JP5831377B2 - ガスエンジンの制御装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスエンジンの制御装置に関するものである。

例えば住宅等の建物に設けられるガスコジェネレーションシステムでは、都市ガスを燃料とする定置式ガスエンジンが用いられ、そのガスエンジンに対しては、ガス供給設備であるガスホルダからガス配管を介してガス燃料（都市ガス）が連続的に供給される。

ここで、例えば都市ガスの場合には、ガス発熱量（所定体積当たりの発熱量）についての規定はあるものの、組成についての規定はなく、ガスエンジンで燃焼に供されるガス燃料について組成が日によってランダムに変化することが考えられる。この場合、ｐｐｍオーダの組成変化が生じることで、ガスエンジンにおいて燃焼状態が変化し、ノックや失火が生じることが考えられる。

こうした組成変化に対処する技術として、ガスエンジンの吸気系統に、ガスクロマトグラフィ機能を有するガス組成測定装置を設け、そのガス組成測定装置の測定結果に基づいて、点火時期制御や空燃比制御を実施する技術が提案されている（例えば特許文献１参照）。この先行技術では、ノッキングの回避や窒素酸化物の排出抑制が図られている。

特開２００３−１４８１８７号公報

しかしながら、上記特許文献１の技術では、燃料組成を測定するためのガス組成測定装置が必須となり、例えば安価なコジェネレーションシステムを構築しようとする場合に支障になると考えられる。

本発明は、コストの上昇を抑えつつ、ガス燃料の組成によらず安定した燃焼を実現することができるガスエンジンの制御装置を提供することを主たる目的とするものである。

以下、上記課題を解決するための手段、及びその作用効果について説明する。

第１の発明は、ガス供給設備（Ｌ２）からガス供給経路（Ｌ１）を介してガス燃料が供給され、そのガス燃料を燃焼室内で燃焼させる火花点火式のガスエンジン（１０）に適用される。そして、前記ガスエンジンでの燃焼により生じる実トルクに相当するトルク相当値を算出する算出手段と、前記算出手段により算出されたトルク相当値と、あらかじめ定められた基準トルク値との差に基づいて、前記ガス燃料の組成変化に伴う点火時期の補正の要否を判定する判定手段と、前記判定手段により点火時期補正を要すると判定された場合に、前記トルク相当値と前記基準トルク値との差に基づいて点火時期を制御する点火制御手段と、を備えることを特徴とする。

上記のガスエンジンにおいて、当該エンジンで燃焼に供されるガス燃料の組成が変化すると、ノックや失火の発生により燃焼状態が変化し、実トルクが意図せず変動する。この点、上記のとおりトルク相当値と基準トルク値との差に基づいて点火時期補正の要否を判定し、さらにそのトルクの差に基づいて点火時期を制御するようにしたため、ノックや失火が発生してもその発生を抑制して燃焼状態の改善を図ることができる。こうした制御によれば、ガス組成を測定する測定装置は不要となっている。

また、燃料組成が変化する場合、ガス供給設備において組成変化が比較的急峻に生じたとしても、ガス供給経路におけるガス燃料の流通により、ガスエンジンでは組成変化が緩やかなものになると考えられる。この点、都度の実トルクに相当するトルク相当値と、あらかじめ定めた基準トルク値との差に基づいて、点火時期補正の要否（ガス燃料の組成変化に伴う点火時期補正の要否）を判定する構成としたため、ガスエンジンにおいて燃料組成が緩やかに変化する場合にあっても、その変化を把握した上で、点火時期補正の要否を好適に判定できる。つまり、燃料組成が緩やかに変化する場合、時間で前後するトルク相当値同士の比較ではトルク変動を把握しづらくなるが、都度のトルク相当値と基準トルク値との比較を行うことで、トルク変動の把握が容易となっている。

以上により、コストの上昇を抑えつつ、ガス燃料の組成によらず安定した燃焼を実現することができる。

発明の実施の形態におけるエンジン制御システムの概略を示す構成図。 燃料組成の変化とそれに伴うトルク変化とを示すタイムチャート。 エンジン回転速度の変化と瞬時トルクの変化とを示すタイムチャート。 点火時期制御の処理手順を示すフローチャート。 点火時期制御をより具体的に説明するためのタイムチャート。 第２の実施形態における点火時期制御の処理手順を示すフローチャート。 トルク偏差と点火オフセット値との関係を示す図。 第２の実施形態における点火時期制御をより具体的に説明するためのタイムチャート。

以下、本発明を具体化した実施形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、コジェネレーションシステムに用いられる小型のガスエンジンについて具体化しており、同エンジンは発電用エンジンとして用いられる。また、本実施形態のガスエンジンは、定置式エンジンであり、都市ガス供給設備から本コジェネレーションシステムに供給される都市ガス（メタンを主成分とする天然ガス）を燃料として運転される。

