傾向、及び、上述した制御ゲインＫｐが固定値であるということから、ガスエンジンにおける伝達関数Ｋｎ（図１５）は、負荷及び回転数のみならず空燃比によって変動するということがわかる。このことから、安定したエンジン回転数の調速制御を行うためには、空燃比の変化に着目することが必要であるといえる。
【００１０】
そして、ガスエンジンにおいては、負荷・エンジン回転数・空燃比の影響によってハンチングが発生するといった問題があるが、室内機が数多く接続されるガスヒートポンプでは、少数の室内機による空調を想定した場合の省エネルギー運転の観点から、設定回転数の低速側への領域拡大、つまりは、低速回転領域であって、かつ、高負荷領域での安定した運転が望まれており、上述したハンチング発生の問題の解決が技術的な課題となっている。
【００１１】
他方、上記の特許文献１で示されるところの従来技術では、無負荷時から定格負荷時までの全体のエンジン回転変動（エンジン回転数の変動）を少なくすることを課題としており、各負荷におけるエンジン回転数の変動、つまりは、高負荷領域のみを見た場合におけるエンジン回転数の変動（ハンチング）の発生を防止することは課題としていない。
【００１２】
また、特許文献２で示されるところの従来技術では、予め設定された制御マップに基づいたエンジン回転数の調速制御を行うものであるが、調速制御においては、ガス機関の回転数のみをパラメータとして用いているに過ぎず、上述した動力負荷や、空燃比を検出した上での制御を行うものではない。
【００１３】
さらに、特許文献３で示されるところの従来技術では、スロットル弁の制御に使用する制御式の制御ゲインを可変とするものであるが、確実なフェイルセイフ機能の付与を課題としており、上記と同様、エンジン回転数の変動（ハンチング）の発生を防止することは課題としていない。
【００１４】
そこで、本発明は、上記の技術的な課題に鑑み、ガスヒートポンプに備えるガスエンジンの調速制御において、幅広い回転域での運転を実現する技術を提案するものであり、より具体的には、前記負荷・エンジン回転数・空燃比の要因によって変化するガスエンジンの伝達関数Ｋｎ（図１５）の変化を、制御ゲインＫｐを変化させることにより、全体としての伝達係数Ｋｐ×Ｋｎを一定に保つことにより、前記要因によらず、常に安定した運転が実現される調速制御のための技術を提案するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次に該課題を解決する為の手段を説明する。
即ち、請求項１に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、動力負荷を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、動力負荷に対応するエンジン回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを動力負荷に応じて変更させることである。
【００１６】
また、請求項２に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、動力負荷を検知する手段と、エンジン回転数を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、動力負荷及びエンジン回転数に対応するエンジン回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを動力負荷及びエンジン回転数に応じて変更させることである。
【００１７】
また、請求項３に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、空燃比を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、空燃比に対応するエンジン出力回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを空燃比に応じて変更させることである。
【００１８】
また、請求項４に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、動力負荷を検知する手段と、エンジン回転数を検知する手段と、空燃比を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、動力負荷、エンジン回転数及び空燃比に対応するエンジン出力回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを動力負荷、エンジン回転数及び空燃比に応じて変更させることである。
【００１９】
また、請求項５に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、スロットル弁の開度を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、スロットル弁の開度に対応するエンジン出力回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインをスロットル弁の開度に応じて変更させることである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は本発明を適用する装置構成の一実施例を示す図、図２は同じく調速制御に関する装置のブロック図、図３は第一の実施形態のブロック線図、図４は第一の実施形態の制御マップ、図５は第二の実施形態の制御マップ、図６は第二の実施形態のブロック線図、図７は第三の実施形態の制御マップ、図８は第三の実施形態のブロック線図、図９は第四の実施形態の制御マップ、図１０は第四の実施形態のブロック線図、図１１は第五の実施形態の制御マップ、図１２の（ａ）は、空燃比の変化に対するスロットル弁開度の変化の傾向を示す図、図１２の（ｂ）は、動力負荷の変化に対するスロットル弁開度の変化の傾向を示す図、図１３は第五の実施形態のブロック線図、図１４はガスエンジンにおける運転領域の概念を示す図、図１５はガスエンジンの従来の調速制御の構成を示すブロック線図、図１６は動力負荷の変化に対するスロットル弁開度の変化の挙動を示す図、図１７は動力負荷の変化に対するエンジン回転数変化率の変化の挙動を示す図、図１８は空燃比の変化に対するエンジン回転数変化率の変化の挙動を示す図、図１９は空燃比の変化によりエンジン回転数のハンチングが発生することを示すグラフである。
【００２１】
図１は、本発明を適用する装置構成の一実施例を示すものであり、１はガスエンジン、２はシリンダヘッド、３はミキサー、４はコントローラ、５はスロットル弁、６はスロットル弁駆動モータ、７はガスを一定の圧力で供給するゼロガバナー、８は空燃比制御弁、９は空燃比制御弁駆動モータである。
また、１０は空燃比センサ（ＵＥＧＯセンサ）、１１はクランク軸端円盤、１２はその回転数を検知するための電磁ピックアップ、１３はカム軸端円盤、１４はその回転数を検知するための電磁ピックアップ、１５は排気ガス熱交換器である。
また、１６は外気温度センサ、１７はセルモータである。
また、２２は前記スロットル弁５の実際の開度を検知するためのスロットル弁開度センサである。
【００２２】
そして、図２に示すごとく、前記コントローラ４には、スロットル弁駆動モータ６、空燃比制御弁駆動モータ９、空燃比センサ１０、クランク軸端円盤１１の回転数を検出する電磁ピックアップ１２、カム軸端円盤の回転数を検出する電磁ピックアップ１４、外気温度センサ１６、セルモータ１７、及びスロットル弁開度センサ２２がそれぞれ接続されている。
【００２３】
また、本発明は、ガスエンジン１によりコンプレッサを駆動するガスヒートポンプや、発電機を駆動するガスコージェネ等に適用されるものである。
図２で示される構成は、ガスヒートポンプに適用した場合を想定したものであり、コンプレッサ２０への冷媒の吸入圧力を検知するための吸入圧力センサ１８と、コンプレッサ２０からの冷媒の吐出圧力を検知するための吐出圧力センサ１９の検出値がコントローラ４に入力される。該コントローラ４は、両センサ１８・１９の検出値の圧力差からガスエンジン１に要求される空調負荷（コンプレッサ２０の負荷）、つまり動力負荷を算出する。一方、稼動室内機容量検出部２１より、室内機の運転容量がコントローラ４に入力され、コントローラ４により目標回転数が算出される。尚、ガスコージェネに適用する場合は、室内機の運転容量を基に目標回転数を算出する代わりに、発電機負荷を基に目標回転数を算出するものである。
【００２４】
そして、以上の装置構成により図３のブロック線図に示されるエンジン回転数の制御構成を構築するものであり、コントローラ４が算出したエンジンの目標回転数を目標値Ｘとして、出力値Ｙである実際の回転数をフィードバックさせて回転偏差Ｕを求め、該回転偏差Ｕの関数に制御ゲインＫｐ１を掛けた値がスロットル弁５の開度（ｄｅｇ．）の指令値Ｚとして出力され、スロットル弁駆動モータ６の動作によりスロットル弁５が開閉制御され、ガスエンジン１の回転数が制御される。また、電磁ピックアップ１２は、ガスエンジン１のクランク軸端円盤１１の回転数を検出し、エンジンの回転数を出力値Ｙとして出力し、該出力値Ｙがフィードバックされるものである。
この制御装置では、電磁ピックアップ１２を検出部、コントローラ４を調節部、スロットル弁駆動モータ６を操作部とし、スロットル弁５の開度（ｄｅｇ．）の操作量に応じて前記クランク軸端円盤１１の回転数（ガスエンジン１の回転数）の制御量が決定されるようにしている。
また、前記コントローラ４には、前記回転偏差に対するスロットル弁５の制御量を決定する制御マップ３１が記憶されている他、制御用の諸データが記憶されている。
【００２５】
以上の構成で、本発明にかかるガスエンジンの制御装置が構築されるものであり、該制御装置は、エンジンの回転数を検知する手段としての電磁ピックアップ１２（電磁ピックアップ１４）と、スロットル弁の開度を検知する手段としてのスロットル弁開度センサ２２と、動力負荷を検知する手段としての吸入圧力センサ１８・吐出圧力センサ１９と、スロットル弁の開度を変更する手段としてのスロットル弁駆動モータ６と、空燃比を検知する手段としての空燃比センサー１０と、目標エンジン回転数決定のための室内機運転容量検知手段としての稼動室内機容量検出部２１と、コントローラ４を有している。そして、該ガスエンジンの制御装置において、ガスエンジン１のエンジン回転数の調速制御を行う際に、本発明では、以下に述べる制御マップに基づいた制御を行うものである。
（１）第一の実施形態
本実施形態では、図４に示すごとく、エンジン回転数の調速制御の際に、予め記憶された制御マップ３１に基づいて、動力負荷Ｄに対応する制御ゲインＫｐ１を決定するとともに、前記制御ゲインＫｐ１を動力負荷Ｄに応じて変更させるものである。
換言すれば、ガスエンジンの制御装置であるコントローラ４には、動力負荷Ｄをパラメータとしてエンジン回転数制御の制御ゲインＫｐ１を決定する制御マップ３１が記憶され、前記制御マップ３１における制御ゲインＫｐ１は、動力負荷Ｄのパラメータ毎に異なる値とするものである。
さらに、前記制御マップ３１は、動力負荷Ｄのパラメータが大きいほど、制御ゲインＫｐ１が大きくなるマッピング（マップ）としているものである。
