JP2009264176A

JP2009264176A - ガスエンジン制御装置

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Publication number: JP2009264176A
Application number: JP2008112579A
Authority: JP
Inventors: Ryoichi Hagiwara; 良一萩原
Original assignee: Yanmar Co Ltd
Current assignee: Yanmar Co Ltd
Priority date: 2008-04-23
Filing date: 2008-04-23
Publication date: 2009-11-12
Also published as: CN102016267A; CA2721915A1; KR20100135840A; US20110036075A1; WO2009130950A1; EP2273089A1

Abstract

【課題】燃料ガス組成にかかわらず排気ガス中のＮＯｘ濃度を適正に維持するガスエンジン制御装置を提供する。
【解決手段】燃料ガス供給量を調整する燃料ガス供給量調整弁４５を有するガスエンジン制御装置１０１において、少なくともエンジントルクＴｑとエンジン回転数Ｎｅと混合気温度Ｔｉｎと混合気圧力Ｐｉｎとスロットル開度Ｆとに基づいて１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室の温度差ΔＴを算出し、該温度差ΔＴに基づいて排気ガス中のＮＯｘ濃度Ｓを算出するＮＯｘ濃度算出手段５１を備え、前記燃料ガス供給量調整弁４５は、ＮＯｘ濃度Ｓに基づいて燃料ガス供給量を調整する。
【選択図】図１

Description

本発明は、排気ガス中のＮＯｘ濃度を適正に維持するガスエンジン制御装置に関する。

従来、ガスエンジンは、空気と燃料ガスとの混合気を燃焼室に供給するエンジンとして公知である。また、ガスエンジンの空燃比を希薄限界に制御することによって、排気ガス中のＮＯｘ濃度の低減を実現する希薄燃焼制御も公知である。さらに、空燃比を制御する弁として、燃料ガス供給経路に設けられる燃料ガス供給量調整弁は公知である。

ここで、排気ガス中のＮＯｘ濃度の低減を実現する手段として、例えば以下３つの手段が公知である。
第一の手段は、排気管に備えたリーンバーンセンサー出力を一定にするように空燃比を制御する手段である。第二の手段は、排気管に備えたＮＯｘセンサー出力を一定にするように空燃比を制御する手段である。第三の手段は、エンジンの機械効率を一定にするように空燃比を制御する手段である（特許文献１）。
特開平８−３３８２９４号公報

しかし、第一の手段においては、例えば燃料ガスの組成が変わると、リーンバーンセンサーの出力値は同じであっても排気ガス中のＮＯｘ濃度が変動する。第二の手段においては、ＮＯｘセンサーは、センサー駆動用の制御回路も複雑であるため信頼性に問題がある上、高価なセンサーである。第三の手段においては、排気ガス中のＮＯｘ濃度とエンジンとの効率が対応しない場合は成立しない。
そこで、解決しようとする課題は、燃料ガス組成にかかわらず排気ガス中のＮＯｘ濃度を適正に維持するガスエンジン制御装置を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、燃料ガス供給量を調整する燃料ガス供給量調整手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、混合気温度を検出する混合気温度検出手段と、混合気圧力を検出する混合気圧力検出手段と、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、を有するガスエンジン制御装置において、少なくともエンジン回転数とエンジン負荷と混合気温度と混合気圧力とスロットル開度とに基づいて１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室の温度差を算出し、該温度差に基づいて排気ガス中のＮＯｘ濃度を算出するＮＯｘ濃度算出手段を備え、前記燃料ガス供給量調整手段は、ＮＯｘ濃度に基づいて燃料ガス供給量を調整するものである。

請求項２においては、燃料ガス供給量を調整する燃料ガス供給量調整手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、燃料ガス温度を検出する燃料ガス温度検出手段と、燃料ガス圧力を検出する燃料ガス圧力検出手段と、空気質量流量を検出する空気質量流量検出手段と、前記燃料ガス供給量調整手段の燃料ガス供給量を検出する燃料ガス供給量検出手段と、を有するガスエンジン制御装置において、少なくともエンジン回転数とエンジン負荷と燃料ガス温度と燃料ガス圧力と空気質量流量と燃料ガス供給量とに基づいて１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室の温度差を算出し、該温度差に基づいて排気ガス中のＮＯｘ濃度を算出するＮＯｘ濃度算出手段を備え、前記燃料ガス供給量調整手段は、ＮＯｘ濃度に基づいて燃料ガス供給量を調整するものである。

