JP2012087757A - エンジン制御方法 - Google Patents

Abstract

【課題】発熱量を直接検出することなく発熱量の変動によって理論空燃比が変動しても、空気過剰率を所定値に保つ。
【解決手段】燃料の単位体積当たりの発熱量が変動する場合にエンジンを制御するエンジン制御方法が、出力の実際値が出力の目標値に一致するように混合気流量を制御する工程と、出力の実際値、燃料制御弁開度の実際値、及び混合気流量の実際値が、出力、燃料制御弁開度、及び空燃比の相関関係を満たすように、燃料制御弁開度を制御する工程（Ｓ６−Ｓ９）と、を備えており、相関関係は、発熱量の変動による理論空燃比の変動に合わせて空燃比を変動させることによって、空気過剰率を所定値に保つように設定されている。
【選択図】図６

Description

本発明は、燃料の単位体積当たりの発熱量が変動する場合にエンジンを制御するエンジン制御方法に関する。

燃料は、通常、組成の異なる多数の成分によって構成されており、各成分の発熱量は異なっている。このため、燃料自体の発熱量は、各成分の濃度によって変化する。例えば、ガス化炉で生成される燃料の場合、成分の濃度は、ガスの原材料の種類及びガス化炉の運転状態によって大きく影響を受ける。このため、ガス化炉で生成される燃料では、単位体積当たりにおける燃料の発熱量が時間的に変動する。ガス化炉で生成される燃料には、木屑などを熱分解して得られるガス燃料、ごみ処理施設から排出されるガス燃料、生物の排泄物等から得られるバイオガス燃料、及び埋立地等からの自噴ガス燃料などがある。

図１１は、ガス化炉から供給される燃料について、各成分の濃度及び燃料自体の低位発熱量（ＬＨＶ）の時間的変化を示す図である。図１１において、各成分の濃度は時間的に変化している。この結果、燃料自体の発熱量（単位体積当たり発熱量）も時間的に変化している。

特許文献１は、バイオマス原料を熱分解することによって発生する熱分解ガスを燃料ガスとして利用するバイオマスガス化システムを開示している。バイオマス原料から発生する熱分解ガスも、成分の濃度が時間的に変動する燃料である。

特許文献２は、予混合燃焼方式のエンジンの制御方法において、発熱量の変動に対応する排温補正処理を実行することを開示している。

特開２００９−２４９６００号公報 特開２００９−５７８７３号公報

一般に発熱量が低下する場合、燃料を構成する各成分において、発熱量の低い成分の濃度又は燃焼に寄与しない成分の濃度が増大している。この結果、発熱量が低下するにつれて、一定量の燃料を完全燃焼させるのに必要な空気量が減少する。つまり、発熱量が低下すると、理論空燃比が低下する。特に、低発熱量燃料の場合、発熱量の変動による理論空燃比の変動量が、高発熱量燃料と比べて大きい。

例えばガソリンの場合、成分の濃度は一定である。このため、ガソリンタンクからミキサ又はインジェクターに供給される燃料において、燃料の発熱量は時間的に変動しない。つまり、理論空燃比が時間的に変動しない。この場合、空燃比を一定に保つことによって、空燃比と理論空燃比との比を一定に保つことができ、空気過剰率を一定に保つことができる。しかし、発熱量が変動する場合、理論空燃比が変動する。この場合、空燃比を一定に保つことによって、空気過剰率を一定に保つことができない。

特許文献２の制御方法は、排温補正処理において、排気温度に基づいて理論空燃比を補正している。特に、特許文献２は、００１１、００４７段落において、発熱量の異なる成分を有する燃料が利用される場合に理論空燃比が変動する課題を指摘しており、その課題を解決する手段として、排気温度に基づいて理論空燃比を補正する排温補正処理を開示している。

しかし、実際の排気温度は外気温やエンジンの過熱状態にも影響を受けるため、排気温度の適切な検出は容易ではない。つまり、理論空燃比の検出精度が低下する。この結果、混合気流量の算出精度も低下してしまう。

そこで、本発明は、発熱量を直接に検出することなく、発熱量の変動によって理論空燃比が変動しても空気過剰率を所定値に保つことができる、エンジンの制御方法を提供する。

本発明は、燃料の単位体積当たりの発熱量が変動する場合にエンジンを制御するエンジン制御方法であって、エンジンの出力の目標値を設定する工程と、出力の実際値を検出する工程と、燃料流量の実際値と空燃比の実際値とを特定できる制御量の実際値を検出する工程と、出力の実際値が出力の目標値に一致するように、且つ出力の目標値、燃料流量の実際値、及び空燃比の実際値が、出力、燃料流量、及び空燃比の相関関係を満たすように、燃料流量及び空燃比を制御する工程と、を備えており、相関関係は、発熱量の変動による理論空燃比の変動に合わせて空燃比を変動させることによって、空気過剰率を所定値に保つように設定されている、エンジン制御方法を提供する。

