JP2008267235A - エンジン - Google Patents
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Abstract
【解決手段】空燃比センサ5の検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジン2において、冷却水温度検知手段29を制御手段6に接続し、始動時は、前記空燃比センサ5に設けたヒータ4に所定時間暖気通電を行い、暖気通電の後に冷却水温度が目標温度未満の時は、目標温度になるまで前記空燃比センサ5のヒータ4に暖気通電し、冷却水温度が目標温度に達すると、前記空燃比センサ5のヒータ4に定格通電するように制御した。
【選択図】図2
Description
この酸素濃度を計測するのが、所謂、空燃比センサ又は酸素センサと称されるもの(以下、単に「空燃比センサ」とする)であり、ECU(Electronic Control Unit)に接続されている。
前記ECUは、空燃比センサの検出結果と予め記憶されるデータやプログラムとに基づいて、スロットル弁や燃料制御弁等の開度を、アクチュエータを介して制御することによって、混合気の空燃比を適切な値となるように制御している(例えば、「特許文献1」、「特許文献2」参照)。
図1は本発明の実施例1乃至実施例4に係る空燃比制御システムを示す模式図である。
図2は空燃比制御システムの実施例1に係る制御フロー図である。
図3は空燃比制御システムの実施例2に係る制御フロー図である。
図4は空燃比制御システムの実施例3に係る制御フロー図である。
図5は空燃比制御システムの実施例4に係る制御フロー図である。
図6は本発明の実施例5乃至実施例7に係る空燃比制御システムを示す模式図である。
図7は空燃比制御システムの実施例5に係る制御フロー図である。
図8は空燃比制御システムの実施例6に係る制御フロー図である。
図9は空燃比制御システムの実施例7に係る制御フロー図である。
図10は空燃比制御システムの従来技術に係る制御フロー図である。
まず、図1を用いて本発明の実施例1に係る空燃比制御システム1の全体構成について説明する。本発明はガスエンジンに適用した実施例について説明する。
ここで、本出願における「混合ガス」とは、空気と燃料とを混合したガスをいい、「空燃比」とは、混合ガスに含まれる空気と燃料の比をいう。
以下では、空燃比制御システム1が制御する対象であるエンジン2の詳細構成について説明する。
本実施例のエンジン2は、天然ガス等の気体状の燃料を用いるいわゆるガスエンジンであり、シリンダブロック21、点火プラグ22、吸気バルブ23、排気バルブ24、ピストン25、クランク軸26、回転数検出手段27等を具備する。
燃焼室21aは混合ガスを燃焼させるための空間であり、吸気マニホールド21bを介して吸気配管11と、また排気マニホールド21cを介して排気配管13と連通されている。
このウォータージャケット28には、冷却水の水温を検出する冷却水温度検知手段29が配設され、後述する制御手段6に接続される。
また、吸気マニホールド21bには、吸気マニホールド21b内の負圧を検出する圧力検知手段9が配設され、後述する制御手段6に接続される。
以下では、ミキサ3の詳細構成について説明する。
ミキサ3は所望の空燃比の混合ガスを生成してエンジン2に供給するものである。
本実施例のミキサ3は、主に第一燃料供給配管31、固定式燃料弁32、ベンチュリ33、第二燃料供給配管34、燃料制御弁35、スロットル弁36、第三燃料供給配管37、燃料増量弁38等を具備する。
本実施例の場合、固定式燃料弁32は第一燃料供給配管31の中途部に設けられたフランジに螺装される。
固定式燃料弁32は、組み立て時にそのねじ込み量を調整することにより固定式燃料弁32が設けられている部分における第一燃料供給配管31の断面積を所定の断面積に調整することができる。その後、固定式燃料弁32は固定されて、固定式燃料弁32が設けられている部分における第一燃料供給配管31の断面積を所定の断面積に保持する。
なお、本明細書における「弁の開度」は、弁を閉じているときに0%とし、弁が完全に開いているとき、すなわち、弁を通過する気体や液体等の流体の流量が最大となるときに100%とする。
従って、本実施例のミキサ3は、ベンチュリ33により第一燃料供給配管31から吸気配管11に供給される燃料の量を調整することが可能である。結果として、ミキサ3は所望の空燃比の混合ガスを生成してエンジン2に供給することが可能である。