請求項３においては、燃料ガス供給量を調整する燃料ガス供給量調整手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、混合気流量を検出する混合気流量検出手段と、を有するガスエンジン制御装置において、少なくともエンジン回転数とエンジン負荷と混合気流量に基づいて１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室の温度差を算出し、該温度差に基づいて排気ガス中のＮＯｘ濃度を算出するＮＯｘ濃度算出手段を備え、前記燃料ガス供給量調整手段は、ＮＯｘ濃度に基づいて燃料ガス供給量を調整するものである。

請求項４においては、燃料ガス供給量を調整する燃料ガス供給量調整手段と、エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、混合気温度を検出する混合気温度検出手段と、混合気圧力を検出する混合気圧力検出手段と、スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、気筒内の筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、排気ガス温度を検出する排気ガス温度検出手段と、を有するガスエンジン制御装置において、少なくともエンジン回転数とエンジン負荷と混合気温度と混合気圧力とスロットル開度と気筒の筒内圧力と排気ガス温度に基づいて１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室の最高温度を算出し、該最高温度に基づいて排気ガス中のＮＯｘ濃度を算出するＮＯｘ濃度算出手段を備え、前記燃料ガス供給量調整手段は、ＮＯｘ濃度に基づいて燃料ガス供給量を調整するものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、燃料ガス組成にかかわらず排気ガス中のＮＯｘ濃度を適正に維持できる。また、ＮＯｘセンサーを用いる場合に比較して、安価でかつ耐久性のあるＮＯｘ濃度算出手段を実現できる。さらに、排気ガス中のＮＯｘ濃度とエンジン効率とが対応しない場合であっても適用できる。

請求項２においては、燃料ガス組成にかかわらず排気ガス中のＮＯｘ濃度を適正に維持できる。また、ＮＯｘセンサーを用いる場合に比較して、安価でかつ耐久性のあるＮＯｘ濃度算出手段を実現できる。さらに、排気ガス中のＮＯｘ濃度とエンジン効率とが対応しない場合であっても適用できる。さらに、請求項１記載のＮＯｘ濃度算出手段に比較して、精度良くＮＯｘ濃度を算出できる。

請求項３においては、燃料ガス組成にかかわらず排気ガス中のＮＯｘ濃度を適正に維持できる。また、ＮＯｘセンサーを用いる場合に比較して、安価でかつ耐久性のあるＮＯｘ濃度算出手段を実現できる。さらに、排気ガス中のＮＯｘ濃度とエンジン効率とが対応しない場合であっても適用できる。さらに、請求項１及び２記載のＮＯｘ濃度算出手段に比較して、精度良くＮＯｘ濃度を算出できる。

請求項４においては、請求項１乃至３のいずれか１項に記載のＮＯｘ濃度算出手段に比較して、精度良くＮＯｘ濃度を算出できる。

次に、発明の実施の形態を説明する。
図１は実施例１に係るガスエンジン制御装置の全体的な構成を示す構成図、図２は同じく空燃比制御手段を示すフロー図、図３は実施例２に係るガスエンジン制御装置の全体的な構成を示す構成図である。
図４は同じく空燃比制御手段を示すフロー図、図５は実施例３に係るガスエンジン制御装置の全体的な構成を示す構成図、図６は同じく空燃比制御手段を示すフロー図である。
図７は実施例４に係るガスエンジン制御装置の全体的な構成を示す構成図、図８は同じく空燃比制御手段を示すフロー図である。

以下に、本発明であるガスエンジン制御装置として、４つの実施例を説明する。なお、実施例１〜３は、１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室の温度差に基づいて、ＮＯｘ濃度を算出するガスエンジン制御装置１０１・１０２・１０３であり、それぞれ算出手段が異なるものである。また、実施例４は、１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室の最高温度に基づいて、ＮＯｘ濃度を算出するガスエンジン制御装置１０４である。

まず、本発明の実施例１に係るガスエンジン制御装置として、その概略構成について説明する。

図１に示すように、ガスエンジン制御装置１０１の制御対象としてのエンジン１０は、給気経路、排気経路、燃料ガス供給経路、及びエンジン本体を備えて構成されている。エンジン１０は、天然ガス等の気体状の燃料ガスを用いる３気筒のガスエンジンであって、図示される気筒を含めて３つの気筒を備えている。本実施例において、エンジン１０は、エンジン駆動式ヒートポンプに搭載されるエンジンとする。