尚、動力負荷Ｄは、前記回転数指令部２１によって求められるものである。
【００２６】
図４に示すごとく、本実施形態の制御マップ３１は、横軸の動力負荷Ｄをパラメータとし、縦軸に各パラメータに対応する制御ゲインＫｐ１をプロットした線Ｆ１で描かれるものである。
該線Ｆ１は、動力負荷Ｄが大きいほど、より大きな値の制御ゲインＫｐ１が決定されるマップに構成されるものであり、特に、高負荷領域における制御ゲインＫｐ１を大きくして、高負荷領域における前記指令値Ｚの変化量を大きくし、これにより、スロットル弁駆動モータ６の操作量を大きくし、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われるようにしている。
一方、低負荷領域においては、スロットル弁５の大きな開度調整が必要とされないことから、負荷変動に対する制御ゲインＫｐ１を小さくするようにして、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われないようにしている。
尚、線Ｆ１については、折れ線とする他、曲線であっても良く、屈曲点（Ｄ２・Ｄ３）の数なども特に限定されるものではない。
そして、以上の制御マップ３１を用い、図３に示すブロック線図のごとく、動力負荷Ｄに応じて変更される制御ゲインＫｐ１を回転偏差Ｕの関数に掛けることで、動力負荷Ｄに個別に対応するスロットル弁駆動モータ６の指令値Ｚが出力され、スロットル弁駆動モータ６がスロットル弁５の開度を変更し、制御量であるエンジン回転数を目標値Ｘに合致させる調速制御を行うものである。
【００２７】
以上の第一の実施形態の制御によれば、高負荷領域では制御ゲインＫｐ１が大きく設定され、これにより、指令値Ｚも大きく変化して、スロットル弁５の開度はスロットル弁駆動モータ６により大きく調整されることになる。このように、高負荷領域では、スロットル弁５の開度が大きく調整されるため、高負荷領域における負荷変動に対するスロットル弁５の開度調整の追従性が改善し、高負荷領域におけるエンジン回転数のハンチングの発生を防止することができる。そして、この制御によれば、低速回転における高負荷領域での安定した運転が実現可能となり、低速側への設定回転数の拡大が図られ、特に、ガスヒートポンプにおいては、低速回転領域での無駄のない省エネルギー運転を実現することができる。一方、低負荷領域では、負荷に対する制御ゲインＫｐ１が小さいため、スロットル弁５の開度が負荷変動に過敏に変動することもなく、エンジン回転数のハンチングの発生を防止することができる。
そして、以上のように、制御マップ３１は、動力負荷Ｄのパラメータが大きいほど、制御ゲインＫｐ１が大きくなるマッピングとしているので、各負荷領域においてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインＫｐ１の設定が行われ、全負荷領域において、安定した調速制御を行うことができる。
【００２８】
（２）第二の実施形態
本実施形態では、図５に示すごとく、エンジン回転数の調速制御の際に、予め記憶された制御マップ３２に基づいて、動力負荷Ｄ及び設定回転数Ｎに対応する制御ゲインＫｐ２を決定するとともに、前記制御ゲインＫｐ２を動力負荷Ｄ及び設定回転数Ｎに応じて変更させるものである。
換言すれば、ガスエンジンの制御装置であるコントローラ４には、動力負荷Ｄ及び設定回転数Ｎをパラメータとしてエンジン回転数制御の制御ゲインＫｐ２を決定する制御マップ３２が記憶され、前記制御マップ３２における制御ゲインＫｐ２は、動力負荷Ｄ及び設定回転数Ｎのパラメータ毎に異なる値とするものである。
さらに、前記制御マップ３２は、動力負荷Ｄのパラメータが大きいほど、また、設定回転数Ｎのパラメータが小さいほど、制御ゲインＫｐ２が大きくなるマッピングとしているものである。
【００２９】
図５に示すごとく、本実施形態の制御マップ３２は、横軸を設定回転数Ｎ、縦軸を動力負荷Ｄとし、全運転領域を、低制御ゲイン領域Ｋａ１、中制御ゲイン領域Ｋａ２、高制御ゲイン領域Ｋａ３の三領域に区画してマッピングされるものであり、いずれか一の領域内に設定回転数Ｎ及び動力負荷Ｄのパラメータが存在する場合に、当該一の領域の制御ゲインを制御式に用いるものである。
この制御マップ３２における領域Ｋａ１〜Ｋａ３においては、低制御ゲイン領域Ｋａ１、中制御ゲイン領域Ｋａ２、高制御ゲイン領域Ｋａ３となるにしたがって値を大きくするものである。尚、各領域内においては、一つの値の制御ゲイン（固定値）が設定されるものでもよいし、領域Ｋａ１から領域Ｋａ３になるにしたがって段階的、もしくは、連続的に値が大きくなるように設定されるものでもよく、特に限定されるものではない。
このように、制御マップ３２は、動力負荷Ｄが大きく、かつ、設定回転数Ｎが小さいほど、より大きな値の制御ゲインＫｐ２が決定されるマップに構成されるものであり、特に、高負荷であって、かつ、低速回転における制御ゲインＫｐ２を大きくして、高負荷・低速回転領域における前記指令値Ｚの変化量を大きくし、これにより、スロットル弁駆動モータ６の操作量を大きくし、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われるようにしている。
一方、図１６の線図に示されるごとく、低負荷においては線図の傾きは小さく、また、高負荷であっても高速回転のもの（例えば、１４００ｒｐｍ）であれば線図の傾きが低速回転のもの（例えば、８００ｒｐｍ）と比較して小さい傾向があることがわかる。このため、低負荷、又は高速回転である場合には、スロットル弁５の大きな開度調整が必要とされないため、負荷に対する制御ゲインＫｐ２を小さくするようにして、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われないようにしている。
そして、以上の制御マップ３２を用い、図６に示すブロック線図のごとく、動力負荷Ｄ及び設定回転数Ｎに応じて変更される制御ゲインＫｐ２を回転偏差Ｕの関数に掛けることで、動力負荷Ｄ及び設定回転数Ｎの変動に対応するスロットル弁駆動モータ６の指令値Ｚが出力され、スロットル弁駆動モータ６がスロットル弁５の開度を変更し、制御量であるエンジン回転数を目標値Ｘに合致させる調速制御を行うものである。
【００３０】
以上の第二の実施形態の制御によれば、動力負荷Ｄが大きく、かつ、設定回転数Ｎが小さい場合では制御ゲインＫｐ２が大きく設定され、これにより、指令値Ｚも大きく変化して、スロットル弁５の開度はスロットル弁駆動モータ６により大きく調整されることになる。このように、低速回転において高負荷となる場合では、スロットル弁５の開度が大きく調整されるため、負荷変動に対するスロットル弁５の開度調整の追従性が改善し、低速回転・高負荷領域におけるエンジン回転数のハンチングの発生を防止することができる。そして、この制御によれば、低速回転における高負荷領域での安定した運転が実現可能となり、低速側への設定回転数の拡大が図られ、特に、ガスヒートポンプにおいては、低速回転領域での無駄のない省エネルギー運転を実現することができる。
一方、低負荷領域、又は、高速回転では、負荷に対する制御ゲインＫｐ２が小さいため、スロットル弁５の開度が負荷変動に過敏に変動することもなく、エンジン回転数のハンチングの発生を防止することができる。
そして、以上のように、制御マップ３２は、動力負荷Ｄのパラメータが大きいほど、また、設定回転数Ｎのパラメータが小さいほど、制御ゲインＫｐ２が大きくなるマッピングとしているので、各負荷領域、及び各設定回転数においてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインＫｐ２の設定が行われ、全負荷領域、及び全設定回転数において、安定した調速制御を行うことができる。
【００３１】
（３）第三の実施形態
本実施形態では、図７に示すごとく、エンジン回転数の調速制御の際に、予め記憶された制御マップ３３に基づいて、前記空燃比センサ１０で検出された空燃比Ｇに対応する制御ゲインＫｐ３を決定するとともに、前記制御ゲインＫｐ３を空燃比Ｇに応じて変更させるものである。
換言すれば、ガスエンジンの制御装置であるコントローラ４には、空燃比Ｇをパラメータとしてエンジン回転数制御の制御ゲインＫｐ３を決定する制御マップ３３が記憶され、前記制御マップ３３における制御ゲインＫｐ３は、空燃比Ｇのパラメータ毎に異なる値とするものである。
さらに、前記制御マップ３３は、空燃比Ｇのパラメータが大きいほど、制御ゲインＫｐ３が大きくなるマッピングとしているものである。
【００３２】
図７に示すごとく、本実施形態の制御マップ３３は、横軸の空燃比Ｇをパラメータとし、縦軸に各パラメータに対応する制御ゲインＫｐ３をプロットした線Ｆ３で描かれるものである。
該線Ｆ３は、空燃比Ｇが大きいほど、より大きな値の制御ゲインＫｐ３が決定されるマップに構成されるものであり、特に、空燃比Ｇが大きい場合における制御ゲインＫｐ３を大きくして、空燃比Ｇが大きい場合における前記指令値Ｚの変化量を大きくし、これにより、スロットル弁駆動モータ６の操作量を大きくし、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われるようにしている。
一方、空燃比Ｇが小さい場合においては、スロットル弁の開度変化に対する燃料流量の変化の割合が大きくなるため、スロットル弁５の開度調整の負荷変動に対して良好な追従性が得られるものである。このように、スロットル弁５の大きな開度調整は必要とされないことから、負荷に対する制御ゲインＫｐ３を小さくするようにして、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われないようにしている。
また、図７に示されるごとく、線Ｆ３は、エンジン回転数変化率の特性曲線ＦＥの変化の傾向を相殺するようにマッピングすることで、エンジン回転数のハンチングを防止するようにしている。尚、該線Ｆ３については、折れ線とする他、曲線であっても良く、屈曲点（Ｇ２・Ｇ３）の数なども特に限定されるものではない。
そして、以上の制御マップ３３を用い、図８に示すブロック線図のごとく、空燃比センサ１０によって検出される空燃比Ｇに応じて変更される制御ゲインＫｐ３を回転偏差Ｕの関数に掛けることで、空燃比Ｇに個別に対応するスロットル弁駆動モータ６の指令値Ｚが出力され、スロットル弁駆動モータ６がスロットル弁５の開度を変更し、制御量であるエンジン回転数を目標値Ｘに合致させる調速制御を行うものである。
【００３３】
以上の第三の実施形態の制御によれば、空燃比Ｇが大きい場合では制御ゲインＫｐ３が大きく設定され、これにより、指令値Ｚも大きく変化して、スロットル弁５の開度はスロットル弁駆動モータ６により大きく調整されることになる。このように、空燃比Ｇが大きい場合では、スロットル弁５の開度が大きく調整されるため、空燃比Ｇが大きい場合における回転偏差Ｕに対するスロットル弁５の開度調整の追従性が改善する、つまり、空燃比Ｇが大きい場合でのエンジン回転数変化率の低下により前記追従性が悪化するという悪影響をなくすことにより、空燃比Ｇが大きい場合における回転数制御の追従性の向上、即ち、エンジン回転数のハンチングの発生を防止することができる。
