JP2006070874A - ガスエンジンにおける空燃比制御方法及び制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】燃料ガス組成の変化や装置の各部品に経時変化が生じた場合でも、希薄燃焼において空燃比センサを用いなくても目的の空燃比に精度良く制御することができるガスエンジンにおける空燃比制御方法を提供する。
【解決手段】基準の燃料ガスを使用した基準状態でのストイキ燃焼（理論空燃での燃焼）となる燃料ガス供給量である基準流量からの実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量のずれ量を学習する。前記ずれ量を前記基準流量に加えた値をガスエンジン運転時の燃料ガス供給量の基本流量に設定する。前記基本流量に基づいて、ガスエンジンの目標運転状態に対応する目標空燃比とするための希薄基本流量を演算し、その希薄基本流量となるように燃料ガス供給量を制御する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ガスエンジンにおける空燃比制御方法及び制御装置に係り、詳しくはガスヒートポンプの駆動源として使用されるガスエンジンのように、燃料ガスの燃焼をストイキ状態ではなく、希薄状態で行うガスエンジンにおける空燃比制御方法及び制御装置に関する。

ガスヒートポンプ等に使用される固定型のガスエンジンでは、例えば国内では、常にほぼ一定の組成になるように調整された都市ガスが、燃料ガスとして使用されている。その際、エンジンの各種制御パラメータ（例えば、ノッキングを回避するための点火時期）や窒素酸化物の排出濃度を抑制するために用いられる空燃比は、ほぼ一定組成の燃料ガスに対応するように設定されている。

しかし、国によっては、都市ガスの成分を調整せず天然ガスをそのまま流す国もあり、また、近年、国内でも燃料多様化の試みがなされ、これに伴い、ガスエンジンに供給される燃料ガスの組成の調整を取止める動きもあり、この場合組成が変化する場合がありえる。このように燃料ガス組成が変化する場合は、適切な制御パラメータ（例えば、点火時期）や空燃比も変化することになる。従って、従来のように、一定組成の燃料ガスに対応すべく、制御パラメータや空燃比が設定されてガスエンジンの運転が行われると、ガスの組成が変化した際にノッキングが発生したり、窒素酸化物の排出濃度が急増したりする。

この問題を解消するガスエンジンの制御装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１の制御装置は、吸気系統に介装された燃料組成計測手段と、ガスエンジンの負荷を計測する負荷計測手段と、エンジン回転数を計測する回転数計測手段と、前記燃料組成計測手段、負荷計測手段、回転数計測手段の出力に応答してガスエンジンの点火時期及び空燃比を制御する制御手段とを有している。

また、希薄燃焼ガスエンジンの空燃比制御として、予め空燃比を所定値にセットしておくオープン制御では、量産されたエンジン個々のばらつきや環境条件等の差異に対応できるようにするため、空燃比を運転限界よりも相当リッチ側にセットせざるを得ないため窒素酸化物濃度の低減が難しいという問題がある。この問題を解消するための空燃比制御方法が提案されている（特許文献２参照。）。この空燃比制御方法は、希薄燃焼ガスエンジンの回転数を検出する工程と、検出された回転数から回転変動値を演算して該回転変動値が許容範囲内にあるか否かを判定する工程と、回転変動値が許容範囲内にある場合には空燃比をリーン側に制御し許容範囲外であればリッチ側に制御する工程とを含む。
特開２００３−１４８１８７号公報（明細書の段落［０００５］〜［０００８］、図２，３） 特開平６−３１７１９９号公報（明細書の段落［０００９］〜［００１１］、図３，４）

ところが、特許文献１に記載の制御装置では、適正な空燃比を演算するのに燃料組成計測手段を必要とし、燃料組成計測手段が高価で複雑な構成となる。また、特許文献１では装置全体の経時変化に対する配慮がなされていない。従って、燃料組成計測手段により正しい燃料組成が計測されても、エンジンの燃料供給系や吸気系の燃料供給量や吸気量が現状を正確に反映していなければ、演算された空燃比となるように制御が正確に行われない。

また、特許文献２に記載の空燃比制御方法では、使用燃料の組成は一定であることを前提としており、使用燃料が変更された場合に関しては配慮されていない。
本発明は、前記従来の問題に鑑みてなされたものであって、その目的は燃料ガス組成の変化や装置の各部品に経時変化が生じた場合でも、希薄燃焼において空燃比センサを用いなくても目的の空燃比に精度良く制御することができるガスエンジンにおける空燃比制御方法及び制御装置を提供することにある。