給気経路は、外部から取り込む空気と燃料ガスとを混合して生成した混合気を供給する給気管２０、燃料ガス供給経路内の燃料ガスと空気との間に差圧を生じさせるベンチュリ２１、並びに混合気の供給量を調整するスロットル弁２２、を備えて構成されている。
排気経路は、後述する燃焼室１５で混合気が燃焼することにより生成する排気ガスをエンジン１０の外部に排気ガス中の排気管３０によって構成されている。
燃料ガス供給経路は、燃料ガスを給気経路に供給する燃料ガス供給管４０、該燃料ガス供給管４０を通過する燃料ガス量、すなわち混合気に含まれる燃料ガス量を調整する燃料ガス供給量調整手段としての燃料ガス供給量調整弁４５、を備えて構成されている。

エンジン本体は、混合気を燃焼させるための空間である燃焼室１５、シリンダヘッド１１において開閉動作を行うことにより給気管２０と燃焼室１５とを連通又は遮断する給気バルブ１２、燃焼室１５に供給された混合気を燃焼させるために火花を発生する点火プラグ１４、燃焼室１５に供給された混合気が燃焼し、膨張することにより上下方向に往復するピストン１６、ピストン１６の往復運動により回転運動するクランク軸１７、並びにシリンダヘッド１１において開閉動作を行うことにより排気管３０と燃焼室１５とを連通又は遮断する排気バルブ１３、を備えて構成されている。

ガスエンジン制御装置１０１は、後述する各センサーであるエンジン回転数センサー７１、エンジントルクセンサー７２、混合気温度センサー７３、混合気圧力センサー７４、スロットル開度センサー７５、燃料ガス供給量調整弁４５、並びにＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＣｏｎｔｒｏｌＵｎｉｔ（以下ＥＣＵと称する）９０等を含んで構成されている。

エンジン回転数検出手段としてのエンジン回転数センサー７１は、クランク軸１７近傍に設けられ、エンジン回転数Ｎｅを計測可能なセンサーである。
エンジン負荷検出手段としてのエンジントルクセンサー７２は、クランク軸１７近傍に設けられ、エンジン負荷としてのエンジントルクＴｑを計測可能なセンサーである。
混合気温度検出手段としての混合気温度センサー７３は、給気管２０に設けられ、混合気温度Ｔｉｎを計測可能なセンサーである。
混合気圧力検出手段としての混合気圧力センサー７４は、給気管２０に設けられ、混合気圧力Ｐｉｎを計測可能なセンサーである。
スロットル開度検出手段としてのスロットル開度センサー７５は、エンジン回転数Ｎｅによって調整されるスロットル開度Ｆを計測可能なセンサーである。なお、スロットル開度検出手段は、スロットルポジションセンサーであっても良い。

ＥＣＵ９０は、後述するＮＯｘ濃度算出手段５１及び空燃比制御手段５５としての機能を有するコントローラ５０、並びに記憶部６０を含んで構成されている。

コントローラ５０は、ＮＯｘ濃度算出手段５１として、１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室１５の温度差ΔＴに基づいて、排気ガス中のＮＯｘ濃度Ｓを算出する機能を有する。また、コントローラ５０は、空燃比制御手段５５として、燃料ガス供給量調整弁４５の開度を調整して空燃比制御を行う機能を有する。以下に、ＮＯｘ濃度算出手段５１を用いる空燃比制御手段５５のフローについて説明する。

図２に示すように、Ｓ１０１において、コントローラ５０は、エンジン回転数センサー７１によってエンジン回転数Ｎｅを、エンジントルクセンサー７２によってエンジントルクＴｑを、混合気温度センサー７３によって混合気温度Ｔｉｎを、混合気圧力センサー７４によって混合気圧力Ｐｉｎを、スロットル開度センサー７５によってスロットル開度Ｆを読み込む。

Ｓ１０２において、コントローラ５０は、スロットル開度Ｆから体積効率マップによって、混合気の体積効率ηｖを算出する。ここで、混合気においてスロットル開度Ｆと体積効率ηｖとは、燃料ガス組成にかかわらず相関があることが分かっている。そこで、体積効率マップは、スロットル開度Ｆと体積効率ηｖとの相関を示す２次元マップとして予め記憶部６０に記憶されている。