（第１の実施形態）
図１において、エンジン１０は、火花点火式の多気筒ガスエンジンであり、エンジン本体１１に吸気管１２と排気管１３とが接続されている。吸気管１２には、ガス配管Ｌ１を介してガス供給設備Ｌ２から送られてくるガス燃料（都市ガス）を吸気管１２内に供給（放出）するガス供給弁１４が設けられている。このガス供給弁１４が燃料供給装置に相当し、エンジン運転中においてガス供給弁１４の弁開度が調整されることにより吸気管１２に対する燃料供給量が調整される。

ガス配管Ｌ１は、ガス供給設備Ｌ２であるガスホルダ（ガス貯蔵タンク）等から本コジェネレーションシステムが設置される建物までガス燃料を給送する給送配管であり、このガス配管Ｌ１によりガス供給経路が形成されている。本システムでは、大気圧付近の低圧状態でガス燃料をエンジン１０に供給するようになっており、ガス供給圧、すなわちガス供給弁１４に供給されるガス圧力は、大気圧よりも僅かに高い程度で、１１０ｋＰａ（１．１気圧程度）となっている。

ガス供給弁１４は、ガス燃料を流通させるガス通路と、そのガス通路の開口面積を可変調整可能な弁体と、弁体を所望のリフト位置に駆動させるソレノイド等の駆動部とを有する比例制御弁であり、弁体リフト量に応じて通路開口面積を変更することで吸気管１２内へのガス供給量（ガス放出量）を調整する。この場合、通路開口面積を大きくすることで吸気管１２内へのガス供給量が増加し、通路開口面積を小さくすることで吸気管１２内へのガス供給量が減少する。ガス供給弁１４は、吸気管１２において吸入空気を各気筒に分配するマニホールド部分よりも上流側、すなわち吸気管集合部に設けられている。なお、ガス供給弁１４は、スロットル弁（図示略）の下流側に設けられ、吸気負圧によりガス燃料を吸気管１２内に放出するものであるとよい。

エンジン１０が運転中となるエンジン運転状態下では、吸気管１２内において、吸気管上流部から流れてくる新気とガス供給弁１４により供給されるガス燃料とが混合され、その混合気が吸気管下流側に給送される。

エンジン本体１１の吸気ポート及び排気ポートには、それぞれ吸気バルブ２１及び排気バルブ２２が設けられている。吸気バルブ２１は燃焼室２５の吸気側開口部を開閉し、排気バルブ２２は燃焼室２５の排気側開口部を開閉する。これら各バルブ２１，２２はカム軸２３，２４の回転に応じて開閉動作し、吸気バルブ２１の開動作により吸気管１２内の空気が燃焼室２５内に導入され、排気バルブ２２の開動作により燃焼後の排気が排気管１３に排出される。

エンジン本体１１には気筒ごとに点火プラグ２６が取り付けられている。点火プラグ２６は、エンジン本体１１のヘッド部分に、燃焼室２５内に点火電極が露出した状態で取り付けられている。点火プラグ２６には、点火コイル等よりなる点火装置２７を通じて、所望とする点火時期において高電圧が印加される。この高電圧の印加により、各点火プラグ２６の対向電極間に火花放電が発生し、燃焼室２５内の混合気が着火され燃焼に供される。その他、エンジン本体１１には、エンジンシリンダ内を往復動するピストン２８と、ピストン２８の往復動に応じて回転するクランク軸２９とが設けられている。

排気管１３には、排気を浄化するための触媒３１が設けられている。触媒３１は、例えば酸化触媒からなる。また、排気管１３には、触媒上流側において、排気を検出対象として混合気の空燃比を検出する空燃比センサ３２が設けられている。

ＥＣＵ４０は、ＣＰＵ４０ａや、ＲＯＭ、ＲＡＭ等からなるメモリ４０ｂよりなる周知のマイクロコンピュータを主体として構成され、ＲＯＭに記憶された各種の制御プログラムを実行することで、都度のエンジン運転状態に応じてエンジン１０の各種制御を実施する。具体的には、ＥＣＵ４０には、上述の空燃比センサ３２以外に、エンジン回転速度を検出する回転速度センサ４１や、吸気管内圧力等をエンジン負荷として検出する負荷センサ４２が接続されており、これら各センサの検出信号がＥＣＵ４０に逐次入力される。なお、エンジン負荷として、コジェネレーションシステムにおける発電の要求量を検出することも可能である。そして、ＥＣＵ４０は、それら入力した各種検出信号に基づいて、ガス供給弁１４によるガス燃料の供給量や、点火プラグ２６による点火時期等について各々制御指令値を算出するとともに、この制御指令値に基づいてガス供給弁１４、点火装置２７等の駆動を制御する。

ところで、ガス供給設備Ｌ２から供給されるガス燃料（都市ガス）は、種々の要因で組成が変化することが考えられ、例えばガス供給設備Ｌ２において、メタン、エタン、プロパン、ブタン等の混合比率が日ごとに変わるなどして燃料組成が変化することが考えられる。この場合、燃料組成の変化が生じると、エンジン１０において燃焼状態が変化し、例えばノックや失火が発生する。そこで本実施形態では、エンジン１０の燃焼状態を燃焼トルクにより監視するとともに、その監視結果に基づいて点火時期制御を実施する。そして、こうした点火時期制御により、ガス燃料の組成変化が生じた場合にも、ノックや失火の発生を抑制して燃焼状態の適正化を図るようにしている。