前記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、ストイキ状態より希薄な状態での燃焼が常態のガスエンジンにおける空燃比制御方法である。そして、基準の燃料ガスを使用した基準状態でのストイキ燃焼（理論空燃比での燃焼）となる燃料ガス供給量である基準流量からの実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量のずれ量を学習し、そのずれ量に基づいて、ガスエンジンの目標運転状態に対応する目標空燃比とするための希薄基本流量を演算する。次に、その希薄基本流量となるように燃料ガス供給量を制御する。

この発明では、基準の燃料ガスを使用した基準状態でのストイキ燃焼となる燃料ガス供給量である基準流量からの実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量のずれ量を学習する。この学習には例えば排気側に設けられた簡単な構成の酸素センサを使用して行うことができる。学習されたずれ量に基づいて、ガスエンジンの目標運転状態に対応する目標空燃比とするための希薄基本流量が演算される。そして、その希薄基本流量となるように燃料ガス供給量が制御される。従って、燃料ガス組成の変化や装置の各部品に経時変化が生じた場合でも、ストイキ燃焼に対応する正しい燃料ガス供給量に基づいて目標空燃比にするための適正な燃料ガス供給量となるように制御される。

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、前記希薄基本流量の演算は、前記ずれ量を前記基準流量に加えた値をガスエンジン運転時の燃料ガス供給量の基本流量に設定し、その基本流量に基づいて行われる。この発明では、学習されたずれ量を基準流量に加えた値がガスエンジン運転時の燃料ガス供給量の基本流量に設定される。そして、その基本流量に基づいて希薄基本流量の演算が行われる。

請求項３に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記学習は、ガスエンジンの暖機完了後、通常運転前に行われる。暖機完了前の状態で前記学習が行われると、燃焼が不安定だったり酸素センサの検出精度が悪く、正しいずれ量を学習することができない。しかし、この発明では、前記学習は、ガスエンジンの暖機完了後に行われるため、正しいずれ量を学習することができる。また、前回の運転終了後、今回の運転開始までの間に燃料ガスの組成が変更された場合でも、暖機後に行われるガスエンジンの通常運転時に、適正な空燃比制御を行うことができる。

請求項４に記載の発明は、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の発明において、前記学習は、ガスエンジンの排気系に設けられた酸素センサの活性後に行われる。従って、この発明では、酸素センサが確実に正しく作動する状態で学習が行われるため、正しいずれ量を学習することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記学習は、ガスエンジンの運転終了時に行われる。この発明では、暖機も確実に完了し、ガスエンジンも安定して運転が継続された後に前記学習が行われるので、正しいずれ量を学習することができる。また、酸素センサを使用する場合でも、酸素センサが確実に活性化された状態で学習が行われる。

請求項６に記載の発明は、ストイキ状態より希薄な状態での燃焼が常態のガスエンジンにおける空燃比制御装置である。ガスエンジンの排気系に設けられた酸素センサと、基準の燃料ガスを使用した状態でのストイキ燃焼となる燃料ガス供給量である基準流量からの実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量のずれ量を前記酸素センサの出力信号に基づいて求めて更新する学習手段とを備えている。また、前記学習手段で求められたずれ量と、前記基準流量とからガスエンジン運転時の燃料ガス供給量の基本流量を設定する基本流量設定手段と、前記基本流量設定手段で設定された基本流量に基づいて、ガスエンジンの目標運転状態に対応する目標空燃比とするための希薄基本流量を演算する希薄基本流量演算手段とを備えている。さらに、前記希薄基本流量となるように燃料ガス供給量を制御する制御手段を備えている。

この発明では、排気系に設けられた酸素センサを使用して、基準の燃料ガスを使用した状態でのストイキ燃焼となる燃料ガス供給量である基準流量からの実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量のずれ量が学習される。酸素センサとしては、理論空燃比を境にしてリッチ状態にあるかリーン状態にあるかを判別してスイッチング出力を行う、構造が簡単なものを使用できる。そして、基本流量設定手段により前記基準流量と、学習手段で求められたずれ量とからガスエンジン運転時の燃料ガス供給量の基本流量が設定され、設定された基本流量に基づいて、ガスエンジンの目標運転状態に対応する目標空燃比とするための希薄基本流量が、希薄基本流量演算手段によって演算される。そして、燃料ガス流量が希薄基本流量となるように制御手段によって制御される。従って、燃料ガス組成の変化や装置の各部品に経時変化が生じた場合でも、ストイキ燃焼に対応する正しい燃料ガス供給量に基づいて目標空燃比にするための適正な燃料ガス供給量となるように制御される。

