JP3101422B2 - 副室式ガス機関の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、副室にガスあるいは
濃混合気(以下単にガスまたは燃料と記す)を供給して点
火した後、主燃焼室内の希薄混合気を燃焼させるように
構成された副室式ガス機関において、機関を最適な状態
で安定して運転するための制御装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】副室式ガス機関においては副室へのガス
の供給圧力を機関の運転状態に応じて制御することが望
ましい。このため、従来はダイアフラムを２段に配置し
た機械式レギュレータを使用し、これを吸気圧力を基準
として制御することが一般に行われている。この場合に
は、供給圧力は吸気圧力にある定数を加えた圧力に調整
されるのであるが、実際には機関の回転数が変化すると
上記の定数が変化し、適正な供給圧力が得られなくなる
という問題があった。また機械式レギュレータは負荷の
変化に伴う微妙なガス圧の変化に対応しにくく、精密な
制御が困難でサージング等の不安定な状態が生じやすい
という問題もあった。また、従来はスロットル弁下流の
吸気圧力を基準として制御しており、負荷が高い時に供
給ガス量が不足気味になることがあった。

【０００３】また、機関効率を向上する目的で高回転数
や高負荷時に点火時期を早めることが一般に行われてお
り、更に三元触媒を使用した機関ではノッキングが発生
した時に点火時期を遅らせてノッキングを回避すること
が行われている。しかしこのような制御では良好な始動
性が得られにくく、また低負荷のハイアイドル時の機関
回転数が不安定になりやすく、更に高負荷時にＮＯｘが
増加する等の問題点があった。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】この発明はこれらの点
に着目し、副室への燃料の供給圧力を適正に制御して常
に最適な状態で機関を安定して運転できるようにするこ
とを課題としてなされたものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記の課題を達成するた
めに、第１の発明では、副室に供給されるべき燃料の圧
力をスロットルの下流における吸気圧力を基準として制
御することにより吸気圧力よりも一定の圧力だけ高く調
整する機械式レギュレータと、この機械式レギュレータ
の下流に設けられた電気式の可変絞り弁と、機関の回転
数を検出する回転数検出手段と、スロットルの下流にお
ける吸気圧力を検出する吸気圧検出手段と、検出された
回転数及び吸気圧力に基づいて上記可変絞り弁を制御す
ることにより回転数と吸気圧力に応じた望ましい供給圧
力となるように上記機械式レギュレータで調整された圧
力を補正する制御部、とを備えている。図１はこの第１
発明の構成を示す図であり、Ａはガス機関、Ｂは副室、
Ｃは機械式レギュレータ、Ｄは可変絞り弁、Ｅは回転数
検出手段、Ｆは吸気圧検出手段、Ｇは制御部、Ｈはスロ
ットル弁、Ｊは圧力導管、Ｋは主燃焼室に供給される燃
料、Ｌは副室に供給される燃料である。

【０００６】また第２の発明では、副室に供給される燃
料の圧力を吸気圧力を基準として制御する機械式レギュ
レータと、このレギュレータの制御基準となる吸気圧力
をスロットルの下流側における圧力と上流側における圧
力のいずれかに切り替える切替手段と、負荷を検出して
上記切替手段を低負荷時には下流側に切り替え、高負荷
時には上流側に切り替える制御部、とを備えている。図
２はこの第２発明の構成を示す図であり、Ｍは切替手段
であって他の符号は図１と同様である。

【０００７】なお上記の発明には、更に機関の回転数を
検出する回転数検出手段と、スロットルの下流における
吸気圧力を検出する吸気圧検出手段と、副室に供給され
たガス燃料に点火する点火手段と、あらかじめ回転数と
吸気圧力に応じて設定された点火時期を実現するため
に、検出された回転数及び吸気圧力に基づいて上記点火
手段を制御することにより点火時期を始動時には早め、
低負荷時にはやや遅くし、高負荷時には更に遅くする制
御部、とを備えた構成を付加することができる。図３は
この付加される構成を示す図であり、Ｎは点火手段、
Ｎ′は点火栓であって他の符号は図１と同様である。

【０００８】

【作用】第１の発明では、副室に供給される燃料の圧力
をまず吸気圧力を基準として機械式レギュレータで調整
し、これを回転数及び吸気圧力に基づいて電気式の可変
絞り弁で補正しているので、回転数及び吸気圧力に基づ
いて副室への燃料の供給圧力を微妙にしかも応答性よく
制御することができる。また第２の発明においては、負
荷に応じて吸気圧力がスロットルの下流側と上流側のい
ずれかに切り替えられるので、副室への燃料の供給圧力
が適正に制御される。