Ｓ１０３において、コントローラ５０は、混合気温度Ｔｉｎ、混合気圧力Ｐｉｎ、体積効率ηｖ、行程容積Ｖｓ、エンジン回転数Ｎｅから（式１−１）を用いて、混合気流量Ｇｍｉｘｖを算出する。

なお、行程容積Ｖｓとはエンジン１０のピストン１６が上死点から下死点まで動く行程の容積である。

Ｓ１０４において、コントローラ５０は、エンジン回転数Ｎｅ、エンジントルクＴｑから（式１−２）を用いて、エンジン出力Ｐを算出する。

なお、エンジン駆動式ヒートポンプの圧縮機の吐出圧力（高圧ＨＰ）を計測可能なセンサーが設けられていれば、コントローラ５０は、高圧ＨＰに冷媒の圧縮効率及び機械効率を加味してエンジン負荷、ひいてはエンジン出力Ｐを算出することもできる。

Ｓ１０５において、コントローラ５０は、エンジン出力Ｐ、混合気密度ρｍｉｘ、混合気流量Ｇｍｉｘｖから（式１−５）を用いて、温度差ΔＴを算出する。ここで、（式１−５）は、（式１−３）と（式１−４）とから算出されるものである。
ここで、温度差ΔＴとは、１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室１５の温度差である。温度差ΔＴは、後述するＮＯｘ濃度Ｓと相関があることが分かっている。

なお、熱効率ηｔｈは燃料ガス組成にかかわらず一定である。また、本実施例では、定容比熱Ｃｖ、混合気密度ρｍｉｘは一定としている。なお、定容比熱Ｃｖ、混合気密度ρｍｉｘは、燃料ガス組成にかかわらず混合気温度Ｔｍｉｘと相関があることから、該相関を記憶部６０に予め記憶させ、混合気温度Ｔｍｉｘに基づいて算出しても良い。

Ｓ１０６において、コントローラ５０は、エンジン回転数Ｎｅ、エンジントルクＴｑから演算係数マップを用いて、後述する演算係数ａ、ｂ、ｃを算出する。

Ｓ１０７において、コントローラ５０は、温度差ΔＴ、演算係数ａ、ｂ、ｃから（式１−６）を用いて、ＮＯｘ濃度Ｓを算出する。

Ｓ１０８において、コントローラ５０は、エンジン回転数Ｎｅ、エンジントルクＴｑから目標ＮＯｘ濃度マップを用いて、目標ＮＯｘ濃度Ｓｍを算出する。ここで、目標ＮＯｘ濃度マップは、エンジン回転数ＮｅとエンジントルクＴｑと目標ＮＯｘ濃度Ｓｍとの相関を示す３次元マップとして予め記憶部６０に記憶されている。

Ｓ１０９において、コントローラ５０は、目標ＮＯｘ濃度ＳｍとＮＯｘ濃度Ｓとの偏差であるＮＯｘ濃度偏差ΔＳを算出する。

Ｓ１１０において、コントローラ５０は、ＮＯｘ濃度偏差ΔＳに基づいて、燃料ガス供給量調整弁４５の開度を調整する。

このような構成とすることで、燃料ガス組成にかかわらず排気ガス中のＮＯｘ濃度を適正に維持できる。また、ＮＯｘセンサーを用いる場合に比較して、安価でかつ耐久性のあるＮＯｘ濃度算出手段５１を実現できる。さらに、排気ガス中のＮＯｘ濃度とエンジン効率とが対応しない場合であっても適用できる。

次に、本発明の実施例２に係るガスエンジン制御装置として、その概略構成について説明する。
図３に示すように、ガスエンジン制御装置１０２の制御対象としてのエンジン１０は、上述したエンジン１０と同様であるため、説明を省略する。