（ａ）エンジン制御方法において、好ましくは、前記エンジンは、ミキサにより混合気を生成する予混合燃焼エンジンであり、制御量の実際値を検出する工程は、燃料制御弁開度の実際値を検出する工程と、混合気流量の実際値を検出する工程と、からなっており、燃料流量及び空燃比を制御する工程は、出力の実際値が出力の目標値に一致するように混合気流量を制御する工程と、出力の実際値、燃料制御弁開度の実際値、及び混合気流量の実際値が、相関関係を満たすように、燃料制御弁開度を制御する工程と、からなっており、相関関係は、出力、燃料制御弁開度、及び混合気流量の相関関係として表現されている。

（ｂ）エンジン制御方法において、好ましくは、前記エンジンは、ミキサにより混合気を生成する予混合燃焼エンジンであり、制御量の実際値を検出する工程は、燃料制御弁の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧の実際値を検出する工程と、混合気流量の実際値を検出する工程と、からなっており、燃料流量及び空燃比を制御する工程は、出力の実際値が出力の目標値に一致するように混合気流量を制御する工程と、出力の実際値、燃料圧力の差圧の実際値、及び混合気流量の実際値が、相関関係を満たすように、燃料制御弁開度を制御する工程と、からなっており、相関関係は、出力、燃料圧力の差圧、及び混合気流量の相関関係として表現されている。

（ｃ）エンジン制御方法において、好ましくは、混合気流量の実際値を検出する工程は、給気圧力の実際値を検出する工程と、給気温度の実際値を検出する工程と、給気圧力の実際値及び給気圧力の実際値に基づいて混合気流量の実際値を算出する工程と、からなっている。

（ｄ）エンジン制御方法において、好ましくは、混合気流量の実際値を検出する工程は、給気圧力の実際値を検出する工程と、給気圧力の実際値に基づいて混合気流量の実際値を算出する工程と、からなっている。

本発明に係るエンジン制御方法は、発熱量を直接に検出することなく、発熱量の変動によって理論空燃比が変動しても、空気過剰率を所定値に保つことができる。

エンジン、エンジン制御システム、及び燃料源を示す概略図である（第１実施形態）。 出力、燃料制御弁開度、及び混合気流量の相関関係を示す図である（第１実施形態）。 空気過剰率が境界値よりも小さな範囲内で制御される場合における運転状態の変化の様子を示す図（第１実施形態）。 空気過剰率が境界値よりも大きな範囲内で制御される場合における運転状態の変化の様子を示す図（第１実施形態）。 空気過剰率が境界値に近い範囲内で制御される場合における運転状態の変化の様子を示す図（第１実施形態）。 燃料制御弁開度を調整するためのフローを示す図である（第１実施形態）。 エンジン、エンジン制御システム、及び燃料源を示す概略図である（第２実施形態）。 出力、燃料圧力の差圧、及び混合気流量の相関関係を示す図である（第２実施形態）。 燃料制御弁開度を調整するためのフローを示す図である（第２実施形態）。 エンジン、エンジン制御システム、及び燃料源を示す概略図である（第３実施形態）。 ガス化炉から供給される燃料における各成分の濃度及び燃料の低位発熱量（ＬＨＶ）の時間的変化を示す図である。

（第１実施形態）
図１は、エンジン１、エンジン制御システム１００、及び燃料源２００を示す概略図である。図１において、エンジン１は、シリンダ２、ピストン３、クランク軸４、給気管５、排気管６、スロットル弁７、ベンチュリ式ミキサ８、燃料制御弁９、燃料配管１０、及び点火プラグ１１を備えている。つまり、エンジン１は、燃料制御弁及びミキサを有する予混合燃焼エンジンである。スロットル弁７及びベンチュリ式ミキサ８は給気管５内に配置されている。スロットル弁７は、給気方向におけるベンチュリ式ミキサ８の下流側にある。燃料配管１０は、燃料源２００からベンチュリ式ミキサ８に燃料を供給する。燃料制御弁９は、燃料配管１０の経路上に配置されている。また、クランク軸４は、発電機１２に接続されている。

燃料源２００は、単位体積当たりの発熱量が時間的に変化する燃料をエンジン１に供給する。燃料源２００は、例えば、木屑を熱分解することによってガス燃料を発生させるガス化炉である。

エンジン制御システム１００は、回転数センサ２１、出力センサ２２、給気圧力センサ２３、給気温度センサ２４、スロットル開度センサ２５、燃料制御弁開度センサ２６、及び制御装置３０を備えている。回転数センサ２１は、エンジン１の回転数、すなわちクランク軸４の回転数を検出する。出力センサ２２は、発電機１２の発電電力に基づいて、エンジン４の出力、すなわちクランク軸４の出力を検出する。給気圧力センサ２３は、スロットル弁７の下流側において、給気管５内の給気圧力（混合気の圧力）を検出する。給気温度センサ２４は、スロットル弁７の下流側において、給気管５内の給気温度（混合気の温度）を検出する。スロットル開度センサ２５は、スロットル弁７の開度を検出する。燃料制御弁開度センサ２６は、燃料制御弁９の開度を検出する。以下、スロットル開度は、スロットル弁７の開度を指し、燃料制御弁開度は、燃料制御弁９の開度を指している。