【０００９】

【第１発明の実施例】以下、図示の各実施例について説
明する。図４は第１発明の実施例の構成を示す概略図で
あり、１はガス機関、２は主燃焼室、３は副室、４は点
火栓、５はチェックバルブ、６は吸気弁、７は排気弁、
８は吸気管、９はスロットル弁、１０は吸気圧センサ、
１１はコンプレッサ、１２はサージタンク、１３はフィ
ルタ、１４は機械式ガスレギュレータ、１５は圧力導
管、１６は可変絞り弁、１７は供給圧センサ、１８はギ
アと電磁ピックアップの組み合わせからなる回転数セン
サ、１９はコントローラである。

【００１０】吸気管８には図外のミキサーで空気と混合
された希薄混合気２１が供給され、スロットル弁９を経
て主燃焼室２に供給される。また副室用のガス２２は、
コンプレッサ１１で圧縮された後、サージタンク１２で
脈動を除去し、フィルタ１３を経て機械式のレギュレー
タ１４で調圧され、更に可変絞り弁１６で調圧されてチ
ェックバルブ５を経て副室３に供給される。上記のレギ
ュレータ１４は、圧力導管１５から供給されるスロット
ル弁９の下流における吸気圧力を基準としてこれより一
定の値だけ高い圧力に調整するものであり、また、可変
絞り弁１６はステップモータ１６ａを備えたもので、コ
ントローラ１９からの制御信号Ｓ₁でステップモータ１
６ａが作動して開度が調整されるようになっている。

【００１１】コントローラ１９には吸気圧センサ１０と
回転数センサ１８の検出信号がそれぞれ入力されてお
り、図５のような回転数Ｎと吸気圧力Ｐａの組み合わせ
に対する副室３への望ましい供給圧力Ｐｇを定めたマッ
プ１９ａから、その時に検出された回転数Ｎ及び吸気圧
力Ｐａに応じた供給圧力Ｐｇを読み出し、これに対応し
た可変絞り弁１６の開度と、そのために必要なステップ
モータ１６ａの駆動ステップ数を演算して制御信号Ｓ₁
を出力するように構成されている。なお、上記のマップ
１９ａは試験の結果に基づいて最適なものをあらかじめ
作成し、コントローラ１９に内蔵されたメモリに適宜記
憶させてある。図６は以上の制御の手順を示したフロー
チャートである。１７は実際の供給圧力Ｐｇを検出して
コントローラ１９にフィードバックするための供給圧セ
ンサである。

【００１２】図７は動作説明図である。鎖線は吸気圧力
Ｐａと供給圧力Ｐｇの１：１の線であり、破線はレギュ
レータ１４の設定圧力であって吸気圧力Ｐａより一定の
値だけ高い圧力となっている。この破線の圧力が上述し
た可変絞り弁１６の開度制御によって図の実線のように
補正されて実際の供給圧力Ｐｇとなるのであり、副室３
に供給されるガスはその時の回転数Ｎと吸気圧力Ｐａの
組み合わせに応じた適正な供給圧力Ｐｇに調圧される。
この調圧は可変絞り弁１６が電気式であるので応答性よ
く、しかも精密に行うことができるのであり、回転数や
負荷の変化に追従しながら機関１は最適な状態で運転さ
れる。このように、副室３へのガス供給圧力Ｐｇが最適
化されることにより、サイクル変動の低減とサージング
の回避も可能となり、またガス組成の変化に対応するこ
とも容易となる。

【００１３】

【第２発明の実施例】図８は第２の発明の一実施例の構
成を示す概略図である。図において、２５は過給機、２
６はインタークーラ、２７はガスレギュレータ、２８は
ミキサー、２９は切替電磁弁であり、その他は図４中の
対応するものと同一の符号でそれぞれ示してある。この
実施例は過給機付きで示してあり、主燃焼室２へはミキ
サー２８で空気と混合された希薄混合気２１が過給機２
５、インタークーラ２６、スロットル弁９を経て供給さ
れる。また、副室３へは機械式のレギュレータ１４で調
圧されたガスがチェックバルブ５を経て副室３に供給さ
れる。