また、エンジン2に最終的に供給される混合ガスは、燃料増量弁38が所定の開度で開いているときには、ベンチュリ33を通過する空気と、ベンチュリ33により第一燃料供給配管31から吸気配管11に供給された燃料とが混合して生成された混合ガスに、第三燃料供給配管37から吸気配管11に供給される燃料を混合した混合ガスである。
従って、本実施例のミキサ3は、最終的にエンジン2に供給される混合ガスに含まれる燃料の量を、燃料制御弁35だけでなく、燃料増量弁38によっても調整することが可能である。結果として、ミキサ3は所望の空燃比の混合ガスを生成してエンジン2に供給することが可能である。
これは、空燃比制御システム1による空燃比制御の精度、すなわち、所望の空燃比を精度良く得ること及び追従性、すなわち、短時間で空燃比を大きく変化させること、を両立させるためである。
本実施例においては、開度が100%のときに単位時間当たりに燃料が燃料制御弁35を通過する量を小さく設定し、開度が100%のときに単位時間当たりに燃料が燃料増量弁38を通過する量を大きく設定している。
このように構成することにより、燃料制御弁35の開度を変化させて混合ガスの空燃比を精度良く制御することが可能であり、燃料増量弁38の開度を変化させて混合ガスの空燃比を短時間で大きく変化させることが可能である。
結果として、リーン領域から理論空燃比を経てリッチ領域までの広い範囲における単位時間当たりの空燃比の変化を容易とする、言い換えれば、空燃比制御の線形性を得ることとを容易としている。
以下では、空燃比センサ5の詳細構成について説明する。
空燃比センサ5は排気ガスの酸素濃度を検出するものであり、本実施例では排気マニホールド21c(排気配管13)に配置されている。
空燃比センサ5の具体例としては、ジルコニア等のセラミックスのように、酸素濃淡電池の原理により起電力を発生する固体電解質を用いたものが挙げられる。
このような空燃比センサ5には、その性質上排気ガス中の酸素濃度を精度良く検出可能な温度域が存在し、本実施例では空燃比センサ5の内部に備えられたヒータ4に対して暖機通電又は定格通電を行うことで、酸素濃度の検出精度を高めるための温度調節を行っている。
以下では、制御手段6の詳細構成について説明する。
制御手段6は、空燃比センサ5により検出された排気ガスの酸素濃度に基づいて、ミキサ3及びエンジン2の動作を制御する。制御手段6は、より具体的にはCPU、ROM、及びRAM等がバスで接続される構成であっても良く、あるいは、ワンチップのLSI等からなる構成であっても良い。
また、制御手段6は、始動手段7、エンジン2の点火プラグ22、吸気バルブ23及び排気バルブ24(より厳密には、吸気バルブ23及び排気バルブ24を開閉するためのアクチュエータ)、燃料制御弁35、スロットル弁36、燃料増量弁38と接続される。
従って、制御手段6は、始動手段7をON・OFFすることによってエンジン2の始動・停止を制御し、さらに点火プラグ22の点火及びそのタイミングの作動制御、吸気バルブ23及び排気バルブ24それぞれの開閉タイミングの作動制御、燃料制御弁35、スロットル弁36及び燃料増量弁38のぞれぞれの開度の作動制御を行う、すなわち、ミキサ3及びエンジン2の動作を制御することが可能である。
また、制御手段6にはミキサ3及びエンジン2の動作を制御するための種々のプログラム、空燃比センサ5におけるヒータ4に暖機通電を行う所定時間、及びウォータージャケット28における冷却水の目標温度t℃等のデータが格納され、空燃比センサ5により検出される排気ガスの酸素濃度に基づいて、当該排気ガスの元となる混合ガスの空燃比を算出する。
そして、制御手段6は、例えばエンジン2が発電装置に具備される場合には、単位時間当たりの発電量を所望の値とする所定のエンジン2の回転数を維持するために、回転数検出手段27により検出されるエンジン2の回転数が該所定のエンジン2の回転数よりも小さい場合にはスロットル弁36の開度を大きくする等して、エンジン2の回転数を増加させる。
次に、図1及び図2を用いて、空燃比制御システム1の、実施例1に係る空燃比センサ5の暖機制御方法について説明する。図1は本発明の実施例1乃至実施例4に係る空燃比制御システムを示す模式図、図2は空燃比制御システムの実施例1に係る制御フロー図である。当該制御方法は、制御手段6に格納されたプログラム及びデータ等により達成されるものである。