一方、低負荷領域では、空燃比Ｇに対する制御ゲインＫｐ３が小さいため、空燃比Ｇが小さい場合において、エンジン回転数変化率の増加によりハンチングが発生するという悪影響をなくすことにより、空燃比が小さい場合におけるハンチングの発生を防止することができる。
そして、以上のように、制御マップ３３は、空燃比Ｇのパラメータが大きいほど、制御ゲインＫｐ３が大きくなるマッピングとしており、空燃比Ｇの状況に応じてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインＫｐ３の設定が行われ、空燃比Ｇの変化の影響によらず、安定した調速制御を行うことができる。
【００３４】
（４）第四の実施形態
本実施形態では、図９に示すごとく、エンジン回転数の調速制御の際に、予め記憶された制御マップ３４に基づいて、動力負荷Ｄ、設定回転数Ｎ、及び空燃比Ｇに対応する制御ゲインＫｐ４を決定するとともに、前記制御ゲインＫｐ４を動力負荷Ｄ、設定回転数Ｎ、及び空燃比Ｇに応じて変更させるものである。
換言すれば、ガスエンジンの制御装置であるコントローラ４には、動力負荷Ｄ、設定回転数Ｎ、及び空燃比Ｇをパラメータとしてエンジン回転数制御の制御ゲインＫｐ４を決定する制御マップ３４が記憶され、前記制御マップ３４における制御ゲインＫｐ４は、動力負荷Ｄ、設定回転数Ｎ、及び空燃比Ｇのパラメータ毎に異なる値とするものである。
さらに、前記制御マップ３４は、動力負荷Ｄのパラメータが大きいほど、設定回転数Ｎのパラメータが小さいほど、また、空燃比Ｇが大きいほど、制御ゲインＫｐ４が大きくなるマッピングとしているものである。
【００３５】
図９に示すごとく、本実施形態の制御マップ３４は、横軸を設定回転数Ｎ、縦軸を動力負荷Ｄ、高さ軸を空燃比Ｇとし、全運転領域を、最低制御ゲイン領域Ｋｂ１〜最高制御ゲイン領域Ｋｂ５の５領域に区画してマッピングされるものであり、いずれか一の領域内に設定回転数Ｎ及び動力負荷Ｄのパラメータが存在する場合に、当該一の領域の制御ゲインを制御式に用いるものである。
この制御マップ３４における領域Ｋｂ１〜Ｋｂ５においては、対応レベル４４に示されるごとく、低制御ゲイン領域Ｋｂ１から最高制御ゲイン領域Ｋｂ５となるにしたがって値を大きくするものである。尚、各領域内においては、一つの値の制御ゲイン（固定値）が設定されるものでもよいし、領域Ｋｂ１からＫｂ５になるにしたがって段階的、もしくは、連続的に値が大きくなるように設定されるものでもよく、特に限定されるものではない。
このように、制御マップ３４は、動力負荷Ｄが大きく、設定回転数Ｎが小さい、さらに、空燃比Ｇが大きいほど、より大きな値の制御ゲインＫｐ４が決定されるマップに構成されるものであり、高負荷、低速回転、高空燃比における制御ゲインＫｐ４を大きくするようにしている。これにより、高負荷・低速回転領域において、高空燃比となった場合では、前記指令値Ｚの変化量を大きくし、これにより、スロットル弁駆動モータ６の操作量を大きくし、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われるようにしている。
一方、逆に、制御マップ３４は、動力負荷Ｄが小さく、設定回転数Ｎが大きく、さらに、空燃比Ｇが小さいほど、より小さな値の制御ゲインＫｐ４が決定されるマップに構成されるものであり、低負荷、高速回転、低空燃比における制御ゲインＫｐ４を小さくするようにしている。これにより、低負荷・高速回転において、低空燃比となった場合では、前記指令値Ｚの変化量を小さくし、これにより、スロットル弁駆動モータ６の操作量を小さくし、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われないようにしている。
そして、以上の制御マップ３４を用い、図１０に示すブロック線図のごとく、動力負荷Ｄ、設定回転数Ｎ及び空燃比Ｇに応じて変更される制御ゲインＫｐ４を回転偏差Ｕの関数に掛けることで、動力負荷Ｄ、設定回転数Ｎ、及び空燃比Ｇの変動に対応するスロットル弁駆動モータ６の指令値Ｚが出力され、スロットル弁駆動モータ６がスロットル弁５の開度を変更し、制御量であるエンジン回転数を目標値Ｘに合致させる調速制御を行うものである。
【００３６】
以上の第四の実施形態の制御マップ３４は、上述した第一、第二、第三の実施形態において使用される三種の制御マップ３１・３２・３３で使用されるパラメータの全てが使用されるものである。即ち、各制御マップ３１・３２・３３の単独での効果が呈されるとともに、これらを相関付けての制御を行うものである。このように、本実施形態の制御マップ３４によって、負荷、設定回転数に加え、空燃比の変化によっても発生し得るハンチングの防止が図られ、安定した調速制御が実現されるものである。
【００３７】
（５）第五の実施形態
本実施形態では、図１１に示すごとく、エンジン回転数の調速制御の際に、予め記憶された制御マップ３５に基づいて、スロットル弁開度センサ２２により検出されたスロットル弁開度Ｓに対応する制御ゲインＫｐ５を決定するとともに、前記制御ゲインＫｐ５をスロットル弁開度Ｓに応じて変更させるものである。
換言すれば、ガスエンジンの制御装置であるコントローラ４には、スロットル弁開度Ｓをパラメータとしてエンジン回転数制御の制御ゲインＫｐ５を決定する制御マップ３５が記憶され、前記制御マップ３５における制御ゲインＫｐ５は、スロットル弁開度Ｓのパラメータ毎に異なる値とするものである。
さらに、前記制御マップ３５は、スロットル弁開度Ｓのパラメータが大きいほど、制御ゲインＫｐ５が大きくなるマッピングとしているものである。
【００３８】
本実施形態の詳細の説明の前に、先ず、スロットル弁開度Ｓの変化の傾向として、図１２の（ａ）に示すごとく、同一負荷・同一回転数の設定では、スロットル弁開度Ｓは空燃比Ｇの変化に追従する傾向があり、また、図１２の（ｂ）に示すごとく、同一回転数・同一空燃比の設定では、スロットル弁開度Ｓは動力負荷Ｄの変化に追従する傾向があることが確認されている。また、スロットル弁開度Ｓは、エンジン回転数変化率の特性曲線ＦＥの変化と逆の傾向を示すことが確認されている。
そこで、本実施形態では、これらの追従性に着目し、空燃比Ｇ及び動力負荷Ｄの値によって制御ゲインを決定するところを、スロットル弁開度Ｓの値により空燃比Ｇ及び動力負荷Ｄの値を代表して制御ゲインＫｐ５を決定するようにして、調速制御の構成をシンプルにしようとするものである。
尚、このスロットル弁開度Ｓの検出は、前記スロットル弁開度センサ２２で行うものの他、スロットル弁駆動モータ６の電圧値より算出するものでもよい。或いは、コントローラ４のスロットル弁５の開度指令値を利用して、コントローラ４で判定する構成でもよい。
【００３９】
図１１に示すごとく、本実施形態の制御マップ３５は、横軸のスロットル弁開度Ｓをパラメータとし、縦軸に各パラメータに対応する制御ゲインＫｐ５をプロットした線Ｆ５で描かれるものである。
該線Ｆ５は、スロットル弁開度Ｓが大きいほど、より大きな値の制御ゲインＫｐ５が決定されるマップに構成されるものであり、特に、スロットル弁開度Ｓが大きい場合における制御ゲインＫｐ５を大きくして、スロットル弁開度Ｓが大きい場合における前記指令値Ｚの変化量を大きくし、これにより、スロットル弁駆動モータ６の操作量を大きくし、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われるようにしている。
一方、スロットル弁開度Ｓが小さい場合においては、スロットル弁の開度変化に対する燃料流量の変化の割合が大きくなるため、スロットル弁５の開度調整の負荷変動に対して良好な追従性が得られるものである。このように、スロットル弁５の大きな開度調整は必要とされないことから、負荷に対する制御ゲインＫｐ５を小さくするようにして、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われないようにしている。
また、スロットル弁開度Ｓは、エンジン回転数変化率の特性曲線ＦＥの変化と逆の傾向を示すことから、エンジン回転数変化率の特性曲線ＦＥの変化の傾向を相殺するようにマッピングすることで、エンジン回転数のハンチングを防止するようにしている。
そして、以上の制御マップ３５を用い、図１３に示すブロック線図のごとく、スロットル弁開度センサ２２によって検出されるスロットル弁開度Ｓに応じて変更される制御ゲインＫｐ５を前記回転偏差Ｕの関数に掛けることで、スロットル弁開度Ｓに個別に対応するスロットル弁駆動モータ６の指令値Ｚが出力され、スロットル弁駆動モータ６がスロットル弁５の開度を変更し、制御量であるエンジン回転数を目標値Ｘに合致させる調速制御を行うものである。
【００４０】
以上の第五の実施形態の制御によれば、スロットル弁開度Ｓが大きい場合では制御ゲインＫｐ５が大きく設定され、これにより、指令値Ｚも大きく変化して、スロットル弁５の開度はスロットル弁駆動モータ６により大きく調整されることになる。このように、スロットル弁開度Ｓが大きい場合では、スロットル弁５の開度が大きく調整されるため、空燃比Ｇ又は動力負荷Ｄが大きい場合における回転偏差Ｕに対するスロットル弁５の開度調整の追従性が改善する、つまり、空燃比Ｇ又は動力負荷Ｄが大きい場合でのエンジン回転数変化率の低下により前記追従性が悪化するという悪影響をなくすことにより、空燃比Ｇ又は動力負荷Ｄが大きい場合における回転数制御の追従性の向上、即ち、エンジン回転数のハンチングの発生を防止することができる。
一方、低負荷領域では、スロットル弁開度Ｓの変動に対する制御ゲインＫｐ５が小さいため、空燃比Ｇ又は動力負荷Ｄが小さい場合において、エンジン回転数変化率の増加によりハンチングが発生するという悪影響をなくすことにより、空燃比Ｇ又は動力負荷Ｄが小さい場合におけるハンチングの発生を防止することができる。
そして、以上のように、制御マップ３５は、スロットル弁開度Ｓのパラメータが大きいほど、制御ゲインＫｐ５が大きくなるマッピングとしており、スロットル弁開度Ｓを元にハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインＫｐ５の設定が行われることから、安定した調速制御を行うことができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は以上のごとく構成したので、次のような効果を奏するのである。
即ち、請求項１に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、動力負荷を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、動力負荷に対応するエンジン回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを動力負荷に応じて変更させるので、各負荷領域においてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインの設定が行われ、全負荷領域において、安定した調速制御を行うことができる。
【００４２】