エンジン回転数検出手段としてのエンジン回転数センサー７１は、クランク軸１７近傍に設けられ、エンジン回転数Ｎｅを計測可能なセンサーである。
エンジン負荷検出手段としてのエンジントルクセンサー７２は、クランク軸１７近傍に設けられ、エンジン負荷としてのエンジントルクＴｑを計測可能なセンサーである。
燃料ガス温度検出手段としての燃料ガス温度センサー７６は、燃料ガス供給管４０に設けられ、燃料ガス温度Ｔｇを計測可能なセンサーである。
燃料ガス圧力検出手段としての燃料ガス圧力センサー７７は、燃料ガス供給管４０に設けられ、燃料ガス圧力Ｐｇを計測可能なセンサーである。
空気質量流量検出手段としての空気質量流量センサー７８は、燃料ガス供給管４０が合流する上流側の給気管２０に設けられ、空気質量流量Ｇｉｎを計測可能なセンサーである。

ＥＣＵ９０は、後述するＮＯｘ濃度算出手段５２及び空燃比制御手段５５としての機能を有するコントローラ５０、並びに記憶部６０を含んで構成されている。

コントローラ５０は、ＮＯｘ濃度算出手段５２として、１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室１５の温度差ΔＴに基づいて、排気ガス中のＮＯｘ濃度Ｓを算出する機能を有する。また、コントローラ５０は、空燃比制御手段５５として、燃料ガス供給量調整弁４５の開度を調整して空燃比制御を行う機能を有する。以下に、ＮＯｘ濃度算出手段５２を用いる空燃比制御手段５５のフローについて説明する。

図４に示すように、Ｓ２０１において、コントローラ５０は、エンジン回転数センサー７１によってエンジン回転数Ｎｅを、エンジントルクセンサー７２によってエンジントルクＴｑを、燃料ガス温度センサー７６によって燃料ガス温度Ｔｇを、燃料ガス圧力センサー７７によって燃料ガス圧力Ｐｇを、空気質量流量センサー７８によって空気質量流量Ｇｉｎを読み込む。
また、コントローラ５０は、燃料ガス供給量調整弁４５の開度Ｆｇを読み込む。

Ｓ２０２において、コントローラ５０は、空気質量流量Ｇｉｎ、開度Ｆｇから燃料ガス流量マップに基づいて、燃料ガス流量Ｇｇを算出する。ここで、燃料ガス流量マップは、空気質量流量Ｇｉｎと開度Ｆｇと燃料ガス流量Ｇｇとの相関を示す３次元マップとして予め記憶部６０に記憶されている。

Ｓ２０３において、コントローラ５０は、燃料ガス温度Ｔｇ、燃料ガス圧力Ｐｇから、（式２−１）を用いて、燃料ガス流量Ｇｇを標準状態の燃料ガス流量である燃料ガス流量（標準）Ｇｇｓｔｄに換算する。

Ｓ２０４において、コントローラ５０は、空気質量流量Ｇｉｎ、空気の密度である空気密度ρｉｎ、燃料ガス流量（標準）Ｇｇｓｔｄから、（式２−２）を用いて、混合気流量Ｇｍｉｘｖを算出する。

つまり、実施例１では混合気流量Ｇｍｉｘｖを、混合気温度Ｔｉｎ、混合気圧力Ｐｉｎから算出しているのに対し、本実施例では、混合気流量Ｇｍｉｘｖを燃料ガス温度Ｔｇ、燃料ガス圧力Ｐｇ、空気質量流量Ｇｉｎから算出している点で異なる。

Ｓ２０５〜Ｓ２１０までは実施例１のＳ１０４〜Ｓ１０９までと同様であるため、説明を省略する。

Ｓ２１１において、コントローラ５０は、ＮＯｘ濃度偏差ΔＳに基づいて、燃料ガス供給量調整弁４５の開度を調整する。

このような構成とすることで、燃料ガス組成にかかわらず排気ガス中のＮＯｘ濃度を適正に維持できる。また、ＮＯｘセンサーを用いる場合と比較して、安価でかつ耐久性のあるＮＯｘ濃度算出手段５２を実現できる。さらに、排気ガス中のＮＯｘ濃度とエンジン効率とが対応しない場合であっても適用できる。さらに、実施例１のＮＯｘ濃度算出手段５１に比較して、精度良くＮＯｘ濃度を算出できる。

次に、本発明の実施例３に係るガスエンジン制御装置として、その概略構成について説明する。
図５に示すように、ガスエンジン制御装置１０３の制御対象としてのエンジン１０は、上述したエンジン１０と同様であるため、説明を省略する。