制御装置３０は、各種センサ２１−２６によって得られた検出情報に基づいて、点火プラグ１１の作動時期、スロットル開度、及び燃料制御弁開度を制御する。制御装置３０は、ＣＰＵ及びメモリ等のハードウェアと、ハードウェアを作動させるプログラムとからなっている。

（（空気過剰率維持制御））
制御装置３０は、出力目標値設定部３１、混合気流量演算部３２、スロットル制御部３３、相関関係記憶部３４、及び燃料制御弁制御部３５を備えている。設定部３１は、出力の目標値を設定する。演算部３２は、回転数の実際値、給気圧力の実際値、及び給気温度の実際値に基づいて、混合気流量の実際値を算出する。スロットル制御部３３は、出力の目標値と出力の実際値とが一致するようにスロットル弁７の開度を制御する。第１記憶部３４は、出力、燃料制御弁開度、及び混合気流量の相関関係を記憶している。燃料制御弁制御部３５は、出力の目標値、燃料制御弁開度の実際値、及び混合気流量の実際値が、相関関係を満たすように、燃料制御弁開度を制御する。

図２は、出力、燃料制御弁開度、及び混合気流量の相関関係を示す図である。図２において、縦軸は混合気流量の目標値を示しており、横軸は燃料制御弁開度を示している。図２に示される相関関係は、空気過剰率λを所定値λ０に保つように設定されている。相関関係は、３つの相関グラフＣ１、Ｃ２、及びＣ３からなっている。各相関グラフは、出力毎に設定されており、燃料制御弁開度及び混合気流量の相関を示している。相関グラフＣ１、Ｃ２、及びＣ３は、それぞれ、出力が１０ｋｗ、６ｋｗ、２ｋｗに保たれている場合を示している。

図２には、点データ群Ｃ１１−Ｃ１５、Ｃ２１−Ｃ２５、及びＣ３１−Ｃ３５が示されている。各点データは、情報として、出力、混合気流量、及び燃料制御弁開度を有している。点データＣｎｍにおいて、添字ｎは出力の大きさに対応する値であり、添字ｍは単位体積当たりの発熱量の大きさに対応する値である。ｎは１−３のいずれか１つである。出力１０ｋｗ、６ｋｗ、及び２ｋｗは、それぞれ、ｎ＝１、ｎ＝２、及びｎ＝３に対応している。ｍは１−５のいずれか１つである。添字ｍが大きくなるほど、発熱量が小さくなっている。例えば、Ｃ３１における燃料の発熱量は、Ｃ３５における燃料の発熱量よりも大きい。

各相関グラフは、出力が同一である点データ群に基づいて、特定されている。相関グラフＣ１、Ｃ２、及びＣ３は、それぞれ、点データ群Ｃ１１−Ｃ１５、点データ群Ｃ２１−Ｃ２５、及び点データ群Ｃ３１−Ｃ３５をカーブフィッティングすることによって得られている。

図２は、次の内容を示している。一般に、発熱量が低下する場合、燃料を構成する各成分において、発熱量の低い成分の濃度又は燃焼に寄与しない成分の濃度が増大している。つまり、発熱量が低下するにつれて、同一の空気量（酸素量）に対して完全燃焼を発生させるために必要な燃料量が、増大する。このため、発熱量が上昇すると理論空燃比が増大し、発熱量が低下すると理論空燃比が減少する。空気過剰率が一定に保たれている場合、発熱量が低下するにつれて、混合気流量に占める燃料流量の割合が大きくなる。一方、燃料制御弁開度の大きさは、混合気流量に占める燃料流量の割合を決定する。図２において、右側は、燃料制御弁開度の増大側、つまり混合気流量に占める燃料流量の割合の高い側、したがって発熱量の小さい側を示している。同様に、図２において、左側は、混合気流量に占める燃料流量の割合の減少側、つまり混合気流量に占める燃料流量の割合の低い側、したがって発熱量の大きい側を示している。図２において、各相関グラフは右上がりである。つまり、発熱量が低下するにつれて、混合気流量及び燃料制御弁開度が増大している。これは、混合気流量に占める燃料流量の割合の増大によって空気流量が減少するので、空気流量の不足を補うために、混合気流量自体が増大することを示している。

上述の点データ群Ｃ１１−Ｃ１５、Ｃ２１−Ｃ２５、及びＣ３１−Ｃ３５は、次のようにして、理論的に取得されている。各点データは出力及び燃料の発熱量に基づいて特定されており、各点データの座標は、出力及び燃料の発熱量を示している。燃料の発熱量は、各成分の発熱量を、濃度を重みとして加重平均することによって得られる。各成分の発熱量は、燃料を構成する各成分の化学組成に基づいて、特定される。また、単位量の各成分の完全燃焼に必要な空気量（酸素量）も、燃料を構成する各成分の化学組成に基づいて、特定される。完全燃焼に必要な空気量が特定されると、理論空燃比が特定される。空気過剰率λが所定値λ０に保たれているので、特定された理論空燃比に基づいて空燃比が特定される。更に、特定された空燃比に基づいて、燃料制御弁開度が特定される。このようにして、各点データの燃料制御弁開度が特定される。上述の各点データは、このように理論的に得られたデータである。