次に、図1及び図3を用いて、空燃比制御システム1の、実施例2に係る空燃比センサ5の暖機制御方法について説明する。図3は空燃比制御システムの実施例2に係る制御フロー図である。なお本実施例以降において説明する空燃比制御システム1の動作において、各実施例と共通する部分については、同符号を付してその説明を省略する。
また、制御手段6にはミキサ3及びエンジン2の動作を制御するための種々のプログラム、エンジン2における目標出力Pex等のデータが格納され、空燃比センサ5により検出される排気ガスの酸素濃度に基づいて、当該排気ガスの元となる混合ガスの空燃比を算出する。
まず、始動手段7をONし、エンジン2の運転を開始すると、ステップS21に移行する。
そして、図示しないスロットル開度検知手段と、燃料制御弁開度検知手段と、出力軸回転速度検知手段(回転数検出手段27)は制御手段6と接続され、前記積算エンジン出力Pe1は、スロットル開度と、燃料制御弁開度と、出力軸回転速度より負荷を演算して得られるものである。なお、スロットル開度検知手段は角度センサ等で構成してスロットル弁36の回動基部に配置される。燃料制御弁開度検知手段はストロークセンサ等で構成して燃料制御弁35の摺動位置を検知する構成としている。
次に、図1及び図4を用いて、空燃比制御システム1の、実施例3に係る空燃比センサ5の暖機制御方法について説明する。図4は空燃比制御システムの実施例3に係る制御フロー図である。
また、制御手段6にはミキサ3及びエンジン2の動作を制御するための種々のプログラム、スロットル開度の目標値THMx等のデータが格納され、空燃比センサ5により検出される排気ガスの酸素濃度に基づいて、当該排気ガスの元となる混合ガスの空燃比を算出する。
まず、始動手段7をONし、エンジン2の運転を開始すると、ステップS31に移行する。
次に、図1及び図5を用いて、空燃比制御システム1の、実施例4に係る空燃比センサ5の暖機制御方法について説明する。図5は空燃比制御システムの実施例4に係る制御フロー図である。
また、制御手段6にはミキサ3及びエンジン2の動作を制御するための種々のプログラム、吸気マニホールド21b負圧の目標値Psucx等のデータが格納され、空燃比センサ5により検出される排気ガスの酸素濃度に基づいて、当該排気ガスの元となる混合ガスの空燃比を算出する。
まず、始動手段7をONし、エンジン2の運転を開始すると、ステップS41に移行する。
次に、図6及び図7を用いて、空燃比制御システム1の、実施例5に係る空燃比センサ5の暖機制御方法について説明する。図6は本発明の実施例5乃至実施例7に係る空燃比制御システムを示す模式図、図7は空燃比制御システムの実施例5に係る制御フロー図である。
そして、本実施例における制御手段6は、この温度検出手段8及び空燃比センサ5と接続され、これらにより検出される排気温度t並びに排気ガスの酸素濃度を取得することが可能である。そして、前記排気温度tと、x秒後に取得した排気温度txとの比である排気温度上昇率△tを算出するのである。
また、制御手段6にはミキサ3及びエンジン2の動作を制御するための種々のプログラム、排気温度の目標上昇率Y等のデータが格納され、空燃比センサ5により検出される排気ガスの酸素濃度に基づいて、当該排気ガスの元となる混合ガスの空燃比を算出する。
まず、始動手段7をONし、エンジン2の運転を開始すると、ステップS51に移行する。
次に、図6及び図8を用いて、空燃比制御システム1の、実施例6に係る空燃比センサ5の暖機制御方法について説明する。図8は空燃比制御システムの実施例6に係る制御フロー図である。
まず、始動手段7をONし、エンジン2の運転を開始すると、ステップS61に移行する。
[実施例7]
次に、図6及び図9を用いて、空燃比制御システム1の、実施例7に係る空燃比センサ5の暖機制御方法について説明する。図9は空燃比制御システムの実施例7に係る制御フロー図である。
また、制御手段6にはミキサ3及びエンジン2の動作を制御するための種々のプログラム、積算排気温度の目標値tx等のデータが格納され、空燃比センサ5により検出される排気ガスの酸素濃度に基づいて、当該排気ガスの元となる混合ガスの空燃比を算出する。
まず、始動手段7をONし、エンジン2の運転を開始すると、ステップS61に移行する。
2 エンジン
3 ミキサ
4 ヒータ
5 空燃比センサ
6 制御手段
7 始動手段