エンジン回転数検出手段としてのエンジン回転数センサー７１は、クランク軸１７近傍に設けられ、エンジン回転数Ｎｅを計測可能なセンサーである。
エンジン負荷検出手段としてのエンジントルクセンサー７２は、クランク軸１７近傍に設けられ、エンジン負荷としてのエンジントルクＴｑを計測可能なセンサーである。
混合気流量検出手段としての混合気流量センサー７９は、スロットル弁２２の下流側の給気管２０に設けられ、混合気流量Ｇｍｉｘｖを計測可能なセンサーである。

ＥＣＵ９０は、後述するＮＯｘ濃度算出手段５３及び空燃比制御手段５５としての機能を有するコントローラ５０、並びに記憶部６０を含んで構成されている。

コントローラ５０は、ＮＯｘ濃度算出手段５３として、１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室１５の温度差ΔＴに基づいて、排気ガス中のＮＯｘ濃度Ｓを算出する機能を有する。また、コントローラ５０は、空燃比制御手段５５として、燃料ガス供給量調整弁４５の開度を調整して空燃比制御を行う機能を有する。以下に、ＮＯｘ濃度算出手段５３を用いる空燃比制御手段５５のフローについて説明する。

図６に示すように、Ｓ３０１において、コントローラ５０は、エンジン回転数センサー７１によってエンジン回転数Ｎｅを、エンジントルクセンサー７２によってエンジントルクＴｑを、混合気流量センサー７９によって混合気流量Ｇｍｉｘｖを読み込む。

Ｓ３０２〜Ｓ３０７までは実施例２のＳ２０５〜Ｓ２１０までと同様であるため、説明を省略する。ただし、実施例２では混合気流量Ｇｍｉｘｖを、燃料ガス温度Ｔｇ、燃料ガス圧力Ｐｇ等から算出しているのに対し、本実施例では、混合気流量Ｇｍｉｘｖを混合気流量センサー７９から直接検出している点で異なる。

Ｓ３０８において、コントローラ５０は、ＮＯｘ濃度偏差ΔＳに基づいて、燃料ガス供給量調整弁４５の開度を調整する。

このような構成とすることで、燃料ガス組成にかかわらず排気ガス中のＮＯｘ濃度を適正に維持できる。また、ＮＯｘセンサーを用いる場合に比較して、安価でかつ耐久性のあるＮＯｘ濃度算出手段５３を実現できる。さらに、排気ガス中のＮＯｘ濃度とエンジン効率とが対応しない場合であっても適用できる。さらに、実施例１及び２のＮＯｘ濃度算出手段５１・５２に比較して、精度良くＮＯｘ濃度を算出できる。

本発明の実施例４に係るガスエンジン制御装置として、その概略構成について説明する。
図７に示すように、ガスエンジン制御装置１０４の制御対象としてのエンジン１０は、上述したエンジン１０と同様であるため、説明を省略する。

エンジン回転数検出手段としてのエンジン回転数センサー８１は、クランク軸１７近傍に設けられ、エンジン回転数Ｎｅを計測可能なセンサーである。また、エンジン回転数センサー８１は、クランク軸１７と同期回転する歯車の所定角度毎のパルス信号を計測し、エンジン回転数Ｎｅにおけるクランク角θを計測可能なセンサーである。
エンジン負荷検出手段としてのエンジントルクセンサー７２は、クランク軸１７近傍に設けられ、エンジン負荷としてのエンジントルクＴｑを計測可能なセンサーである。
混合気温度検出手段としての混合気温度センサー７３は、給気管２０に設けられ、混合気温度Ｔｉｎを計測可能なセンサーである。
混合気圧力検出手段としての混合気圧力センサー７４は、給気管２０に設けられ、混合気圧力Ｐｉｎを計測可能なセンサーである。
スロットル開度検出手段としてのスロットル開度センサー７５は、エンジン回転数Ｎｅによって調整されるスロットル開度Ｆを計測可能なセンサーである。
筒内圧力検出手段としての筒内圧力センサー８２は、気筒内の筒内圧力としてのクランク角θ毎の燃焼室１５の筒内平均圧力Ｐｃｙｌ（θ）を計測可能なセンサーである。
排気ガス温度検出手段としての排気ガス温度センサー８３は、排気管３０に設けられ、排気ガス温度としての残留ガス温度ＴＲを計測可能なセンサーである。