図３から図５を参照して、制御装置３０によって実行される空気過剰率維持制御を説明する。空気過剰率維持制御は、出力の実際値が出力の目標値に一致するようにスロットル開度を調整すると共に、空気過剰率が所定値に保たれるように燃料制御弁開度を調整する。図３から図５は、図２に示される相関グラフＣ１、Ｃ２、及びＣ３と、運転状態データ群Ｄ１ａ−Ｄ１ｃ及びＤ２ａ−Ｄ２ｃとを示している。各運転状態データは、情報として、出力の実際値、混合気流量の実際値、及び燃料制御弁開度の実際値を含んでいる。運転状態データＤ１ａ−Ｄ１ｃ及びＤ２ａ−Ｄ２ｃは、運転状態が第２相関グラフＣ２を満たすように制御される場合、つまり出力が６ｋｗに保たれる場合を示している。

図３から図５は、いずれも、運転状態の変化の様子を示している。図３から図５において、空気過剰率λの変動する範囲が異なっている。図３において、空気過剰率λは、境界値λＰよりも小さな範囲内で制御される。図４において、空気過剰率λは、境界値λＰよりも大きな範囲内で制御される。図５において、空気過剰率λは、境界値λＰに近い範囲内で制御される。ここで、境界値λＰは、空燃比が出力空燃比に保たれているときにおける空気過剰率λの値を指している。空燃比が出力空燃比よりも大きいか否かに応じて、発熱量の変動に対する出力の変動の様子が異なっている。つまり、図３から図５は、運転状態の変化における異なる三つのパターンを示している。

図３は、空気過剰率λが境界値λＰよりも小さな範囲内で制御される場合における運転状態の変化の様子を示す図である。空気過剰率λの目標値である所定値λ０も、当然ながら、境界値λＰよりも小さな範囲内に設定されている。空気過剰率λが境界値λＰよりも小さな範囲内で制御される場合、発熱量の低下に伴って出力が減少し、発熱量の上昇に伴って出力が増大する。運転状態データ群Ｄ１ａ−Ｄ１ｃは、ある時点における発熱量の低下によって空気過剰率λが所定値λ０よりも増大した後、再び空気過剰率λが所定値λ０に復帰する状況を示している。空気過剰率λが所定値λ０に保たれている場合、運転状態は、出力に対応する相関グラフを満たしている。

運転状態データＤ１ａは、過去において第２相関グラフＣ２を満たしていたが、発熱量の低下によって現時点では第２相関グラフＣ２を満たしていない。これは、具体的には次のような状況を示している。上述したように、発熱量の低下は、理論空燃比の減少を招く。一方、空燃比は、発熱量の低下前の理論空燃比に基づいて制御されている。このため、空気過剰率λが所定値λ０よりも増大する。空気過剰率λが境界値λＰからより遠ざかるので、空燃比が出力空燃比から遠ざかる。この結果、運転状態データＤ１ａの時点において、発熱量の低下によって出力が低下する。運転状態データＤ１ａにおいて、出力の実際値は出力の目標値（６ｋｗ）より小さく、空気過剰率λは所定値λ０より大きい。

スロットル制御部３３は、出力の目標値と出力の実際値とが一致するようにスロットル開度を制御する。スロットル制御部３３は、運転状態データＤ１ａにおいて減少している出力を増大させるため、スロットル開度を増大させる。スロットル開度の増大は、混合気流量及び燃料流量を増大させるので、出力が増大する。この結果、出力の実際値が出力の目標値に到達する。運転状態データＤ１ｂは、スロットル開度の制御によって、出力の実際値が出力の目標値に一致している状況を示している。運転状態データＤ１ａ及びＤ１ｂにおいて、燃料制御弁開度は変更されていない。運転状態データＤ１ｂにおいて、出力の実際値は出力の目標値（６ｋｗ）に略等しいが、空気過剰率λは所定値λ０より大きい。

説明の便宜上、ここでは、運転状態データＤ１ａからＤ１ｂへの変化は、スロットル開度の制御のみによって行われている。実際には、スロットル開度の制御及び後述の燃料制御弁開度の制御は並行して行われている。後述の運転状態データＤ１ａからＤ１ｂへの変化における説明も、同様に、スロットル開度の制御のみに基づいて説明されている。

燃料制御弁制御部３５は、出力の目標値、燃料制御弁開度の実際値、及び混合気流量の実際値が、第２相関グラフＣ２を満たすように、燃料制御弁開度を制御する。上述したように、運転状態が第２相関グラフＣ２を満たす限り、出力は一定に保たれ且つ空気過剰率λは所定値λ０に保たれている。一方、運転状態データＤ１ｂは、第２相関グラフＣ２を満たしていない。発熱量の低下による出力の低下を補うために、運転状態データＤ１ｂにおける混合気流量は、運転状態データＤ１ａにおける混合気流量よりも増大している。この結果、運転状態データＤ１ｂは第２相関グラフＣ２よりも上方にあり、空気過剰率λは所定値λ０より大きい。この場合、燃料制御弁制御部３５は、空気過剰率λを所定値λ０に近づけるために、つまり空燃比を減少後の出力空燃比に近づけるために、燃料制御弁開度を増大させる。燃料制御弁開度の増大は、混合気流量に占める燃料流量の割合を増大させ、空燃比を減少させる。この結果、空燃比が出力空燃比に近づくので、出力が増大する。一方、スロットル制御部３３は、出力が一定に保たれるように、スロットル開度を減少させる。このため、燃料制御弁開度の増大に伴って、空燃比が減少すると共にスロットル開度が減少する。図３において、混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値は、斜め右下に向けて変化する。この結果、運転状態が第２相関グラフＣ２を満たすようになる。