【００１４】切替電磁弁２９はコントローラ１９によっ
て制御されるようになっており、圧力導管１５の上流を
スロットル弁９の下流側に接続された導管１５ａと上流
側に接続された導管１５ｂのいずれかに切り替えるもの
である。コントローラ１９は吸気圧センサ１０と回転数
センサ１８の検出信号から負荷の大きさを検出し、あら
かじめ設定された基準負荷より低負荷の場合には切替電
磁弁２９を下流側に切り替え、高負荷時には上流側に切
り替える制御信号Ｓ₂を出力する。一般に副室３に供給
するガス圧力は低負荷では低く、高負荷では高くした方
が機関の運転が安定する。この発明では切替電磁弁２９
を作動させてレギュレータ１４での調圧の基準となる吸
気圧力を切り替えることによって負荷に応じて供給圧力
を変えているのである。

【００１５】図９はその動作説明図である。すなわち、
(a)に示すように吸気圧力は負荷が高くなるにつれて上
昇するが、スロットル弁９の下流側の圧力Ｐａよりも上
流側の圧力Ｐｂが高くなっている。一方、望ましい供給
圧力Ｐｇは(b)に実線で示すように圧力ＰａあるいはＰ
ｂの線よりも傾斜が大であるから、負荷の増大に応じ
て、その途中で下流側の低い圧力Ｐａから上流側の高い
圧力にＰｂに基準圧力を切り替えることによって、レギ
ュレータ１４によって調整される供給圧力Ｐｇを高負荷
時には高めに設定することができるのである。このた
め、高い圧力が要求される高負荷時に適切に対応するこ
とができ、副室３への供給圧力が低いために高負荷時に
ガス量が不足気味になるということがなく、負荷の全域
にわたって良好な運転特性を得ることができるのであ
る。なお、このような処置は既に使用中の機関について
も簡単に実施することができる。

【００１６】

【他の実施例】図１０は他の実施例の構成を示す概略図
である。図において、３１はバッテリ、３２は点火コイ
ル、３３はイグナイタ、３４は点火コイルパルサーであ
り、その他は図４中の対応するものと同一の符号でそれ
ぞれ示してある。イグナイタ３３は点火コイルパルサー
３４からの信号を基にしてバッテリ３１からの電流をオ
ン、オフし、点火コイル３２で高電圧を発生させ、その
発生時期をコントローラ１９からの制御信号Ｓ３で制御
されることによって点火時期を調整できるように構成さ
れている。

【００１７】周知のように負荷は回転数Ｎ及び吸気圧力
Ｐａによって検出できるので、コントローラ１９には図
５に準じたマップ、すなわち回転数Ｎ及び吸気圧力Ｐａ
に対する望ましい点火時期を定めたマップが記憶させて
ある。このマップは点火時期を始動時には早め、低負荷
時にはやや遅くし、高負荷時には更に遅くするようなも
のとなっており、コントローラ１９は入力された吸気圧
センサ１０と回転数センサ１８の検出信号から検出され
た回転数Ｎ及び吸気圧力Ｐａに応じた点火時期を読み出
し、これに対応した制御信号Ｓ₃をイグナイタ３３に対
して出力するのである。

【００１８】図１１は点火時期マップの一例であり、機
関回転数に対しては、(a)のように例えば回転数０では
１５°の進角、１５００ｒｐｍでは１２°の進角となる
ようにしてあり、回転数が高くなるほど点火時期が遅く
なる。また負荷に対しては、(b)のように例えば０％負
荷で１２°の進角、１００％負荷で７°の進角としてあ
り、負荷が増えるほど点火時期が遅くなる。

【００１９】図１２は始動時から定常運転に至るまでの
概略のタイムチャートであり、ａ、ｂ、ｃ及びｄはそれ
ぞれ機関回転数、主燃焼室２への燃料供給、副室３への
燃料供給及び進角(点火時期)を示している。機関回転数
のグラフａにおいてＴで示してある期間はセルモータの
駆動による回転を示しており、この間は主燃焼室２への
ガス供給のみ行われ、点火時期は最も進んでいる。期間
Ｔの終了後、回転が立ち上がるにつれて点火時期は遅く
なり、一定の回転数に達すると副室３にガスが供給され
て副室運転が開始され、定格の回転数に達すると点火時
期は最も遅い一定値となるのである。