ＥＣＵ９０は、後述するＮＯｘ濃度算出手段５４及び空燃比制御手段５５としての機能を有するコントローラ５０、並びに記憶部６０を含んで構成されている。

コントローラ５０は、ＮＯｘ濃度算出手段５４として、１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室１５の筒内ガス最高温度Ｔｃｙｌｍａｘに基づいて、ＮＯｘ濃度Ｓを算出する機能を有する。また、コントローラ５０は、空燃比制御手段５５として、燃料ガス供給量調整弁４５の開度を調整して空燃比制御を行う機能を有する。以下に、ＮＯｘ濃度算出手段５４を用いる空燃比制御手段５５のフローについて説明する。

図８に示すように、Ｓ４０１において、コントローラ５０は、エンジン回転数センサー８１によってエンジン回転数Ｎｅ及びクランク角θを、エンジントルクセンサー７２によってエンジントルクＴｑを、混合気温度センサー７３によって混合気温度Ｔｉｎを、混合気圧力センサー７４によって混合気圧力Ｐｉｎを、スロットル開度センサー７５によってスロットル開度Ｆを、筒内圧力センサー８２によって筒内平均圧力Ｐｃｙｌ（θ）を読み込む。

Ｓ４０２〜Ｓ４０４までは実施例１のＳ１０２〜Ｓ１０４までと同様であるため、説明を省略する。

Ｓ４０５において、コントローラ５０は、筒内ガス最高温度Ｔｃｙｌｍａｘを筒内平均温度Ｔｃｙｌ（θ）から算出する。筒内平均温度Ｔｃｙｌ（θ）は、クランク角θにおける筒内平均圧力Ｐｃｙｌ（θ）、筒内容積Ｖｃｙｌ（θ）、筒内作動ガスの全モル数ｍａｌｌから（式４−１）を用いて算出される。

このとき、筒内作動ガスの全モル数ｍａｌｌは、混合気の成分である新気のモル数ｍａｉｒと残留ガスのモル数ｍＲとによって（式４−２）によって算出される。また、新気のモル数ｍａｉｒは、混合気流量Ｇｍｉｘｖから（式４−３）を用いて算出される。他方、残留ガスのモル数ｍＲは、水蒸気、酸素、二酸化炭素及び窒素のガス成分から算出される。

さらに、それぞれのガス成分は、残留ガス中の水蒸気、酸素、二酸化炭素、及び窒素のモル比を３：１：３：３とすると、燃焼室容積Ｖｃ、オーバーラップトップにおける筒内圧力Ｐｏｔ、残留ガス温度ＴＲから、（式４−５−１）〜（式４−５−４）を用いて算出される。

このとき、燃焼室容積Ｖｃは、シリンダ直径Ｄ、クランク半径Ｒ、圧縮比εから（式４−６）を用いて算出される。

他方、上述した（式４−１）におけるクランク角θにおける筒内容積Ｖｃｙｌ（θ）は、シリンダ直径Ｄ、クランク半径Ｒ、圧縮比εから（式４−７）を用いて算出される。

Ｓ４０６は、実施例１のＳ１０６と同様であるため、説明を省略する。

Ｓ４０７において、コントローラ５０は、Ｓ１０７において温度差ΔＴの代わりに筒内ガス最高温度Ｔｃｙｌｍａｘを用いて、演算係数ａ、ｂ、ｃから目標ＮＯｘ濃度Ｓｍを算出する。

Ｓ４０８、Ｓ４０９は、実施例１のＳ１０８、Ｓ１０９と同様であるため、説明を省略する。

Ｓ４１０において、コントローラ５０は、ＮＯｘ濃度偏差ΔＳに基づいて、燃料ガス供給量調整弁４５の開度を調整する。

このような構成とすることで、燃料ガス組成にかかわらず排気ガス中のＮＯｘ濃度を適正に維持できる。また、ＮＯｘセンサーを用いるよりも安価でかつ耐久性のあるＮＯｘ濃度算出手段５４を実現できる。さらに、排気ガス中のＮＯｘ濃度とエンジン効率とが対応しない場合でも適用できる。さらに、実施例１、２、及び３のＮＯｘ濃度算出手段５１・５２・５３と比較して精度良くＮＯｘ濃度を算出できる。