運転状態データＤ１ｃは、第２相関グラフＣ２を満たしている。運転状態データＤ１ｃにおいて、出力の実際値は出力の目標値に略等しく、空気過剰率λは所定値λ０に略等しい。一旦運転状態が第２相関グラフＣ２を満たすと、運転状態が第２相関グラフＣ２から外れないように、スロットル制御部３３がスロットル開度を制御すると共に燃料制御弁制御部３５が燃料制御弁開度を制御する。このため、運転状態が、運転状態データＤ１ｃの状態に維持される。

運転状態データ群Ｄ１ａ−Ｄ１ｃは、発熱量が低下した場合における運転状態の変化を示している。一方、運転状態データ群Ｄ２ａ−Ｄ２ｃは、発熱量が上昇した場合における運転状態の変化を示している。運転状態データＤ２ａは、過去において第２相関グラフＣ２を満たしていたが、発熱量の上昇によって現時点では第２相関グラフＣ２を満たしていない。上述したように、発熱量の上昇は、理論空燃比の増大を招く。一方、空燃比は、発熱量の上昇前の理論空燃比に基づいて制御されている。このため、空気過剰率λが所定値λ０よりも減少する。空気過剰率λが境界値λＰに近づくので、空燃比が出力空燃比に近づく。この結果、運転状態データＤ２ａの時点において、発熱量の上昇によって出力が上昇する。運転状態データＤ２ａにおいて、出力の実際値は出力の目標値（６ｋｗ）より大きく、空気過剰率λは所定値λ０より小さい。

スロットル制御部３３は、運転状態データＤ２ａにおいて増大している出力を減少させるため、スロットル開度を減少させる。スロットル開度の減少は、混合気流量及び燃料流量を減少させるので、出力が減少する。この結果、出力の実際値が出力の目標値に到達する。運転状態データＤ２ｂは、スロットル開度の制御によって、出力の実際値が出力の目標値に一致している状況を示している。運転状態データＤ２ａ及びＤ２ｂにおいて、燃料制御弁開度は変更されていない。運転状態データＤ２ｂにおいて、出力の実際値は出力の目標値（６ｋｗ）に略等しいが、空気過剰率λは所定値λ０より小さい。

運転状態データＤ２ｂは第２相関グラフＣ２よりも下方にあり、空気過剰率λは所定値λ０より小さい。この場合、燃料制御弁制御部３５は、空気過剰率λを所定値λ０に近づけるために、つまり空燃比を増大後の出力空燃比に近づけるために、燃料制御弁開度を減少させる。燃料制御弁開度の減少は、混合気流量に占める燃料流量の割合を減少させ、空燃比を増大させる。この結果、空燃比が出力空燃比に近づくので、出力が減少する。一方、スロットル制御部３３は、出力が一定に保たれるように、スロットル開度を増大させる。このため、燃料制御弁開度の減少に伴って、空燃比が増大すると共にスロットル開度が増大する。図３において、混合気流量の実際値及び燃料制御弁開度の実際値は、斜め左上に向けて変化する。この結果、運転状態が第２相関グラフＣ２を満たすようになる。運転状態データＤ２ｃは、第２相関グラフＣ２を満たしている。

空気過剰率維持制御において、運転状態は、出力の目標値に対応する相関グラフを満たすように制御される。図３において、運転状態Ｄ１ａ、Ｄ１ｂ間における離間距離は、混合気流量の実際値と相関グラフとの離間幅を示している。空気過剰率維持制御は、この離間幅を小さくするように、スロットル開度及び燃料制御弁開度を制御する。

図４は、空気過剰率λが境界値λＰよりも大きな範囲内で制御される場合における運転状態の変化の様子を示す図である。空気過剰率λの目標値である所定値λ０も、当然ながら、境界値λＰよりも大きな範囲内に設定されている。空気過剰率λが境界値λＰよりも大きな範囲内で制御される場合、発熱量の低下に伴って出力が増大し、発熱量の上昇に伴って出力が減少する。空気過剰率維持制御は、混合気流量の実際値と相関グラフとの離間幅を小さくするように、スロットル開度及び燃料制御弁開度を制御する。

図５は、空気過剰率λが境界値λＰに近い範囲内で制御される場合における運転状態の変化の様子を示す図である。空気過剰率λの目標値である所定値λ０も、当然ながら、境界値λＰに近い範囲内に設定されている。空気過剰率λが境界値λＰに近い範囲内で制御される場合、発熱量の低下に伴って出力が減少し、発熱量の上昇に伴って出力が減少する。つまり、いずれの場合でも、出力が減少する。空気過剰率維持制御は、混合気流量の実際値と相関グラフとの離間幅を小さくするように、スロットル開度及び燃料制御弁開度を制御する。