【００２０】以上のような制御により、最適な状態で機
関を運転することが容易となり、低負荷のハイアイドル
時の機関回転数が安定するので例えば系統連携を行いや
すくなり、更に高負荷時におけるＮＯｘの発生が低減さ
れ、また機関の始動性が改善されるのである。なお、上
記の各実施例では第１及び第２の発明をそれぞれ単独で
実施しているが、両発明を組み合わせて１台の副室式ガ
ス機関に同時に実施できることはもちろんであり、更に
必要に応じて図１０に示した構成を付加することもでき
る。

【００２１】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この出
願の第１の発明は、副室に供給される燃料の圧力をまず
スロットルの下流における吸気圧力を基準として機械式
レギュレータで制御し、これを更に電気式の可変絞り弁
により回転数及び吸気圧力に基づいて補正するようにし
たものである。このように、機械式レギュレータにより
調整された圧力を電気式の可変絞り弁で補正しているの
で、回転数及び吸気圧力に基づいて副室への燃料の供給
圧力を微妙にしかも応答性よく制御することができ、回
転数や負荷の変化に追従しながら機関を最適な状態で運
転することが容易になると共に、サージングのような不
安定な運転を防止し、またガス組成の変化に対応するこ
とも容易となる。

【００２２】また第２の発明は、レギュレータで副室に
供給される燃料の調圧を行う時の制御基準となる吸気圧
力を負荷に応じて切り替え、低負荷時にはスロットルの
下流側の圧力を用い、高負荷時には上流側の圧力を用い
るようにしたものである。従って、副室への燃料供給圧
力が適正に制御されて負荷が高い時に供給ガス量が不足
気味になることがなくなり、回転数と負荷が異なるあら
ゆる運転状態に対応して負荷全域にわたり良好な運転特
性を得ることが可能となり、安定した運転を行うことが
できる。

【００２３】またこれらの発明に、副室に供給されたガ
ス燃料への点火時期を回転数及び吸気圧力に基づいて電
気的に制御し、点火時期を始動時には早め、低負荷時に
はやや遅くし、高負荷時には更に遅くする構成を付加す
ることにより、始動性を向上し、また低負荷のハイアイ
ドル時の機関回転数を安定させ、更に高負荷時における
ＮＯｘの発生を低減することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の発明の構成を示す図である。

【図２】第２の発明の構成を示す図である。

【図３】上記の発明に付加される構成を示す図である。

【図４】第１の発明の一実施例の概略構成図である。

【図５】同実施例における制御用マップの構成を示す図
である。

【図６】同実施例の制御手順のフローチャートである。

【図７】同実施例の動作説明図である。

【図８】第２の発明の一実施例の概略構成図である。

【図９】同実施例の動作説明図である。

【図１０】上記の発明に付加される一実施例の概略構成
図である。

【図１１】同実施例の動作説明図である。

【図１２】同実施例のタイムチャートである。

【符号の説明】

１ ガス機関 ３ 副室 ４ 点火栓 ８ 吸気管 ９ スロットル弁 １０ 吸気圧センサ １４ 機械式ガスレギュレータ １５，１５ａ，１５ｂ 圧力導管 １６ 可変絞り弁 １８ 回転数センサ １９ コントローラ ２９ 切替電磁弁 ３３ イグナイタ Ｓ₁、Ｓ₂、Ｓ₃ 制御信号

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 副室に供給されるべき燃料の圧力をスロ
   ットルの下流における吸気圧力を基準として制御するこ
   とにより吸気圧力よりも一定の圧力だけ高く調整する機
   械式レギュレータと、この機械式レギュレータの下流に
   設けられた電気式の可変絞り弁と、機関の回転数を検出
   する回転数検出手段と、スロットルの下流における吸気
   圧力を検出する吸気圧検出手段と、検出された回転数及
   び吸気圧力に基づいて上記可変絞り弁を制御することに
   より回転数と吸気圧力に応じた望ましい供給圧力となる
   ように上記機械式レギュレータで調整された圧力を補正
   する制御部、とを備えたことを特徴とする副室式ガス機
   関の制御装置。
2. 【請求項２】 副室に供給される燃料の圧力を吸気圧力
   を基準として制御する機械式レギュレータと、このレギ
   ュレータの制御基準となる吸気圧力をスロットルの下流
   側における圧力と上流側における圧力のいずれかに切り
   替える切替手段と、負荷を検出して上記切替手段を低負
   荷時には下流側に切り替え、高負荷時には上流側に切り
   替える制御部、とを備えたことを特徴とする副室式ガス
   機関の制御装置。