また、請求項２に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、動力負荷を検知する手段と、エンジン回転数を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、動力負荷及びエンジン回転数に対応するエンジン回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを動力負荷及びエンジン回転数に応じて変更させるので、各負荷領域、及び各設定回転数においてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインの設定が行われ、全負荷領域、及び全設定回転数において、安定した調速制御を行うことができる。
【００４３】
また、請求項３に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、空燃比を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、空燃比に対応するエンジン出力回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを空燃比に応じて変更させるので、空燃比の状況に応じてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインの設定が行われ、空燃比の変化の影響によらず、安定した調速制御を行うことができる。
【００４４】
また、請求項４に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、動力負荷を検知する手段と、エンジン回転数を検知する手段と、空燃比を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、動力負荷、エンジン回転数及び空燃比に対応するエンジン出力回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを動力負荷、エンジン回転数及び空燃比に応じて変更させるので、動力負荷・エンジン回転数・空燃比の状況に応じてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインの設定が行われ、動力負荷・エンジン回転数・空燃比の変化の影響によらず、安定した調速制御を行うことができる。
【００４５】
また、請求項５に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、スロットル弁の開度を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、スロットル弁の開度に対応するエンジン出力回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインをスロットル弁の開度に応じて変更させるので、動力負荷・空燃比の状況に応じてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインの設定が行われ、動力負荷・空燃比の変化の影響によらず、安定した調速制御を行うことができる。
また、動力負荷及び空燃比の値によって制御ゲインを決定するところを、スロットル弁開度の値により代表して制御ゲインを決定することから、制御マップが煩雑にならず、調速制御の構成を簡易化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する装置構成の一実施例を示す図である。
【図２】同じく調速制御に関する装置のブロック図である。
【図３】第一の実施形態のブロック線図である。
【図４】第一の実施形態の制御マップである。
【図５】第二の実施形態の制御マップである。
【図６】第二の実施形態のブロック線図である。
【図７】第三の実施形態の制御マップである。
【図８】第三の実施形態のブロック線図である。
【図９】第四の実施形態の制御マップである。
【図１０】第四の実施形態のブロック線図である。
【図１１】第五の実施形態の制御マップである。
【図１２】（ａ）は、空燃比の変化に対するスロットル弁開度の変化の傾向を示す図である。（ｂ）は、動力負荷の変化に対するスロットル弁開度の変化の傾向を示す図である。
【図１３】第五の実施形態のブロック線図である。
【図１４】ガスエンジンにおける運転領域の概念を示す図である。
【図１５】ガスエンジンの従来の調速制御の構成を示すブロック線図である。
【図１６】動力負荷の変化に対するスロットル弁開度の変化の挙動を示す図である。
【図１７】動力負荷の変化に対するエンジン回転数変化率の変化の挙動を示す図である。
【図１８】空燃比の変化に対するエンジン回転数変化率の変化の挙動を示す図である。
【図１９】空燃比の変化によりエンジン回転数のハンチングが発生することを示すグラフである。
【符号の説明】
Ｄ 動力負荷
Ｎ 設定回転数
Ｇ 空燃比
Ｋｐ４ 制御ゲイン
３４ 制御マップ
【発明の属する技術分野】
本発明は、ガスエンジンの制御装置に関するものであり、より詳しくは、低速回転・高負荷領域での安定した運転を行うためのエンジン回転数の調速制御に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のガスヒートポンプでは、ガスエンジンによってコンプレッサを駆動する動力負荷に応じて、ガスエンジンの回転数を制御、即ち、調速制御するようにしている。
このガスエンジンの調速制御には、前記動力負荷に応じたスロットル弁の開度調整にて行なわれる制御があり、この制御によって、図１４のグラフに示すごとく、例えば、設定回転数８００〜２８００（ｒｐｍ）といった範囲でガスエンジンを安定して運転させるようにしている。
また、この回転数制御は、図１５に示すブロック線図のごとく、前記動力負荷から決定されるエンジンの目標回転数を目標値Ｘとし、該目標値Ｘに対し、出力値Ｙである実際の回転数をフィードバックさせて回転偏差Ｕを求め、該回転偏差Ｕの関数値に制御ゲインＫｐを掛け、スロットル弁駆動モータ等の操作部の指令値Ｚを算出してスロットル弁の開度を変更し、エンジンの回転数を目標値に近づけるように制御している。
そして、前記指令値Ｚは、
〔指令値Ｚ：制御ゲインＫｐ（固定値）×ｆ（回転偏差Ｕ）〕
により求めるものとし、また、制御ゲインＫｐは、ガスエンジンの運転状況、即ち、伝達関数Ｋｎに関係なく固定とされていた。ここで、ｆ（回転偏差Ｕ）は、回転偏差Ｕを変数とする関数である。
【０００３】
上述した図１５に示すブロック線図の構成では、図１６に示すごとく、横軸を動力負荷、縦軸をスロットル弁開度として各回転数ごとにプロットした場合には、負荷が増加するに従って傾きが増加する傾向が示される。つまり、エンジン回転数を一定に制御しようとする場合では、低負荷領域Ｌと比較して、高負荷領域Ｈであるほどスロットル弁開度の負荷変動に対する変化の割合が大きくなる（高負荷領域Ｈの傾斜は低負荷領域Ｌより大きい）のである。このことから、高負荷領域Ｈで回転数を一定に保つためには、僅かな負荷変化に対しても、スロットル弁開度を大きく調整する必要があることがわかる。そして、この傾向は、低速回転領域である（回転数が低い）ものほど顕著であるといえる。
また、図１７では、回転数変化量をスロットル弁開度変化量で割って求まる値を回転数変化率として、負荷に対する回転数変化率の特性曲線を示すものであり、高負荷領域Ｈでは当該回転数変化率が低くなる傾向があることがわかる。このことから、高負荷領域Ｈでの負荷変動に対する回転数の追従（一定回転数の維持）には、スロットル弁開度を大きく調整する必要があることがわかる。
そして、これらの傾向、及び、制御ゲインＫｐが固定値であるということから、ガスエンジンにおける伝達関数Ｋｎ（図１５）は、負荷及び回転数によって変動するということがわかる。
【０００４】
他方、ガスエンジンの調速制御に関連する技術として、発電機を駆動するガスエンジンの制御装置の構成であって、無負荷時から定格負荷時までの全体のエンジン回転変動を４〜６％に収まるようにフィードバック制御系の比例要素の制御ゲイン（固定値）を設定し、発電機の発生電圧及びその周波数の復元性の改善を図るものが周知となっている（例えば、特許文献１参照。）。
この技術では、どのような負荷に対しても、一定の回転数にてガスエンジンを駆動させることにより、安定した発電電力を発生させることを目的とするものである。
【０００５】
また、同じくガスエンジンの調速制御に関連する技術として、ガス機関の空燃比制御装置の構成であって、ガス機関の目標回転数と実際の回転数との偏差を決定するとともに、予め設定された制御マップに基づいて前記偏差に対応するスロットル弁、又は燃料制御弁の開度を制御する補整手段を備え、ＮＯｘ量の軽減を図るものが周知となっている（例えば、特許文献２参照。）。
この技術では、スロットル弁、又は燃料制御弁の開度の制御においては、ガス機関の回転数のみをパラメータとして用い、Ｎｏｘ量の軽減、エンスト回避制御を行っている。
【０００６】
また、前記スロットル弁によるガスエンジンの調速制御に関連する技術として、特に自動車用エンジンのスロットル弁の制御装置の構成であって、スロットル弁の制御に使用する制御式の制御ゲインを可変とするものが周知となっている（例えば、特許文献３参照。）。
この技術では、スロットル弁の回動位置と、アクセルペダルの踏込量をそれぞれセンサで検出するとともに、二つの検出値に基づいて、即ち、二つのパラメータに基づいて一つの制御ゲインを求め、該制御ゲインによってスロットル弁の開度を制御するものであり、これにより、前記スロットル弁を操作するアクチュエータに異常が発生した場合であっても充分なフェイルセイフ機能を付与させることを目的としている。
【０００７】
【特許文献１】
特開２００１−３１７３９３号公報
【特許文献２】
特開平６−３４１３３５号公報
【特許文献３】
特開平６−２９９８７１号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
上述した図１６及び図１７で示される傾向からわかるように、高負荷領域Ｈでは、負荷変動に対するスロットル弁開度の大きな調整が必要となる。
しかし、前記ブロック線図（図１５）のごとく、制御ゲインＫｐを固定値とする場合では、全負荷領域において回転偏差Ｕの関数に対する指令値Ｚが一律に算出される。つまり、負荷の高低にかかわらず、回転偏差Ｕの関数が同一であれば、同一の指令値Ｚが算出されるものであった。
このため、本来高負荷領域Ｈであれば、スロットル弁の開度を大きく調整する必要があるところ、その開度調整が足りない、つまりは、スロットル弁の開度調整が負荷変動に追従できず、制御が不安定となり、エンジン回転数のハンチングが生じる可能性があった。また、図１６からもわかるように、低速回転ではより大きな開度調整が必要となることから、エンジン回転数のハンチングが発生する可能性はより大きいものであった。
このような傾向から、図１４に示すごとく、低速回転領域（この例では７００ｒｐｍ）であって、かつ、高負荷領域での運転である場合には、ハンチング発生の可能性のある不安定領域Ｍでの運転となり、この不安定領域Ｍでの運転を避けるべく、設定回転数の下限（この例では８００ｒｐｍ）が設定されていたものである。このように、ハンチング発生の点から設定回転数には制限があったのである。