図３から図５において、運転状態データＤ１ａ−Ｄ１ｃの変化及び運転状態データＤ２ａ−Ｄ２ｃの変化は、説明の便宜上、折れ線を描いている。しかし、スロットル開度の制御及び燃料制御弁開度の制御は常に並行して行われるため、運転状態の変化は、図３において曲線Ｖで示されるように、実際には曲線を描く。

図６を参照して、空気過剰率維持制御のフローを説明する。図６は、燃料制御弁開度を調整するためのフローを示す図である。図６は、燃料制御弁開度の制御のみを示し、スロットル開度の制御を示していない。しかし、図６に示される燃料制御弁開度の制御に並行して、スロットル開度の制御が常時実行されている。

燃料制御弁開度の制御は、具体的には次のように実行される。ステップＳ１において、演算部３２は、回転数の実際値、給気圧力の実際値、及び給気温度の実際値を取得する。回転数の実際値、給気圧力の実際値、及び給気温度の実際値は、それぞれ、回転数センサ２１、給気圧力センサ２３、及び給気温度センサ２４によって得られている。

ステップＳ２において、演算部３２は、回転数の実際値、給気圧力の実際値、及び給気温度の実際値に基づいて、単位時間当たりの混合気流量を算出する。第１実施形態において、混合気流量の実際値は、演算部３２によって算出された混合気流量を指す。

ステップＳ３において、燃料制御弁制御部３５は、出力の実際値及び燃料制御弁開度の実際値を取得する。出力の実際値は、出力センサ２２によって取得されている。燃料制御弁開度の実際値は、燃料制御弁開度センサ２６によって得られている。

ステップＳ４、Ｓ５において、燃料制御弁制御部３５は、現在の運転状態が相関関係を満たしているかどうかを判定する。ステップＳ４において、燃料制御弁制御部３５は、現在の運転状態と同一の燃料制御弁開度において、相関関係（図２）を満たす混合気流量の対応値を取得する。

例えば、運転状態が第３相関グラフＣ３を満たすように制御される場合、混合気流量の対応値は、具体的には、次のようにして、取得される。図３には、座標Ｐ１、Ｐ２が示されている。座標Ｐ１は、現在の運転状態に対応するデータを示している。座標Ｐ１は第３相関グラフＣ３から外れており、座標Ｐ２は第３相関グラフＣ３を満たしている。座標Ｐ１における燃料制御弁開度は、座標Ｐ２における燃料制御弁開度に等しい。このため、座標Ｐ２は、現在の運転状態と同一の燃料制御弁開度において、第３相関グラフＣ３を満たしている。したがって、燃料制御弁制御部３５は、第３相関グラフＣ３を満たす混合気流量の対応値として、座標Ｐ２の混合気流量を取得する。

ステップＳ５において、燃料制御弁制御部３５は、混合気流量の実際値と混合気流量の対応値との差の絶対値Ｌが、所定の許容幅Ａより大きいか否かを判定する。許容幅Ａは、運転状態が相関グラフを満たしているか否かを判定するための基準値である。絶対値Ｌが許容幅Ａ内にある限り運転状態が相関グラフを満たしているとみなされる。したがって、許容幅Ａは、比較的小さな幅に設定されている。絶対値Ｌが許容幅Ａよりも大きい場合、つまり運転状態が相関グラフを満たしていないとみなされる場合、燃料制御弁開度の制御に係るステップＳ６が実行される。絶対値Ｌが許容幅Ａよりも小さい場合、つまり運転状態が相関グラフを満たしているとみなされる場合、燃料制御弁開度の制御は実行されず、ステップＳ１が再度実行される。

ステップＳ６からＳ９において、燃料制御弁制御部３５は、混合気流量の実際値と混合気流量の対応値との差の絶対値を小さくするように、燃料制御弁開度を制御する。

ステップＳ６、Ｓ７において、燃料制御弁制御部３５は、混合気流量の実際値と混合気流量の対応値との差の絶対値Ｌを小さくするために、燃料制御弁開度を減少させればよいかそれとも増加させればよいかを判定する。ステップＳ６において、燃料制御弁制御部３５は、燃料制御弁開度を、所定の試行量だけ減少させる。ステップＳ７において、燃料制御弁開度の減少によって、絶対値Ｌが小さくなったか否かを判定する。絶対値Ｌが小さくなった場合、ステップＳ８が実行される。逆に、絶対値Ｌが大きくなった場合、ステップＳ９が実行される。

ステップＳ８において、燃料制御弁制御部３５は、燃料制御弁開度を一定量だけ増大させる。一方、ステップＳ９において、燃料制御弁制御部３５は、燃料制御弁開度を一定量だけ減少させる。この一定量は、ステップＳ６における試行量よりも大きな量である。なお、ステップＳ８における増加量としての一定量と、ステップＳ９における減少量としての一定量とは、異なる量であっても良く、絶対値Ｌが大きくなるにつれて大きくなるように変更されても良い。