本発明によれば、燃料ガス組成の変化や装置の各部品に経時変化が生じた場合でも、希薄燃焼において空燃比センサを用いなくても目的の空燃比に精度良く制御することができる。

以下、本発明をガスヒートポンプ式空気調和機の駆動源としてのガスエンジンに適用した一実施形態を図１及び図２に従って説明する。図１はガスヒートポンプを構成するガスエンジンとヒートポンプとを示す模式図である。

図１に示すように、ガスエンジン１０は、ヒートポンプ１１の圧縮機１２の駆動軸に接続されている。ガスエンジン１０の吸気ポートに繋がる吸気通路１３の途中にはミキサー１４が設けられ、ミキサー１４は管路１５を介して図示しない都市ガス配管に接続されている。燃料ガスとしては本実施形態では、都市ガスが使用される。ミキサー１４の下流にはモータ１６によって作動されるスロットルバルブ１７が設けられている。管路１５の途中には燃料供給量を制御する制御弁１８が設けられている。吸気通路１３のミキサー１４より上流にはエアクリーナ１９が設けられている。吸気通路１３にはミキサー１４より上流側でエアクリーナ１９より下流に、吸気通路１３内の温度を検出する温度センサ２０と、吸気量を検出するための負圧センサ２１とが設けられている。

ガスエンジン１０の排気ポートに繋がる排気通路２２には酸素センサ２３が設けられている。即ち、酸素センサ２３はガスエンジン１０の排気系に設けられている。酸素センサ２３としては、センシングの素子としてジルコニアやチタニアを使用し、理論空燃比を境にしてリッチ状態にあるかリーン状態にあるかを判別してスイッチング出力を行う、いわゆるＺ特性を有する、一般的な酸素センサ２３が使用される。

ガスエンジン１０の運転を制御する制御装置２４は、マイクロコンピュータ２５を内蔵する。マイクロコンピュータ２５は記憶装置としてのメモリ（ＲＯＭおよびＲＡＭ）２６を備える。温度センサ２０、負圧センサ２１、酸素センサ２３、ガスエンジン１０における水温を検出する水温センサ２７、ガスエンジン１０の回転速度を検出する回転速度センサ２８は、制御装置２４の入力側（入力インタフェイス）にそれぞれ電気的に接続されている。モータ１６、制御弁１８は、制御装置２４の出力側（出力インタフェイス）にそれぞれ電気的に接続されている。

制御装置２４は、各センサ類から出力される検出信号に基づいてガスエンジン１０の運転状態を判断し、目標運転状態に対応する目標空燃比となるように、制御弁１８及びモータ１６を制御して燃料ガス供給量及び吸気量を制御する。制御装置２４は、ガスエンジン１０がストイキ状態より希薄な状態で燃焼を行うように空燃比を制御する。

制御装置２４は、基準の燃料ガスを使用した基準状態でのストイキ燃焼（理論空燃比での燃焼）となる燃料ガス供給量である基準流量からの実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量のずれ量を学習する。そして、そのずれ量に基づいて、ガスエンジン１０の目標運転状態に対応する目標空燃比とするための希薄基本流量を演算し、その希薄基本流量となるように燃料ガス供給量を制御する。

制御装置２４は、ストイキ燃焼における燃料ガス供給量を基本流量に設定し、基本流量に基づいてガスエンジンの目標運転状態に対応する目標空燃比とするための希薄基本流量を演算し、その希薄基本流量となるように燃料ガス供給量を制御する。即ち、制御装置２４は、空燃比センサを使用して空燃比をフィードバック制御するのではなく、オープン制御に近い制御を行う。

詳述すると、制御装置２４は、基準の燃料ガスを使用した基準状態でのストイキ燃焼となる燃料ガス供給量である基準流量Ｖｓからの実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量のずれ量ΔＶを学習し、そのずれ量ΔＶを基準流量Ｖｓに加えた値をガスエンジン運転時の燃料ガス供給量の基本流量Ｖｏに設定する。そして、基本流量Ｖｏにガスエンジン１０の目標運転状態に対応する希薄係数Ｃｄを掛けて希薄基本流量ｄＶｏを演算し、その希薄基本流量ｄＶｏとなるように燃料ガス供給量を制御する。即ち、次式が成り立つ。