なお、以上の各実施例における空燃比制御手段５５のフローは各気筒におけるものであり、空燃比制御手段５５は、各気筒の温度差ΔＴ又は筒内ガス最高温度Ｔｃｙｌｍａｘを平均化して実行される。

実施例１に係るガスエンジン制御装置の全体的な構成を示す構成図。同じく空燃比制御手段を示すフロー図。実施例２に係るガスエンジン制御装置の全体的な構成を示す構成図。同じく空燃比制御手段を示すフロー図。実施例３に係るガスエンジン制御装置の全体的な構成を示す構成図。同じく空燃比制御手段を示すフロー図。実施例４に係るガスエンジン制御装置の全体的な構成を示す構成図。同じく空燃比制御手段を示すフロー図。

符号の説明

１０エンジン
２０給気管
３０排気管
４０燃料供給管
５０コントローラ
５１ＮＯｘ濃度算出手段
５５空燃比制御手段
６０記憶部
７１エンジン回転数センサー
７２エンジントルクセンサー
７３混合気温度センサー
７４混合気圧力センサー
７５スロットル開度センサー
９０ＥＣＵ
１０１ガスエンジン制御装置

Claims

燃料ガス供給量を調整する燃料ガス供給量調整手段と、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
混合気温度を検出する混合気温度検出手段と、
混合気圧力を検出する混合気圧力検出手段と、
スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、
を有するガスエンジン制御装置において、
少なくともエンジン回転数とエンジン負荷と混合気温度と混合気圧力とスロットル開度とに基づいて１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室の温度差を算出し、該温度差に基づいて排気ガス中のＮＯｘ濃度を算出するＮＯｘ濃度算出手段を備え、
前記燃料ガス供給量調整手段は、ＮＯｘ濃度に基づいて燃料ガス供給量を調整することを特徴とするガスエンジン制御装置。
燃料ガス供給量を調整する燃料ガス供給量調整手段と、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
燃料ガス温度を検出する燃料ガス温度検出手段と、
燃料ガス圧力を検出する燃料ガス圧力検出手段と、
空気質量流量を検出する空気質量流量検出手段と、
前記燃料ガス供給量調整手段の燃料ガス供給量を検出する燃料ガス供給量検出手段と、
を有するガスエンジン制御装置において、
少なくともエンジン回転数とエンジン負荷と燃料ガス温度と燃料ガス圧力と空気質量流量と燃料ガス供給量とに基づいて１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室の温度差を算出し、該温度差に基づいて排気ガス中のＮＯｘ濃度を算出するＮＯｘ濃度算出手段を備え、
前記燃料ガス供給量調整手段は、ＮＯｘ濃度に基づいて燃料ガス供給量を調整することを特徴とするガスエンジン制御装置。
燃料ガス供給量を調整する燃料ガス供給量調整手段と、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
混合気流量を検出する混合気流量検出手段と、
を有するガスエンジン制御装置において、
少なくともエンジン回転数とエンジン負荷と混合気流量に基づいて１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室の温度差を算出し、該温度差に基づいて排気ガス中のＮＯｘ濃度を算出するＮＯｘ濃度算出手段を備え、
前記燃料ガス供給量調整手段は、ＮＯｘ濃度に基づいて燃料ガス供給量を調整することを特徴とするガスエンジン制御装置。
燃料ガス供給量を調整する燃料ガス供給量調整手段と、
エンジン回転数を検出するエンジン回転数検出手段と、
エンジン負荷を検出するエンジン負荷検出手段と、
混合気温度を検出する混合気温度検出手段と、
混合気圧力を検出する混合気圧力検出手段と、
スロットル開度を検出するスロットル開度検出手段と、
気筒内の筒内圧力を検出する筒内圧力検出手段と、
排気ガス温度を検出する排気ガス温度検出手段と、
を有するガスエンジン制御装置において、
少なくともエンジン回転数とエンジン負荷と混合気温度と混合気圧力とスロットル開度と気筒の筒内圧力と排気ガス温度に基づいて１燃焼サイクルの燃焼行程における燃焼室の最高温度を算出し、該最高温度に基づいて排気ガス中のＮＯｘ濃度を算出するＮＯｘ濃度算出手段を備え、
前記燃料ガス供給量調整手段は、ＮＯｘ濃度に基づいて燃料ガス供給量を調整することを特徴とするガスエンジン制御装置。