ステップＳ８又はＳ９が終了すると、再度ステップＳ１が実行される。このため、発熱量の変動によって運転状態が一時的に、対応する相関グラフから外れたとしても、最終的に運転状態が対応する相関グラフを満たすようになる。

（（相関関係））
第１実施形態において、相関関係は、発熱量の変動による理論空燃比の変動に合わせて空燃比を変動させることによって、空気過剰率λを所定値λ０に保つように設定されている。第１実施形態における相関関係は、出力、燃料制御弁開度、及び混合気流量の相関を示している。ミキサ８により混合気を生成する予混合燃焼エンジン１において、空燃比に関係する制御量には、例えば、混合気流量、燃料流量、空気流量、空燃比、及び燃料制御弁開度がある。混合気流量は、燃料流量及び空気流量の合計に等しい。空燃比は、燃料流量を空気流量で割ることによって得られる値に等しい。混合気はベンチュリ式ミキサ８によって生成されるので、燃料流量、空気流量、及び燃料制御弁開度の間には、所定の関係がある。このため、出力、燃料制御弁開度、及び混合気流量の相関関係を、出力、燃料流量、及び空気流量の相関関係として表現でき、更に出力、燃料流量、及び空燃比の相関関係として表現できる。

相関関係の表現形態の変更に応じて、空燃比を制御するために用いられる制御量も変更される。相関関係が、出力、燃料制御弁開度、及び混合気流量の相関関係として表現される場合（第１実施形態）、空燃比を制御するための制御量は、出力、燃料制御弁開度、及び混合気流量である。ここで、基準となる相関関係を、例えば、出力、燃料流量、及び空燃比の相関関係に設定する。

（第２実施形態）
（（空気過剰率維持制御））
図７は、エンジン１、エンジン制御システム１００、及び燃料源２００を示す概略図である。第２実施形態では、相関関係は、出力、燃料圧力の差圧、及び混合気流量の相関関係として表現されている。これに応じて、燃料制御弁開度の制御における制御量として、燃料制御弁開度の実際値の代わりに、燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧の実際値が用いられている。このため、第２実施形態に係るエンジン制御システム１００は、燃料制御弁開度センサ２６の代わりに、上流側圧力センサ２７、下流側圧力センサ２８、及び差圧演算部３６を備えている。第２実施形態は、圧力センサ２７、２８、差圧演算部３６、及び制御量として燃料圧力の差圧及び混合気流量を用いることを除いて、第１実施形態に等しい。以下では、第２実施形態と第１実施形態との間の相違点を説明する。

上流側圧力センサ２７及び下流側圧力センサ２８は、燃料配管１０内を流れる燃料の圧力を検出する。上流側圧力センサ２７は燃料制御弁９の上流側に配置されており、下流側圧力センサ２８は燃料制御弁９の下流側に配置されている。また、制御装置３０は、更に差圧演算部３６を備えている。差圧演算部３６は、上流側圧力センサ２７によって得られる上流側圧力と、下流側圧力センサ２８によって得られる下流側圧力とに基づいて、燃料制御弁９の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧を検出する。

図８は、出力、燃料圧力の差圧、及び混合気流量の相関関係を示す図である。図８において、縦軸は混合気流量の目標値を示しており、横軸は燃料圧力の差圧を示している。相関関係は、３つの相関グラフＣａ１、Ｃａ２、及びＣａ３からなっている。各相関グラフは、出力毎に設定されており、燃料制御弁開度及び混合気流量の相関を示している。相関グラフＣａ１、Ｃａ２、及びＣａ３は、それぞれ、出力が１０ｋｗ、６ｋｗ、及び２ｋｗに保たれている場合を示している。

図９を参照して、空気過剰率維持制御のフローを説明する。図９は、燃料制御弁開度を調整するためのフローを示す図である。図９に示される燃料制御弁開度の制御に並行して、スロットル開度の制御が常時実行されている。

第２実施形態では、相関関係が、出力、燃料圧力の差圧、及び混合気流量の関係として表現されている。つまり、第２実施形態では、相関関係を表現するために、燃料制御弁開度の代わりに、燃料圧力の差圧が用いられている。このため、ステップＳ３において、第１実施形態の燃料制御弁開度の実際値の代わりに、燃料圧力が差圧の実際値が用いられている。また、ステップＳ４において、燃料制御弁開度及び図２に示される相関関係の代わりに、燃料圧力の差圧及び図８に示される相関関係が用いられている。相関関係の表現に係る制御量において燃料制御弁開度の代わりに燃料圧力の差圧が用いられている点を除いて、空気過剰率維持制御のフロー自体は、第１及び第２実施形態において同じである。

（第３実施形態）
図１０は、エンジン１、エンジン制御システム１００、及び燃料源２００を示す概略図である。第３実施形態は、混合気流量を特定するための情報として、給気圧力及び給気温度に代えて、給気圧力のみを利用している。このため、第３実施形態におけるエンジン制御システム１００は、給気圧力センサ２３を備えているが、給気温度センサ２４を備えていない。また、混合気流量演算部３２は、給気温度の検出値の情報を利用することなく、回転数の検出値、及び給気圧力の検出値に基づいて、混合気流量を算出する。第３実施形態は、給気温度の検出値を用いることなく混合気流量の検出値を取得する点を除いて、第１実施形態に等しい。