基本流量Ｖｏ＝基準流量Ｖｓ＋ΔＶ…（１）
希薄基本流量ｄＶｏ＝基本流量Ｖｏ×希薄係数Ｃｄ…（２）
基準流量Ｖｓ及び希薄係数Ｃｄはメモリ２６に記憶されている。この実施形態では希薄係数は、ガスエンジン１０の回転数及び負荷に応じて予め試験で求められた値が二次元マップとして記憶されている。

マイクロコンピュータ２５は、基準流量Ｖｓからの実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量のずれ量ΔＶを酸素センサ２３の出力信号に基づいて求めて更新する学習手段と、学習手段で求められたずれ量ΔＶと、基準流量Ｖｓとからガスエンジン運転時の燃料ガス供給量の基本流量Ｖｏを設定する基本流量設定手段とを構成する。また、マイクロコンピュータ２５は、前記基本流量設定手段で設定された基本流量Ｖｏに基づいて、ガスエンジンの目標運転状態に対応する目標空燃比とするための希薄基本流量ｄＶｏを演算する希薄基本流量演算手段と、希薄基本流量ｄＶｏとなるように燃料ガス供給量を制御する制御手段とを構成する。

供給される燃料ガス（都市ガス）の組成が頻繁に変更されることはない。また、燃料ガス供給及び吸気系に関する装置の各部品に生じる経時変化も短期間で生じるものではないため、基本流量Ｖｏを頻繁に求める必要はない。この実施形態では、制御装置２４は、ガスエンジン１０の暖機完了後、通常運転前に学習を行う。暖機が完了したとの判断は、水温センサ２７の温度で行う。暖機完了の温度は、予め試験により求められてメモリ２６に記憶されている。また、学習は、酸素センサ２３の活性後に行われる。この実施形態では、暖機開始から所定時間経過後を、酸素センサ２３の活性化後としている。所定時間は予め試験運転で求められてメモリ２６に記憶されている。

次に前記のように構成された装置の作用を説明する。
制御装置２４は、水温センサ２７及び回転速度センサ２８等の検出信号からガスエンジン１０の運転状態を把握する。制御装置２４は、通常運転時には、ヒートポンプ１１側の要求回転速度及び負荷を満たす状態で、ガスエンジン１０がストイキ状態より希薄な状態での燃焼運転を行うように空燃比を制御する。ヒートポンプ１１側の要求回転速度及び負荷に関する情報は、ガスヒートポンプ式空気調和機の制御全般を司る空調制御装置（図示せず）から制御装置２４に入力される。

ガスエンジン１０の運転は図２のフローチャートに従って行われる。先ずステップＳ１で、暖機運転が行われる。制御装置２４はメモリ２６に記憶されているマップにより、暖機運転の条件を満たす空燃比になるように、制御弁１８及びモータ１６に指令信号を出力する。また、制御装置２４は、暖機運転の条件を満たす点火時期となるように、点火プラグに指令信号を出力する。

次に制御装置２４はステップＳ２で、水温センサ２７の検出信号に基づき、暖機が完了したか否かを判断する。即ち、水温センサ２７の検出温度が暖機が完了した状態の温度以上か否かを判断し、暖機が完了していればステップＳ３に進み、暖機が完了していなければステップＳ１に戻る。

制御装置２４はステップＳ３で、酸素センサ２３が活性状態か否かを判断する。活性状態か否かの判断は、暖機開始から所定時間経過したか否かで行う。そして、酸素センサ２３が活性状態（所定時間経過後）であればステップＳ４に進む。

制御装置２４はステップＳ４で、基準の燃料ガスを使用した基準状態でのストイキ燃焼となる燃料ガス供給量である基準流量Ｖｓからの実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量のずれ量ΔＶ（補正量）を学習する。ずれ量ΔＶの学習は、燃料ガス供給量を基準流量Ｖｓの近くで変化させ、酸素センサ２３の出力信号により空熱比が理論空燃比となるときの燃料ガス供給量と基準流量Ｖｓとの差をずれ量ΔＶとして求め、そのずれ量ΔＶをメモリ２６に設けられた学習値の記憶領域に記憶させる（更新する）ことにより行われる。ステップＳ４において、マイクロコンピュータ２５は学習手段として機能する。