【０００９】
さらに、負荷、設定回転数の他、空燃比の変化によってもハンチング発生が確認されている。図１８は、スロットル弁の開度を一定とした場合において、空燃比が大きくなるほど（燃料リーンとなるほど）、エンジン回転数変化率が減少する傾向を示しており、これにより、スロットル弁の開度調整の負荷変動に対する追従性が低下することがわかる。この原因として、空燃比が大きくなると、スロットル弁の開度変化に対する燃料流量の変化の割合が小さくなることが考えられる。
また、図１９では、時間Ｔ１までは、空燃比が小さくなる（燃料リッチとなる）ことがあっても、スロットル弁の開度が安定して追従する傾向が見られるが、時間Ｔ１において、何らかの外乱により、空燃比を想定外に小さくさせる制御指令がされると、混合気量の極度の微調整を行う必要が生じ、スロットル弁の開度調整が過敏となり、これによってエンジン回転数のハンチングが発生することを示している。
これらの傾向、及び、上述した制御ゲインＫｐが固定値であるということから、ガスエンジンにおける伝達関数Ｋｎ（図１５）は、負荷及び回転数のみならず空燃比によって変動するということがわかる。このことから、安定したエンジン回転数の調速制御を行うためには、空燃比の変化に着目することが必要であるといえる。
【００１０】
そして、ガスエンジンにおいては、負荷・エンジン回転数・空燃比の影響によってハンチングが発生するといった問題があるが、室内機が数多く接続されるガスヒートポンプでは、少数の室内機による空調を想定した場合の省エネルギー運転の観点から、設定回転数の低速側への領域拡大、つまりは、低速回転領域であって、かつ、高負荷領域での安定した運転が望まれており、上述したハンチング発生の問題の解決が技術的な課題となっている。
【００１１】
他方、上記の特許文献１で示されるところの従来技術では、無負荷時から定格負荷時までの全体のエンジン回転変動（エンジン回転数の変動）を少なくすることを課題としており、各負荷におけるエンジン回転数の変動、つまりは、高負荷領域のみを見た場合におけるエンジン回転数の変動（ハンチング）の発生を防止することは課題としていない。
【００１２】
また、特許文献２で示されるところの従来技術では、予め設定された制御マップに基づいたエンジン回転数の調速制御を行うものであるが、調速制御においては、ガス機関の回転数のみをパラメータとして用いているに過ぎず、上述した動力負荷や、空燃比を検出した上での制御を行うものではない。
【００１３】
さらに、特許文献３で示されるところの従来技術では、スロットル弁の制御に使用する制御式の制御ゲインを可変とするものであるが、確実なフェイルセイフ機能の付与を課題としており、上記と同様、エンジン回転数の変動（ハンチング）の発生を防止することは課題としていない。
【００１４】
そこで、本発明は、上記の技術的な課題に鑑み、ガスヒートポンプに備えるガスエンジンの調速制御において、幅広い回転域での運転を実現する技術を提案するものであり、より具体的には、前記負荷・エンジン回転数・空燃比の要因によって変化するガスエンジンの伝達関数Ｋｎ（図１５）の変化を、制御ゲインＫｐを変化させることにより、全体としての伝達係数Ｋｐ×Ｋｎを一定に保つことにより、前記要因によらず、常に安定した運転が実現される調速制御のための技術を提案するものである。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の解決しようとする課題は以上のごとくであり、次に該課題を解決する為の手段を説明する。
即ち、請求項１に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、動力負荷を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、動力負荷に対応するエンジン回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを動力負荷に応じて変更させることである。
【００１６】
また、請求項２に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、動力負荷を検知する手段と、エンジン回転数を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、動力負荷及びエンジン回転数に対応するエンジン回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを動力負荷及びエンジン回転数に応じて変更させることである。
【００１７】
また、請求項３に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、空燃比を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、空燃比に対応するエンジン出力回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを空燃比に応じて変更させることである。
【００１８】
また、請求項４に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、動力負荷を検知する手段と、エンジン回転数を検知する手段と、空燃比を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、動力負荷、エンジン回転数及び空燃比に対応するエンジン出力回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを動力負荷、エンジン回転数及び空燃比に応じて変更させることである。
【００１９】
また、請求項５に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、スロットル弁の開度を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、スロットル弁の開度に対応するエンジン出力回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインをスロットル弁の開度に応じて変更させることである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
次に、本発明の実施の形態を、図面に基づいて説明する。
図１は本発明を適用する装置構成の一実施例を示す図、図２は同じく調速制御に関する装置のブロック図、図３は第一の実施形態のブロック線図、図４は第一の実施形態の制御マップ、図５は第二の実施形態の制御マップ、図６は第二の実施形態のブロック線図、図７は第三の実施形態の制御マップ、図８は第三の実施形態のブロック線図、図９は第四の実施形態の制御マップ、図１０は第四の実施形態のブロック線図、図１１は第五の実施形態の制御マップ、図１２の（ａ）は、空燃比の変化に対するスロットル弁開度の変化の傾向を示す図、図１２の（ｂ）は、動力負荷の変化に対するスロットル弁開度の変化の傾向を示す図、図１３は第五の実施形態のブロック線図、図１４はガスエンジンにおける運転領域の概念を示す図、図１５はガスエンジンの従来の調速制御の構成を示すブロック線図、図１６は動力負荷の変化に対するスロットル弁開度の変化の挙動を示す図、図１７は動力負荷の変化に対するエンジン回転数変化率の変化の挙動を示す図、図１８は空燃比の変化に対するエンジン回転数変化率の変化の挙動を示す図、図１９は空燃比の変化によりエンジン回転数のハンチングが発生することを示すグラフである。
【００２１】
図１は、本発明を適用する装置構成の一実施例を示すものであり、１はガスエンジン、２はシリンダヘッド、３はミキサー、４はコントローラ、５はスロットル弁、６はスロットル弁駆動モータ、７はガスを一定の圧力で供給するゼロガバナー、８は空燃比制御弁、９は空燃比制御弁駆動モータである。
また、１０は空燃比センサ（ＵＥＧＯセンサ）、１１はクランク軸端円盤、１２はその回転数を検知するための電磁ピックアップ、１３はカム軸端円盤、１４はその回転数を検知するための電磁ピックアップ、１５は排気ガス熱交換器である。
また、１６は外気温度センサ、１７はセルモータである。
また、２２は前記スロットル弁５の実際の開度を検知するためのスロットル弁開度センサである。
【００２２】
そして、図２に示すごとく、前記コントローラ４には、スロットル弁駆動モータ６、空燃比制御弁駆動モータ９、空燃比センサ１０、クランク軸端円盤１１の回転数を検出する電磁ピックアップ１２、カム軸端円盤の回転数を検出する電磁ピックアップ１４、外気温度センサ１６、セルモータ１７、及びスロットル弁開度センサ２２がそれぞれ接続されている。
【００２３】
また、本発明は、ガスエンジン１によりコンプレッサを駆動するガスヒートポンプや、発電機を駆動するガスコージェネ等に適用されるものである。
図２で示される構成は、ガスヒートポンプに適用した場合を想定したものであり、コンプレッサ２０への冷媒の吸入圧力を検知するための吸入圧力センサ１８と、コンプレッサ２０からの冷媒の吐出圧力を検知するための吐出圧力センサ１９の検出値がコントローラ４に入力される。該コントローラ４は、両センサ１８・１９の検出値の圧力差からガスエンジン１に要求される空調負荷（コンプレッサ２０の負荷）、つまり動力負荷を算出する。一方、稼動室内機容量検出部２１より、室内機の運転容量がコントローラ４に入力され、コントローラ４により目標回転数が算出される。尚、ガスコージェネに適用する場合は、室内機の運転容量を基に目標回転数を算出する代わりに、発電機負荷を基に目標回転数を算出するものである。
【００２４】
そして、以上の装置構成により図３のブロック線図に示されるエンジン回転数の制御構成を構築するものであり、コントローラ４が算出したエンジンの目標回転数を目標値Ｘとして、出力値Ｙである実際の回転数をフィードバックさせて回転偏差Ｕを求め、該回転偏差Ｕの関数に制御ゲインＫｐ１を掛けた値がスロットル弁５の開度（ｄｅｇ．）の指令値Ｚとして出力され、スロットル弁駆動モータ６の動作によりスロットル弁５が開閉制御され、ガスエンジン１の回転数が制御される。また、電磁ピックアップ１２は、ガスエンジン１のクランク軸端円盤１１の回転数を検出し、エンジンの回転数を出力値Ｙとして出力し、該出力値Ｙがフィードバックされるものである。
この制御装置では、電磁ピックアップ１２を検出部、コントローラ４を調節部、スロットル弁駆動モータ６を操作部とし、スロットル弁５の開度（ｄｅｇ．）の操作量に応じて前記クランク軸端円盤１１の回転数（ガスエンジン１の回転数）の制御量が決定されるようにしている。
また、前記コントローラ４には、前記回転偏差に対するスロットル弁５の制御量を決定する制御マップ３１が記憶されている他、制御用の諸データが記憶されている。
【００２５】