（本実施形態の効果）
本実施形態（第１−第３実施形態）に係るエンジン制御方法は、次の効果を有している。本実施形態では、出力、燃料流量、及び空燃比の相関関係が、発熱量の変動による理論空燃比の変動に合わせて空燃比を変動させることによって、空気過剰率λを所定値λ０に保つように設定されている。このため、本実施形態に係るエンジン制御方法は、相関関係を満たすように出力、燃料流量、及び空燃比を制御することによって、発熱量の変動によって理論空燃比が変動しても空気過剰率を所定値に保つことができる。

（変形例）
本エンジン制御方法は、次の変形構成を採用できる。

相関関係の表現形態は、出力、燃料流量、及び空燃比の相関関係に限定されない。空燃比を制御するための制御量として、混合気流量、燃料流量、空気流量、空燃比、燃料制御弁開度、及び燃料流量の差圧のうちの複数の量を利用できる。

出力、燃料流量、及び空燃比の相関関係は、ミキサにより混合気を生成する予混合燃焼エンジンだけでなく、インジェクターにより燃料を噴射するエンジンを含む一般のエンジンにおいて、成立する。このため、本エンジン制御方法を、一般のエンジンに適用できる。

本エンジン制御方法は、燃料流量を特定するための混合気流量を、給気圧力及び給気温度に基づいて、又は給気圧力のみに基づいて、算出できる。

本実施形態では、エンジンの出力は、発電機１２の出力に基づいて算出されている。エンジンの出力は、回転数の検出値と、予め取得された回転数とトルクとの関係とに基づいて、算出されても良い。

１ エンジン
２１ 回転数センサ
２２ 出力センサ
２３ 給気圧力センサ
２４ 給気温度センサ
２５ スロットル開度センサ
２６ 燃料制御弁開度センサ
２７ 上流側圧力センサ
２８ 下流側圧力センサ
３１ 出力目標値設定部
３２ 混合気流量演算部
３４ 相関関係記憶部
３５ 燃料制御弁制御部
３６ 差圧演算部
１００ エンジン制御システム
２００ 燃料源

Claims (5)

1. 燃料の単位体積当たりの発熱量が変動する場合にエンジンを制御するエンジン制御方法であって、
   エンジンの出力の目標値を設定する工程と、
   出力の実際値を検出する工程と、
   燃料流量の実際値と空燃比の実際値とを特定できる制御量の実際値を検出する工程と、
   出力の実際値が出力の目標値に一致するように、且つ出力の目標値、燃料流量の実際値、及び空燃比の実際値が、出力、燃料流量、及び空燃比の相関関係を満たすように、燃料流量及び空燃比を制御する工程と、を備えており、
   相関関係は、発熱量の変動による理論空燃比の変動に合わせて空燃比を変動させることによって、空気過剰率を所定値に保つように設定されている、
   ことを特徴とするエンジン制御方法。
2. 前記エンジンは、ミキサにより混合気を生成する予混合燃焼エンジンであり、
   制御量の実際値を検出する工程は、
   燃料制御弁開度の実際値を検出する工程と、
   混合気流量の実際値を検出する工程と、からなっており、
   燃料流量及び空燃比を制御する工程は、
   出力の実際値が出力の目標値に一致するように混合気流量を制御する工程と、
   出力の実際値、燃料制御弁開度の実際値、及び混合気流量の実際値が、相関関係を満たすように、燃料制御弁開度を制御する工程と、からなっており、
   相関関係は、出力、燃料制御弁開度、及び混合気流量の相関関係として表現されている、
   請求項１に記載のエンジン制御方法。
3. 前記エンジンは、ミキサにより混合気を生成する予混合燃焼エンジンであり、
   制御量の実際値を検出する工程は、
   燃料制御弁の上流側と下流側との間における燃料圧力の差圧の実際値を検出する工程と、
   混合気流量の実際値を検出する工程と、からなっており、
   燃料流量及び空燃比を制御する工程は、
   出力の実際値が出力の目標値に一致するように混合気流量を制御する工程と、
   出力の実際値、燃料圧力の差圧の実際値、及び混合気流量の実際値が、相関関係を満たすように、燃料制御弁開度を制御する工程と、からなっており、
   相関関係は、出力、燃料圧力の差圧、及び混合気流量の相関関係として表現されている、
   請求項１に記載のエンジン制御方法。
4. 混合気流量の実際値を検出する工程は、
   給気圧力の実際値を検出する工程と、
   給気温度の実際値を検出する工程と、
   給気圧力の実際値及び給気圧力の実際値に基づいて混合気流量の実際値を算出する工程と、からなっている、
   請求項２又は３に記載のエンジン制御方法。
5. 混合気流量の実際値を検出する工程は、
   給気圧力の実際値を検出する工程と、
   給気圧力の実際値に基づいて混合気流量の実際値を算出する工程と、からなっている、
   請求項２又は３に記載のエンジン制御方法。

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