ずれ量ΔＶの学習終了後、制御装置２４はステップＳ５に進み、ガスエンジン運転時の燃料ガス供給量の基本流量Ｖｏを設定する。基本流量Ｖｏの設定（算出）は、学習されたずれ量ΔＶと、基準流量Ｖｓとから（１）式により算出される。即ち、基準流量Ｖｓとずれ量ΔＶとの和が基本流量Ｖｏとなり、ずれ量ΔＶは、基準流量Ｖｓから基本流量Ｖｏを設定する際の補正量となる。ステップＳ５において、マイクロコンピュータ２５は基本流量設定手段として機能する。

次に制御装置２４はステップＳ６に進み、ガスエンジン１０の目標運転状態に対応する目標空燃比とするための希薄基本流量ｄＶｏを演算（算出）する。希薄基本流量ｄＶｏは、基本流量Ｖｏに希薄係数Ｃｄを掛けることにより算出される。この際、制御装置２４は、空調制御装置から得たヒートポンプ１１側の要求回転速度及び負荷情報から、それに対応するエンジン回転速度と負荷に対応した希薄係数Ｃｄをマップから求める。ステップＳ６において、マイクロコンピュータ２５は希薄基本流量演算手段として機能する。

そして、制御装置２４はステップＳ７で、希薄基本流量ｄＶｏに対応する燃料ガス供給量となるように制御弁１８に指令信号を出力する。ステップＳ７において、マイクロコンピュータ２５は制御手段として機能する。また、制御装置２４は、ヒートポンプ１１側の要求回転速度及び負荷に対応するガスエンジン１０の運転状態となる吸気量となるように、スロットルバルブ１７の開度を調整するための指令信号をモータ１６に出力する。なお、吸気量は負圧センサ２１からの検出信号に基づいて確認される。

以下、ステップＳ６、ステップＳ７が繰り返され、目標運転状態が変化すると、希薄基本流量ｄＶｏが変更されて、適正な希薄燃焼が行われる。
ガスヒートポンプでは、ストイキ状態より希薄な状態での燃焼が常態であり、ヒートポンプの駆動に要求される負荷に対応してガスエンジンを適正な空燃比で運転する必要がある。空燃比センサを使用せずに空燃比制御を行うには、ストイキ状態（理論空燃比）の燃料ガス供給量を基準流量として、目標運転状態に対応する燃料ガス供給量を予め設定されたマップや計算式を使用して求め、その燃料ガス供給量及びそれに対応する吸気量となるように制御するオープン制御が利用される。

オープン制御で精度良く空燃比制御を行うためには、前記基準流量が変動しないことが前提となる。しかし、燃料ガスの組成が変わったり、装置の各部品にばらつきがあったり、経時変化が生じたりした場合には基準流量が変化し、精度の高い空燃比制御ができなくなる。

空燃比センサより簡単な構成で安価な酸素センサ２３を用いた場合は、理論空燃比の状態であるか否かは精度良く検出できるが、それからずれた状態の空燃比は検出できない。この実施形態では、通常運転を行う前に、酸素センサ２３を使用して、基準の燃料ガスを使用した基準状態でのストイキ燃焼となる燃料ガス供給量である基準流量Ｖｓからの実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量のずれ量ΔＶを学習する。そして、そのずれ量ΔＶを基準流量Ｖｓに加えた値をガスエンジン運転時の燃料ガス供給量の基本流量Ｖｏに設定し、基本流量Ｖｏに基づいて、ガスエンジン１０の目標運転状態に対応する燃料ガス供給量となるように制御する。従って、オープン制御でも精度の高い空燃比制御が可能となる。

この実施形態では以下の効果を有する。
（１）制御装置２４は、基準の燃料ガスを使用した基準状態でのストイキ燃焼となる燃料ガス供給量である基準流量Ｖｓからの実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量のずれ量ΔＶを学習する。そして、そのずれ量ΔＶに基づいて、ガスエンジン１０の目標運転状態に対応する目標空燃比とするための希薄基本流量ｄＶｏを演算し、その希薄基本流量ｄＶｏとなるように燃料ガス供給量を制御する。従って、燃料ガス組成の変化や装置の各部品に経時変化が生じた場合でも、ストイキ燃焼に対応する正しい燃料ガス供給量に基づいて目標空燃比にするための適正な燃料ガス供給量となるように制御することができる。