以上の構成で、本発明にかかるガスエンジンの制御装置が構築されるものであり、該制御装置は、エンジンの回転数を検知する手段としての電磁ピックアップ１２（電磁ピックアップ１４）と、スロットル弁の開度を検知する手段としてのスロットル弁開度センサ２２と、動力負荷を検知する手段としての吸入圧力センサ１８・吐出圧力センサ１９と、スロットル弁の開度を変更する手段としてのスロットル弁駆動モータ６と、空燃比を検知する手段としての空燃比センサー１０と、目標エンジン回転数決定のための室内機運転容量検知手段としての稼動室内機容量検出部２１と、コントローラ４を有している。そして、該ガスエンジンの制御装置において、ガスエンジン１のエンジン回転数の調速制御を行う際に、本発明では、以下に述べる制御マップに基づいた制御を行うものである。
（１）第一の実施形態
本実施形態では、図４に示すごとく、エンジン回転数の調速制御の際に、予め記憶された制御マップ３１に基づいて、動力負荷Ｄに対応する制御ゲインＫｐ１を決定するとともに、前記制御ゲインＫｐ１を動力負荷Ｄに応じて変更させるものである。
換言すれば、ガスエンジンの制御装置であるコントローラ４には、動力負荷Ｄをパラメータとしてエンジン回転数制御の制御ゲインＫｐ１を決定する制御マップ３１が記憶され、前記制御マップ３１における制御ゲインＫｐ１は、動力負荷Ｄのパラメータ毎に異なる値とするものである。
さらに、前記制御マップ３１は、動力負荷Ｄのパラメータが大きいほど、制御ゲインＫｐ１が大きくなるマッピング（マップ）としているものである。
尚、動力負荷Ｄは、前記回転数指令部２１によって求められるものである。
【００２６】
図４に示すごとく、本実施形態の制御マップ３１は、横軸の動力負荷Ｄをパラメータとし、縦軸に各パラメータに対応する制御ゲインＫｐ１をプロットした線Ｆ１で描かれるものである。
該線Ｆ１は、動力負荷Ｄが大きいほど、より大きな値の制御ゲインＫｐ１が決定されるマップに構成されるものであり、特に、高負荷領域における制御ゲインＫｐ１を大きくして、高負荷領域における前記指令値Ｚの変化量を大きくし、これにより、スロットル弁駆動モータ６の操作量を大きくし、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われるようにしている。
一方、低負荷領域においては、スロットル弁５の大きな開度調整が必要とされないことから、負荷変動に対する制御ゲインＫｐ１を小さくするようにして、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われないようにしている。
尚、線Ｆ１については、折れ線とする他、曲線であっても良く、屈曲点（Ｄ２・Ｄ３）の数なども特に限定されるものではない。
そして、以上の制御マップ３１を用い、図３に示すブロック線図のごとく、動力負荷Ｄに応じて変更される制御ゲインＫｐ１を回転偏差Ｕの関数に掛けることで、動力負荷Ｄに個別に対応するスロットル弁駆動モータ６の指令値Ｚが出力され、スロットル弁駆動モータ６がスロットル弁５の開度を変更し、制御量であるエンジン回転数を目標値Ｘに合致させる調速制御を行うものである。
【００２７】
以上の第一の実施形態の制御によれば、高負荷領域では制御ゲインＫｐ１が大きく設定され、これにより、指令値Ｚも大きく変化して、スロットル弁５の開度はスロットル弁駆動モータ６により大きく調整されることになる。このように、高負荷領域では、スロットル弁５の開度が大きく調整されるため、高負荷領域における負荷変動に対するスロットル弁５の開度調整の追従性が改善し、高負荷領域におけるエンジン回転数のハンチングの発生を防止することができる。そして、この制御によれば、低速回転における高負荷領域での安定した運転が実現可能となり、低速側への設定回転数の拡大が図られ、特に、ガスヒートポンプにおいては、低速回転領域での無駄のない省エネルギー運転を実現することができる。一方、低負荷領域では、負荷に対する制御ゲインＫｐ１が小さいため、スロットル弁５の開度が負荷変動に過敏に変動することもなく、エンジン回転数のハンチングの発生を防止することができる。
そして、以上のように、制御マップ３１は、動力負荷Ｄのパラメータが大きいほど、制御ゲインＫｐ１が大きくなるマッピングとしているので、各負荷領域においてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインＫｐ１の設定が行われ、全負荷領域において、安定した調速制御を行うことができる。
【００２８】
（２）第二の実施形態
本実施形態では、図５に示すごとく、エンジン回転数の調速制御の際に、予め記憶された制御マップ３２に基づいて、動力負荷Ｄ及び設定回転数Ｎに対応する制御ゲインＫｐ２を決定するとともに、前記制御ゲインＫｐ２を動力負荷Ｄ及び設定回転数Ｎに応じて変更させるものである。
換言すれば、ガスエンジンの制御装置であるコントローラ４には、動力負荷Ｄ及び設定回転数Ｎをパラメータとしてエンジン回転数制御の制御ゲインＫｐ２を決定する制御マップ３２が記憶され、前記制御マップ３２における制御ゲインＫｐ２は、動力負荷Ｄ及び設定回転数Ｎのパラメータ毎に異なる値とするものである。
さらに、前記制御マップ３２は、動力負荷Ｄのパラメータが大きいほど、また、設定回転数Ｎのパラメータが小さいほど、制御ゲインＫｐ２が大きくなるマッピングとしているものである。
【００２９】
図５に示すごとく、本実施形態の制御マップ３２は、横軸を設定回転数Ｎ、縦軸を動力負荷Ｄとし、全運転領域を、低制御ゲイン領域Ｋａ１、中制御ゲイン領域Ｋａ２、高制御ゲイン領域Ｋａ３の三領域に区画してマッピングされるものであり、いずれか一の領域内に設定回転数Ｎ及び動力負荷Ｄのパラメータが存在する場合に、当該一の領域の制御ゲインを制御式に用いるものである。
この制御マップ３２における領域Ｋａ１〜Ｋａ３においては、低制御ゲイン領域Ｋａ１、中制御ゲイン領域Ｋａ２、高制御ゲイン領域Ｋａ３となるにしたがって値を大きくするものである。尚、各領域内においては、一つの値の制御ゲイン（固定値）が設定されるものでもよいし、領域Ｋａ１から領域Ｋａ３になるにしたがって段階的、もしくは、連続的に値が大きくなるように設定されるものでもよく、特に限定されるものではない。
このように、制御マップ３２は、動力負荷Ｄが大きく、かつ、設定回転数Ｎが小さいほど、より大きな値の制御ゲインＫｐ２が決定されるマップに構成されるものであり、特に、高負荷であって、かつ、低速回転における制御ゲインＫｐ２を大きくして、高負荷・低速回転領域における前記指令値Ｚの変化量を大きくし、これにより、スロットル弁駆動モータ６の操作量を大きくし、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われるようにしている。
一方、図１６の線図に示されるごとく、低負荷においては線図の傾きは小さく、また、高負荷であっても高速回転のもの（例えば、１４００ｒｐｍ）であれば線図の傾きが低速回転のもの（例えば、８００ｒｐｍ）と比較して小さい傾向があることがわかる。このため、低負荷、又は高速回転である場合には、スロットル弁５の大きな開度調整が必要とされないため、負荷に対する制御ゲインＫｐ２を小さくするようにして、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われないようにしている。
そして、以上の制御マップ３２を用い、図６に示すブロック線図のごとく、動力負荷Ｄ及び設定回転数Ｎに応じて変更される制御ゲインＫｐ２を回転偏差Ｕの関数に掛けることで、動力負荷Ｄ及び設定回転数Ｎの変動に対応するスロットル弁駆動モータ６の指令値Ｚが出力され、スロットル弁駆動モータ６がスロットル弁５の開度を変更し、制御量であるエンジン回転数を目標値Ｘに合致させる調速制御を行うものである。
【００３０】
以上の第二の実施形態の制御によれば、動力負荷Ｄが大きく、かつ、設定回転数Ｎが小さい場合では制御ゲインＫｐ２が大きく設定され、これにより、指令値Ｚも大きく変化して、スロットル弁５の開度はスロットル弁駆動モータ６により大きく調整されることになる。このように、低速回転において高負荷となる場合では、スロットル弁５の開度が大きく調整されるため、負荷変動に対するスロットル弁５の開度調整の追従性が改善し、低速回転・高負荷領域におけるエンジン回転数のハンチングの発生を防止することができる。そして、この制御によれば、低速回転における高負荷領域での安定した運転が実現可能となり、低速側への設定回転数の拡大が図られ、特に、ガスヒートポンプにおいては、低速回転領域での無駄のない省エネルギー運転を実現することができる。
一方、低負荷領域、又は、高速回転では、負荷に対する制御ゲインＫｐ２が小さいため、スロットル弁５の開度が負荷変動に過敏に変動することもなく、エンジン回転数のハンチングの発生を防止することができる。
そして、以上のように、制御マップ３２は、動力負荷Ｄのパラメータが大きいほど、また、設定回転数Ｎのパラメータが小さいほど、制御ゲインＫｐ２が大きくなるマッピングとしているので、各負荷領域、及び各設定回転数においてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインＫｐ２の設定が行われ、全負荷領域、及び全設定回転数において、安定した調速制御を行うことができる。
【００３１】
（３）第三の実施形態
本実施形態では、図７に示すごとく、エンジン回転数の調速制御の際に、予め記憶された制御マップ３３に基づいて、前記空燃比センサ１０で検出された空燃比Ｇに対応する制御ゲインＫｐ３を決定するとともに、前記制御ゲインＫｐ３を空燃比Ｇに応じて変更させるものである。
換言すれば、ガスエンジンの制御装置であるコントローラ４には、空燃比Ｇをパラメータとしてエンジン回転数制御の制御ゲインＫｐ３を決定する制御マップ３３が記憶され、前記制御マップ３３における制御ゲインＫｐ３は、空燃比Ｇのパラメータ毎に異なる値とするものである。
さらに、前記制御マップ３３は、空燃比Ｇのパラメータが大きいほど、制御ゲインＫｐ３が大きくなるマッピングとしているものである。
【００３２】
図７に示すごとく、本実施形態の制御マップ３３は、横軸の空燃比Ｇをパラメータとし、縦軸に各パラメータに対応する制御ゲインＫｐ３をプロットした線Ｆ３で描かれるものである。
該線Ｆ３は、空燃比Ｇが大きいほど、より大きな値の制御ゲインＫｐ３が決定されるマップに構成されるものであり、特に、空燃比Ｇが大きい場合における制御ゲインＫｐ３を大きくして、空燃比Ｇが大きい場合における前記指令値Ｚの変化量を大きくし、これにより、スロットル弁駆動モータ６の操作量を大きくし、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われるようにしている。
一方、空燃比Ｇが小さい場合においては、スロットル弁の開度変化に対する燃料流量の変化の割合が大きくなるため、スロットル弁５の開度調整の負荷変動に対して良好な追従性が得られるものである。このように、スロットル弁５の大きな開度調整は必要とされないことから、負荷に対する制御ゲインＫｐ３を小さくするようにして、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われないようにしている。
また、図７に示されるごとく、線Ｆ３は、エンジン回転数変化率の特性曲線ＦＥの変化の傾向を相殺するようにマッピングすることで、エンジン回転数のハンチングを防止するようにしている。尚、該線Ｆ３については、折れ線とする他、曲線であっても良く、屈曲点（Ｇ２・Ｇ３）の数なども特に限定されるものではない。