8 温度検出手段
9 圧力検知手段
Claims (8)
- ヒータを備える空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記空燃比センサと、始動手段と、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段に接続し、
前記空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、
冷却水温度検知手段を前記制御手段に接続し、
始動時は、前記空燃比センサのヒータに所定時間暖気通電を行い、
暖気通電の後に冷却水温度が目標温度未満の時は、目標温度になるまで前記空燃比センサのヒータに暖気通電し、
冷却水温度が目標温度に達すると、前記空燃比センサのヒータに定格通電するように制御したことを特徴とするエンジン。 - ヒータを備える空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記空燃比センサと、始動手段と、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段に接続し、
前記空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、
始動時から空燃比センサのヒータを暖気通電するとともに、始動時からエンジン出力を積算し、
該積算エンジン出力が目標出力に達すると、空燃比センサのヒータを定格通電するように制御したことを特徴とするエンジン。 - 請求項2に記載のエンジンであって、
スロットル開度検知手段と、燃料制御弁開度検知手段と、出力軸回転速度検知手段とを設けて制御手段と接続し、
前記積算エンジン出力は、スロットル開度と、燃料制御弁開度と、出力軸回転速度より負荷を演算して得ることを特徴とするエンジン。 - 請求項2に記載のエンジンであって、
スロットル開度検知手段を設けて制御手段と接続し、
前記積算エンジン出力は、スロットル開度を積算して得ることを特徴とするエンジン。 - 請求項2に記載のエンジンであって、
吸気マニホールドに圧力検知手段を設けて制御手段と接続し、
前記積算エンジン出力は、吸気マニホールドの負圧を積算して得ることを特徴とするエンジン。 - ヒータを備える空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記空燃比センサと、始動手段と、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段に接続し、
前記空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、
排気マニホールドに温度検出手段を設けて制御手段と接続し、
始動時から空燃比センサのヒータを暖気通電するとともに、
始動時より排気温度の上昇率が設定値より大きくなると、空燃比センサのヒータを定格通電するように制御したことを特徴とするエンジン。 - ヒータを備える空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記空燃比センサと、始動手段と、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段に接続し、
前記空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、
排気マニホールドに温度検出手段を設けて制御手段と接続し、
始動時から空燃比センサのヒータを暖気通電するとともに
始動時より排気温度が設定値より大きくなると、空燃比センサのヒータを定格通電するように制御したことを特徴とするエンジン。 - ヒータを備える空燃比センサを排気マニホールドに配置し、
前記空燃比センサと、始動手段と、点火プラグと、スロットル弁駆動手段と、燃料制御弁とを制御手段に接続し、
前記空燃比センサの検出値に応じて出力回転をフィードバック制御するエンジンであって、
排気マニホールドに温度検出手段を設けて制御手段と接続し、
始動時から空燃比センサのヒータを暖気通電するとともに、
始動時より排気温度を積算し、該積算値が設定値より大きくなると、空燃比センサのヒータを定格通電するように制御したことを特徴とするエンジン。
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