（２）学習されたずれ量ΔＶと、基準流量Ｖｓとからガスエンジン運転時の燃料ガス供給量の基本流量Ｖｏが設定される。そして、その基本流量Ｖｏに基づいて、ガスエンジン１０の目標運転状態に対応する目標空燃比とするための希薄基本流量ｄＶｏが演算され、その希薄基本流量ｄＶｏとなるように燃料ガス供給量が制御される。従って、希薄基本流量ｄＶｏの演算が簡単になる。

（３）前記ずれ量ΔＶの学習は、酸素センサ２３を使用して、燃料ガス供給量を基準流量Ｖｓの近くで変化させ、酸素センサ２３の出力信号により空燃比が理論空燃比となるときの燃料ガス供給量と基準流量Ｖｓとの差をずれ量ΔＶとして求める。従って、ずれ量ΔＶは、燃料ガスの組成が基準の燃料ガスから変化した影響だけでなく、装置の部品、例えばガスエンジン１０の燃料系や吸気系の部品の経時変化や部品の製造誤差のばらつきの影響も含んだ値として求められるため、基本流量Ｖｏを精度良く設定することができる。

（４）暖機完了前の状態で前記学習が行われると、燃焼が不安定だったり酸素センサ２３の検出精度が悪く、正しいずれ量を学習することが難しい。しかし、前記学習は、ガスエンジン１０の暖機完了後に行われるため、正しいずれ量を学習することができる。

（５）前記学習は、ガスエンジン１０の暖機完了後で、通常運転前に行われる。従って、暖機後に学習した結果が通常運転時に有効に利用される。また、前回の運転終了後、今回の運転開始までの間に燃料ガスの組成が変更された場合でも、暖機後に行われるガスエンジン１０の通常運転時に、適正な空燃比制御を行うことができる。

（６）前記学習は、ガスエンジン１０の排気系に設けられた酸素センサ２３の活性後に行われる。従って、酸素センサ２３が確実に正しく作動する状態で学習が行われるため、正しいずれ量を学習することができる。

（７）希薄係数Ｃｄはガスエンジン１０の回転数及び負荷に対応した値として設定されているため、回転数のみと対応して設定された場合に比較して、より適正な空燃比でガスエンジン１０の運転を行うことができる。

（８）酸素センサ２３として、理論空燃比を境にしてリッチ状態にあるかリーン状態にあるかを判別してスイッチング出力を行う、一般的な酸素センサ２３が使用されている。従って、酸素濃度の値を検出可能な酸素センサを使用する場合に比較して低コストで発明を実施できる。

実施形態は前記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
○ 暖機が完了したか否かの判断は、水温センサ２７の検出温度に基づいて行う構成に限らない。例えば、エンジンオイルの温度を検出する油温センサの検出温度に基づいて行ったり、暖機開始からの経過時間に基づいて行ってもよい。これらの場合も、適切な油温及び経過時間を予め試験で求めて、メモリ２６に記憶させておく。

○ 酸素センサ２３が活性状態か否かの判断は、暖機開始から所定時間経過したか否かで行う構成に限らない。例えば、水温センサ２７により検出された温度が設定温度以上か否かで判断したり、エンジンオイルの温度を検出する油温センサの検出温度が設定温度以上か否かで判断してもよい。前記設定温度は、それぞれ予め試験により求めてメモリ２６に記憶しておく。

○ 酸素センサ２３としてヒータ付きのものを備えたガスエンジン１０の場合、酸素センサ２３は暖機完了前に確実に活性状態となるため、前記学習をガスエンジン１０の暖機完了後に行えば、酸素センサ２３が活性状態か否かを判断するステップＳ３は不要となる。

○ ずれ量ΔＶの学習の際、酸素センサ２３を使用して理論空燃比となるときのずれ量ΔＶを求める代わりに、空燃比センサを使用して理論空燃比となるときのずれ量ΔＶを求めてもよい。また、空燃比センサと酸素センサ２３の両者を備え、空燃比センサが正常のときは空燃比センサを使用して空燃比制御を行い、空燃比センサが故障のときに、酸素センサ２３を使用して学習したずれ量ΔＶを使用する前記制御を行うようにしてもよい。