そして、以上の制御マップ３３を用い、図８に示すブロック線図のごとく、空燃比センサ１０によって検出される空燃比Ｇに応じて変更される制御ゲインＫｐ３を回転偏差Ｕの関数に掛けることで、空燃比Ｇに個別に対応するスロットル弁駆動モータ６の指令値Ｚが出力され、スロットル弁駆動モータ６がスロットル弁５の開度を変更し、制御量であるエンジン回転数を目標値Ｘに合致させる調速制御を行うものである。
【００３３】
以上の第三の実施形態の制御によれば、空燃比Ｇが大きい場合では制御ゲインＫｐ３が大きく設定され、これにより、指令値Ｚも大きく変化して、スロットル弁５の開度はスロットル弁駆動モータ６により大きく調整されることになる。このように、空燃比Ｇが大きい場合では、スロットル弁５の開度が大きく調整されるため、空燃比Ｇが大きい場合における回転偏差Ｕに対するスロットル弁５の開度調整の追従性が改善する、つまり、空燃比Ｇが大きい場合でのエンジン回転数変化率の低下により前記追従性が悪化するという悪影響をなくすことにより、空燃比Ｇが大きい場合における回転数制御の追従性の向上、即ち、エンジン回転数のハンチングの発生を防止することができる。
一方、低負荷領域では、空燃比Ｇに対する制御ゲインＫｐ３が小さいため、空燃比Ｇが小さい場合において、エンジン回転数変化率の増加によりハンチングが発生するという悪影響をなくすことにより、空燃比が小さい場合におけるハンチングの発生を防止することができる。
そして、以上のように、制御マップ３３は、空燃比Ｇのパラメータが大きいほど、制御ゲインＫｐ３が大きくなるマッピングとしており、空燃比Ｇの状況に応じてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインＫｐ３の設定が行われ、空燃比Ｇの変化の影響によらず、安定した調速制御を行うことができる。
【００３４】
（４）第四の実施形態
本実施形態では、図９に示すごとく、エンジン回転数の調速制御の際に、予め記憶された制御マップ３４に基づいて、動力負荷Ｄ、設定回転数Ｎ、及び空燃比Ｇに対応する制御ゲインＫｐ４を決定するとともに、前記制御ゲインＫｐ４を動力負荷Ｄ、設定回転数Ｎ、及び空燃比Ｇに応じて変更させるものである。
換言すれば、ガスエンジンの制御装置であるコントローラ４には、動力負荷Ｄ、設定回転数Ｎ、及び空燃比Ｇをパラメータとしてエンジン回転数制御の制御ゲインＫｐ４を決定する制御マップ３４が記憶され、前記制御マップ３４における制御ゲインＫｐ４は、動力負荷Ｄ、設定回転数Ｎ、及び空燃比Ｇのパラメータ毎に異なる値とするものである。
さらに、前記制御マップ３４は、動力負荷Ｄのパラメータが大きいほど、設定回転数Ｎのパラメータが小さいほど、また、空燃比Ｇが大きいほど、制御ゲインＫｐ４が大きくなるマッピングとしているものである。
【００３５】
図９に示すごとく、本実施形態の制御マップ３４は、横軸を設定回転数Ｎ、縦軸を動力負荷Ｄ、高さ軸を空燃比Ｇとし、全運転領域を、最低制御ゲイン領域Ｋｂ１〜最高制御ゲイン領域Ｋｂ５の５領域に区画してマッピングされるものであり、いずれか一の領域内に設定回転数Ｎ及び動力負荷Ｄのパラメータが存在する場合に、当該一の領域の制御ゲインを制御式に用いるものである。
この制御マップ３４における領域Ｋｂ１〜Ｋｂ５においては、対応レベル４４に示されるごとく、低制御ゲイン領域Ｋｂ１から最高制御ゲイン領域Ｋｂ５となるにしたがって値を大きくするものである。尚、各領域内においては、一つの値の制御ゲイン（固定値）が設定されるものでもよいし、領域Ｋｂ１からＫｂ５になるにしたがって段階的、もしくは、連続的に値が大きくなるように設定されるものでもよく、特に限定されるものではない。
このように、制御マップ３４は、動力負荷Ｄが大きく、設定回転数Ｎが小さい、さらに、空燃比Ｇが大きいほど、より大きな値の制御ゲインＫｐ４が決定されるマップに構成されるものであり、高負荷、低速回転、高空燃比における制御ゲインＫｐ４を大きくするようにしている。これにより、高負荷・低速回転領域において、高空燃比となった場合では、前記指令値Ｚの変化量を大きくし、これにより、スロットル弁駆動モータ６の操作量を大きくし、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われるようにしている。
一方、逆に、制御マップ３４は、動力負荷Ｄが小さく、設定回転数Ｎが大きく、さらに、空燃比Ｇが小さいほど、より小さな値の制御ゲインＫｐ４が決定されるマップに構成されるものであり、低負荷、高速回転、低空燃比における制御ゲインＫｐ４を小さくするようにしている。これにより、低負荷・高速回転において、低空燃比となった場合では、前記指令値Ｚの変化量を小さくし、これにより、スロットル弁駆動モータ６の操作量を小さくし、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われないようにしている。
そして、以上の制御マップ３４を用い、図１０に示すブロック線図のごとく、動力負荷Ｄ、設定回転数Ｎ及び空燃比Ｇに応じて変更される制御ゲインＫｐ４を回転偏差Ｕの関数に掛けることで、動力負荷Ｄ、設定回転数Ｎ、及び空燃比Ｇの変動に対応するスロットル弁駆動モータ６の指令値Ｚが出力され、スロットル弁駆動モータ６がスロットル弁５の開度を変更し、制御量であるエンジン回転数を目標値Ｘに合致させる調速制御を行うものである。
【００３６】
以上の第四の実施形態の制御マップ３４は、上述した第一、第二、第三の実施形態において使用される三種の制御マップ３１・３２・３３で使用されるパラメータの全てが使用されるものである。即ち、各制御マップ３１・３２・３３の単独での効果が呈されるとともに、これらを相関付けての制御を行うものである。このように、本実施形態の制御マップ３４によって、負荷、設定回転数に加え、空燃比の変化によっても発生し得るハンチングの防止が図られ、安定した調速制御が実現されるものである。
【００３７】
（５）第五の実施形態
本実施形態では、図１１に示すごとく、エンジン回転数の調速制御の際に、予め記憶された制御マップ３５に基づいて、スロットル弁開度センサ２２により検出されたスロットル弁開度Ｓに対応する制御ゲインＫｐ５を決定するとともに、前記制御ゲインＫｐ５をスロットル弁開度Ｓに応じて変更させるものである。
換言すれば、ガスエンジンの制御装置であるコントローラ４には、スロットル弁開度Ｓをパラメータとしてエンジン回転数制御の制御ゲインＫｐ５を決定する制御マップ３５が記憶され、前記制御マップ３５における制御ゲインＫｐ５は、スロットル弁開度Ｓのパラメータ毎に異なる値とするものである。
さらに、前記制御マップ３５は、スロットル弁開度Ｓのパラメータが大きいほど、制御ゲインＫｐ５が大きくなるマッピングとしているものである。
【００３８】
本実施形態の詳細の説明の前に、先ず、スロットル弁開度Ｓの変化の傾向として、図１２の（ａ）に示すごとく、同一負荷・同一回転数の設定では、スロットル弁開度Ｓは空燃比Ｇの変化に追従する傾向があり、また、図１２の（ｂ）に示すごとく、同一回転数・同一空燃比の設定では、スロットル弁開度Ｓは動力負荷Ｄの変化に追従する傾向があることが確認されている。また、スロットル弁開度Ｓは、エンジン回転数変化率の特性曲線ＦＥの変化と逆の傾向を示すことが確認されている。
そこで、本実施形態では、これらの追従性に着目し、空燃比Ｇ及び動力負荷Ｄの値によって制御ゲインを決定するところを、スロットル弁開度Ｓの値により空燃比Ｇ及び動力負荷Ｄの値を代表して制御ゲインＫｐ５を決定するようにして、調速制御の構成をシンプルにしようとするものである。
尚、このスロットル弁開度Ｓの検出は、前記スロットル弁開度センサ２２で行うものの他、スロットル弁駆動モータ６の電圧値より算出するものでもよい。或いは、コントローラ４のスロットル弁５の開度指令値を利用して、コントローラ４で判定する構成でもよい。
【００３９】
図１１に示すごとく、本実施形態の制御マップ３５は、横軸のスロットル弁開度Ｓをパラメータとし、縦軸に各パラメータに対応する制御ゲインＫｐ５をプロットした線Ｆ５で描かれるものである。
該線Ｆ５は、スロットル弁開度Ｓが大きいほど、より大きな値の制御ゲインＫｐ５が決定されるマップに構成されるものであり、特に、スロットル弁開度Ｓが大きい場合における制御ゲインＫｐ５を大きくして、スロットル弁開度Ｓが大きい場合における前記指令値Ｚの変化量を大きくし、これにより、スロットル弁駆動モータ６の操作量を大きくし、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われるようにしている。
一方、スロットル弁開度Ｓが小さい場合においては、スロットル弁の開度変化に対する燃料流量の変化の割合が大きくなるため、スロットル弁５の開度調整の負荷変動に対して良好な追従性が得られるものである。このように、スロットル弁５の大きな開度調整は必要とされないことから、負荷に対する制御ゲインＫｐ５を小さくするようにして、スロットル弁５の開度の調整が大きく行われないようにしている。
また、スロットル弁開度Ｓは、エンジン回転数変化率の特性曲線ＦＥの変化と逆の傾向を示すことから、エンジン回転数変化率の特性曲線ＦＥの変化の傾向を相殺するようにマッピングすることで、エンジン回転数のハンチングを防止するようにしている。
そして、以上の制御マップ３５を用い、図１３に示すブロック線図のごとく、スロットル弁開度センサ２２によって検出されるスロットル弁開度Ｓに応じて変更される制御ゲインＫｐ５を前記回転偏差Ｕの関数に掛けることで、スロットル弁開度Ｓに個別に対応するスロットル弁駆動モータ６の指令値Ｚが出力され、スロットル弁駆動モータ６がスロットル弁５の開度を変更し、制御量であるエンジン回転数を目標値Ｘに合致させる調速制御を行うものである。
【００４０】
以上の第五の実施形態の制御によれば、スロットル弁開度Ｓが大きい場合では制御ゲインＫｐ５が大きく設定され、これにより、指令値Ｚも大きく変化して、スロットル弁５の開度はスロットル弁駆動モータ６により大きく調整されることになる。このように、スロットル弁開度Ｓが大きい場合では、スロットル弁５の開度が大きく調整されるため、空燃比Ｇ又は動力負荷Ｄが大きい場合における回転偏差Ｕに対するスロットル弁５の開度調整の追従性が改善する、つまり、空燃比Ｇ又は動力負荷Ｄが大きい場合でのエンジン回転数変化率の低下により前記追従性が悪化するという悪影響をなくすことにより、空燃比Ｇ又は動力負荷Ｄが大きい場合における回転数制御の追従性の向上、即ち、エンジン回転数のハンチングの発生を防止することができる。
一方、低負荷領域では、スロットル弁開度Ｓの変動に対する制御ゲインＫｐ５が小さいため、空燃比Ｇ又は動力負荷Ｄが小さい場合において、エンジン回転数変化率の増加によりハンチングが発生するという悪影響をなくすことにより、空燃比Ｇ又は動力負荷Ｄが小さい場合におけるハンチングの発生を防止することができる。
そして、以上のように、制御マップ３５は、スロットル弁開度Ｓのパラメータが大きいほど、制御ゲインＫｐ５が大きくなるマッピングとしており、スロットル弁開度Ｓを元にハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインＫｐ５の設定が行われることから、安定した調速制御を行うことができる。
【００４１】
【発明の効果】
本発明は以上のごとく構成したので、次のような効果を奏するのである。
即ち、請求項１に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、動力負荷を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、動力負荷に対応するエンジン回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを動力負荷に応じて変更させるので、各負荷領域においてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインの設定が行われ、全負荷領域において、安定した調速制御を行うことができる。
【００４２】
また、請求項２に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、動力負荷を検知する手段と、エンジン回転数を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、動力負荷及びエンジン回転数に対応するエンジン回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを動力負荷及びエンジン回転数に応じて変更させるので、各負荷領域、及び各設定回転数においてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインの設定が行われ、全負荷領域、及び全設定回転数において、安定した調速制御を行うことができる。
【００４３】
また、請求項３に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、空燃比を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、空燃比に対応するエンジン出力回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを空燃比に応じて変更させるので、空燃比の状況に応じてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインの設定が行われ、空燃比の変化の影響によらず、安定した調速制御を行うことができる。
【００４４】
また、請求項４に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、動力負荷を検知する手段と、エンジン回転数を検知する手段と、空燃比を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、動力負荷、エンジン回転数及び空燃比に対応するエンジン出力回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを動力負荷、エンジン回転数及び空燃比に応じて変更させるので、動力負荷・エンジン回転数・空燃比の状況に応じてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインの設定が行われ、動力負荷・エンジン回転数・空燃比の変化の影響によらず、安定した調速制御を行うことができる。
【００４５】
また、請求項５に記載のごとく、ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、スロットル弁の開度を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、スロットル弁の開度に対応するエンジン出力回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインをスロットル弁の開度に応じて変更させるので、動力負荷・空燃比の状況に応じてハンチングの防止の観点からの最適な制御ゲインの設定が行われ、動力負荷・空燃比の変化の影響によらず、安定した調速制御を行うことができる。
また、動力負荷及び空燃比の値によって制御ゲインを決定するところを、スロットル弁開度の値により代表して制御ゲインを決定することから、制御マップが煩雑にならず、調速制御の構成を簡易化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用する装置構成の一実施例を示す図である。
【図２】同じく調速制御に関する装置のブロック図である。
【図３】第一の実施形態のブロック線図である。
【図４】第一の実施形態の制御マップである。
【図５】第二の実施形態の制御マップである。
【図６】第二の実施形態のブロック線図である。
【図７】第三の実施形態の制御マップである。
【図８】第三の実施形態のブロック線図である。
【図９】第四の実施形態の制御マップである。
【図１０】第四の実施形態のブロック線図である。
【図１１】第五の実施形態の制御マップである。
【図１２】（ａ）は、空燃比の変化に対するスロットル弁開度の変化の傾向を示す図である。（ｂ）は、動力負荷の変化に対するスロットル弁開度の変化の傾向を示す図である。
【図１３】第五の実施形態のブロック線図である。
【図１４】ガスエンジンにおける運転領域の概念を示す図である。
【図１５】ガスエンジンの従来の調速制御の構成を示すブロック線図である。
【図１６】動力負荷の変化に対するスロットル弁開度の変化の挙動を示す図である。
【図１７】動力負荷の変化に対するエンジン回転数変化率の変化の挙動を示す図である。
【図１８】空燃比の変化に対するエンジン回転数変化率の変化の挙動を示す図である。
【図１９】空燃比の変化によりエンジン回転数のハンチングが発生することを示すグラフである。
【符号の説明】
Ｄ 動力負荷
Ｎ 設定回転数
Ｇ 空燃比
Ｋｐ４ 制御ゲイン
３４ 制御マップ
Claims (5)
- ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、動力負荷を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、動力負荷に対応するエンジン回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを動力負荷に応じて変更させる、ことを特徴とするガスエンジンの制御装置。 - ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、動力負荷を検知する手段と、エンジン回転数を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、動力負荷及びエンジン回転数に対応するエンジン回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを動力負荷及びエンジン回転数に応じて変更させる、ことを特徴とするガスエンジンの制御装置。 - ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、空燃比を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、空燃比に対応するエンジン出力回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを空燃比に応じて変更させる、ことを特徴とするガスエンジンの制御装置。 - ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、動力負荷を検知する手段と、エンジン回転数を検知する手段と、空燃比を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、動力負荷、エンジン回転数及び空燃比に対応するエンジン出力回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインを動力負荷、エンジン回転数及び空燃比に応じて変更させる、ことを特徴とするガスエンジンの制御装置。 - ガスエンジンの制御装置であって、
前記制御装置は、スロットル弁の開度を検知する手段と、コントローラを有し、
前記コントローラには、スロットル弁の開度に対応するエンジン出力回転数制御の制御ゲインを決定する制御マップが記憶され、
前記コントローラは、エンジン出力回転数の調速制御を行う際に、前記制御マップに基づき、前記制御ゲインをスロットル弁の開度に応じて変更させる、ことを特徴とするガスエンジンの制御装置。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2003069642A JP2004278383A (ja) | 2003-03-14 | 2003-03-14 | ガスエンジンの制御装置 |
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| JP2003069642A JP2004278383A (ja) | 2003-03-14 | 2003-03-14 | ガスエンジンの制御装置 |
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|---|---|
| JP2004278383A true JP2004278383A (ja) | 2004-10-07 |
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ID=33286614
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2003069642A Pending JP2004278383A (ja) | 2003-03-14 | 2003-03-14 | ガスエンジンの制御装置 |
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| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2004278383A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN101302970B (zh) * | 2007-05-11 | 2011-07-20 | 中国第一汽车集团公司 | 天然气发动机排放控制方法 |
| CN103670756A (zh) * | 2013-12-31 | 2014-03-26 | 中国汽车工程研究院股份有限公司 | 一种基于cpld的燃气电控发动机喷嘴控制器 |
| JP2014152752A (ja) * | 2013-02-13 | 2014-08-25 | Kokusan Denki Co Ltd | エンジン用電子ガバナー |
| CN107407216A (zh) * | 2014-11-06 | 2017-11-28 | 沃尔布罗有限责任公司 | 发动机控制策略 |
-
2003
- 2003-03-14 JP JP2003069642A patent/JP2004278383A/ja active Pending
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