○ ずれ量ΔＶの学習を実施する時期は、ガスエンジン１０の暖機完了後、通常運転前に限らない。例えば、運転終了時に実施してもよい。運転終了時に学習が行われる構成では、暖機も確実に完了し、ガスエンジン１０も安定して運転が継続された後に前記学習が行われるので、確実に正しいずれ量を学習することができる。また、ヒータ付きでない酸素センサ２３を使用する場合でも、酸素センサ２３が確実に活性化された状態で学習が行われる。運転終了時に学習を行う構成では、その回のガスエンジン１０の運転時は、前回の運転時に学習された学習値に基づいて基本流量Ｖｏが設定される。しかし、燃料ガスの組成は頻繁に変更されるものではなく、また、装置の部品の経時変化も短時間で生じるものではないため、前回の運転時に学習された学習値に基づいて設定された基本流量Ｖｏに基づいて希薄基本流量ｄＶｏを演算しても、殆どの場合支障はない。例えば、ガスエンジン１０が毎日始動（再起動）される場合は、支障はない。

○ ずれ量ΔＶの学習を実施する時期を暖機完了後の通常運転時としてもよい。この場合、その回のガスエンジン１０の運転時の一部の期間は、前回の運転時に学習された学習値に基づいて基本流量Ｖｏが設定される。しかし、前記のように殆ど支障がない。

○ ガスヒートポンプは、使用環境によっては、休日以外は継続が運転されたり、１ヶ月以上運転が継続される場合もある。このような場合に、前記のように各運転時に１回学習を行ったのでは、燃料ガスの組成が変化した場合に対する対応が大きく遅れる事態となる虞がある。このような虞を回避するため、暖機完了後、通常運転前と、暖機完了後所定時間毎に学習を行うようにしてもよい。ここでの所定時間は、例えば、１日１回学習が行われる時間となる２０時間程度でよい。この構成では、運転が前記所定時間未満であれば、学習は１回のみ行われるが、運転が前記所定時間以上継続される場合、所定時間毎に学習が行われる。なお、前記所定時間を入力手段で設定可能に構成してもよい。

○ ずれ量ΔＶの学習は、予め設定されたガスエンジン１０の一つの回転速度において行う構成に限らず、回転速度を複数の領域に分け、各領域毎にずれ量ΔＶを学習するようにしてもよい。この場合、複数の領域毎に異なる基本流量Ｖｏが設定され、より精度の高い空燃比制御を行うことが可能になる。

○ 希薄係数Ｃｄは、ガスエンジン１０の回転数及び負荷に対応した値として設定されるものに限らず、ガスエンジン１０の回転数のみに対応した値として設定してもよい。
○ 希薄係数Ｃｄは、マップに限らず、計算式で算出するようにしてもよい。

○ ガスエンジン１０への燃料ガス供給量を制御（調整）する構成は、一端がミキサー１４に接続され、他端が燃料タンクに接続された管路１５と、管路１５の途中に設けられた制御弁１８とを設けて、制御弁１８の開度を調整する構成に限らない。例えば、一端がミキサー１４に接続され、他端が燃料タンクに接続された管路１５と、管路１５の途中で分岐されるとともにミキサー１４の配置位置より下流側において吸気通路１３に接続されるバイパス管路を設ける。そして、バイパス管路にのみ制御弁を設けたり、管路１５及びバイパス管路の両方に制御弁を設けたりしてもよい。

○ 吸気量の検出は負圧センサの検出圧力に基づく構成に限らない。例えば、負圧センサに代えてエアフローメータを設けたり、スロットルバルブ１７の開度から吸気量を演算したりする構成としてもよい。

○ ミキサー１４としてスロットルバルブを備えたものを使用し、ミキサー１４と独立したスロットルバルブ１７を省略してもよい。
○ ヒートポンプ１１の圧縮機１２を駆動するガスエンジン１０に限らず、ストイキ状態より希薄な状態での燃焼が常態のガスエンジンであれば適用でき、例えば発電機の駆動源としてのガスエンジンに適用してもよい。

○ ガスエンジン１０の燃料ガスは、都市ガスに限定されず、例えばＬＰガスでも良い。この場合、管路１５の先には燃料タンクが接続される。なお、燃料ガスに天然ガスを使用する場合でも、ＬＮＧ（液化天然ガス）またはＣＮＧ（圧縮天然ガス）の燃料タンクより管路１５を介し、燃料を供給しても良い。

○ ガスエンジン運転時の燃料ガス供給量の基本流量Ｖｏを設定するのに、基準の燃料ガスを使用した基準状態でのストイキ燃焼となる燃料ガス供給量である基準流量Ｖｓからの実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量のずれ量ΔＶを学習し、ずれ量ΔＶをメモリ２６に設けられた学習値の記憶領域に記憶させていた（更新していた）。その代わりに、実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量の値を直接、基本流量Ｖｏとして、その基本流量Ｖｏの値を学習値としてメモリ２６に記憶させるようにしてもよい。

○希薄基本流量ｄＶｏを算出するステップは、前記実施形態に限定されない。例えば、ずれ量ΔＶと希薄係数Ｃｄに基づく新たな補正係数を算出し、これを、基準流量Ｖｓにかけることで、希薄基本流量ｄＶｏを求めても良い。

例 希薄基本流量ｄＶｏ＝基準流量Ｖｓ×補正係数ｆ（Ｃｄ，ΔＶ）
以下の技術的思想（発明）は前記実施形態から把握できる。
（１）酸素センサを使用して理論空燃比での燃焼における燃料ガス供給量を学習し、その学習した値をガスエンジン運転時の燃料ガス供給量の基本流量に設定し、前記基本流量に基づいて、ガスエンジンの目標運転状態に対応する目標空燃比とするための希薄基本流量を演算し、その希薄基本流量となるように燃料ガス供給量を制御するガスエンジンにおける空燃比制御方法。

（２）請求項４及び請求項６に記載の発明において、前記酸素センサは、理論空燃比を境にしてリッチ状態にあるかリーン状態にあるかを判別してスイッチング出力を行う酸素センサである。

（３）請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記学習は、暖機完了後、通常運転前と、暖機完了後所定時間毎に行う。

ガスヒートポンプを構成するガスエンジンとヒートポンプとを示す模式図。 ガスエンジンの運転手順を示すフローチャート。

符号の説明

１０…ガスエンジン、２３…酸素センサ、２５…学習手段、基本流量設定手段、希薄基本流量演算手段及び制御手段を構成するマイクロコンピュータ。

Claims (6)

1. ストイキ状態より希薄な状態での燃焼が常態のガスエンジンにおける空燃比制御方法であって、
   基準の燃料ガスを使用した基準状態でのストイキ燃焼となる燃料ガス供給量である基準流量からの実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量のずれ量を学習し、そのずれ量に基づいて、ガスエンジンの目標運転状態に対応する目標空燃比とするための希薄基本流量を演算し、その希薄基本流量となるように燃料ガス供給量を制御するガスエンジンにおける空燃比制御方法。
2. 前記希薄基本流量の演算は、前記ずれ量を前記基準流量に加えた値をガスエンジン運転時の燃料ガス供給量の基本流量に設定し、その基本流量に基づいて行われる請求項１に記載のガスエンジンにおける空燃比制御方法。
3. 前記学習は、ガスエンジンの暖機完了後、通常運転前に行われる請求項１又は請求項２に記載のガスエンジンにおける空燃比制御方法。
4. 前記学習は、ガスエンジンの排気系に設けられた酸素センサの活性後に行われる請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のガスエンジンにおける空燃比制御方法。
5. 前記学習は、ガスエンジンの運転終了時に行われる請求項１又は請求項２に記載のガスエンジンにおける空燃比制御方法。
6. ストイキ状態より希薄な状態での燃焼が常態のガスエンジンにおける空燃比制御装置であって、
   ガスエンジンの排気系に設けられた酸素センサと、
   基準の燃料ガスを使用した状態でのストイキ燃焼となる燃料ガス供給量である基準流量からの実際のストイキ燃焼における燃料ガス供給量のずれ量を前記酸素センサの出力信号に基づいて求めて更新する学習手段と、
   前記学習手段で求められたずれ量と、前記基準流量とからガスエンジン運転時の燃料ガス供給量の基本流量を設定する基本流量設定手段と、
   前記基本流量設定手段で設定された基本流量に基づいて、ガスエンジンの目標運転状態に対応する目標空燃比とするための希薄基本流量を演算する希薄基本流量演算手段と、
   前記希薄基本流量となるように燃料ガス供給量を制御する制御手段と
   を備えたガスエンジンにおける空燃比制御装置。

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