また、定置式エンジンでは、一般にガス供給設備Ｌ２までの距離が長く、ガス供給設備Ｌ２で燃料組成が変化した場合には、その組成変化はガス燃料がガス配管Ｌ１を通過する際に次第になまされる。そのため、実際にエンジン１０に到達して燃焼に供されるガス燃料としては、ガス供給設備Ｌ２での燃料組成の変化時点から時間の経過に伴いその燃料組成が徐々に変化するものとなり、燃焼トルクの変化も徐々に生じるものとなっている。

ガス燃料の組成変化とそれに伴うトルク変化とを図２により説明する。図２（ａ）では、タイミングｔ１で、ガス供給設備Ｌ２において燃料組成がＡからＢに変化しており、それに伴いタイミングｔ２〜ｔ３で、エンジン１０でのガス燃料の組成変化が生じている。この場合、エンジン１０での組成変化は、ガス供給設備Ｌ２での組成変化に対してガス配管Ｌ１の輸送時間分だけ遅れ、かつその輸送途中での混合により徐々に生じると考えられる。そのため、ガス燃料の組成変化に伴う燃料トルクの変化は徐々に生じるものとなっている。なお、こうした遅れは、各建物のコジェネレーションシステムごとに相違するとも考えられる。

燃料組成が変化すると、エンジン１０においてノックや失火が生じやすくなる。この場合、組成Ａから組成Ｂへの変化により例えばメタン比率が下がりかつブタン比率が上がると、ノックに伴う異常燃焼が生じやすくなることから、図示のごとく燃焼トルクが増加する。

また、図２（ｂ）では、タイミングｔ５で、ガス供給設備Ｌ２において燃料組成がＡからＣに変化しており、それに伴いタイミングｔ６〜ｔ７で、エンジン１０でのガス燃料の組成変化が生じている。この場合、組成Ａから組成Ｃへの変化により例えばメタン比率が上がりかつブタン比率が下がると、失火が生じやすくなることから、図示のごとく燃焼トルクが減少する。

本実施形態では、エンジン１０での燃焼により生じる実トルクに相当するトルク相当値を、エンジン１０の瞬時回転速度に基づいて算出し、そのトルク相当値により、点火時期補正の要否（すなわち、ガス燃料の組成変化に伴う点火時期補正の要否）を判定する。そして、点火時期補正を要すると判定された場合に、トルク相当値と、あらかじめ定めた基準トルク値との差に基づいて点火時期を制御することとしている。

エンジン回転速度ＮＥ（瞬時回転速度）に基づいて燃焼トルクを算出する技術は、既に知られた技術であるが、その概要をここで簡単に説明する。エンジン１０では、各気筒での燃焼によりクランク角度に応じてエンジン回転速度ＮＥが変動し、燃焼サイクル内の各行程に応じて回転速度の上昇と回転速度の降下とが繰り返される。すなわち図３（ａ）に示すように、４気筒エンジンの場合、各気筒の燃焼順序は第１気筒（＃１）→第３気筒（＃３）→第４気筒（＃４）→第２気筒（＃２）であり、１８０°ＣＡごとに燃焼室２５内に燃料が流入し燃焼に供される。このとき、１気筒ずつの燃焼周期（１８０°ＣＡ周期）で見ると、燃焼に伴いクランク軸２９に回転力が付与されてエンジン回転速度ＮＥが上昇するとともに、その後クランク軸等に作用する負荷によりエンジン回転速度ＮＥが降下する。なお、図３（ａ）に示すエンジン回転速度ＮＥは、クランク軸２９が所定角度（本実施形態では６°ＣＡ）回転する度にその回転に要した時間から算出される回転速度であり、これが瞬時回転速度である。

気筒ごとのトルクの推定に関して具体的には、フィルタ手段としてのＢＰＦ（帯域フィルタ）によりエンジン回転速度ＮＥの回転変動成分のみを抽出し、それを瞬時トルクＮＥｆｌｔとして算出する（図３（ｂ）参照）。このとき、回転速度センサ４１の検出信号（ＮＥパルス）により算出されるエンジン回転速度ＮＥにはノイズや検出誤差による要因が含まれており、実際の回転速度に対して回転速度の検出値がばらつくが、ＢＰＦにより高周波成分と低周波成分とが除去され、瞬時トルクＮＥｆｌｔはそれらばらつきの要因が解消されたものとなる。この瞬時トルクＮＥｆｌｔ（ｉ）は、例えば以下の式（１）により表される。

式（１）において、ＮＥ（ｉ）は回転速度の今回サンプリング値、ＮＥ（ｉ−１）、ＮＥ（ｉ−２）は回転速度の前回、前々回のサンプリング値、ＮＥｆｌｔ（ｉ−１）、ＮＥｆｌｔ（ｉ−２）は瞬時トルクの前回、前々回の値である。ｋ１〜ｋ５は定数である。

上記式（１）は、次の式（２）に表す伝達関数Ｇ（ｓ）を離散化したものである。なお、ζは減衰係数、ωは応答周波数である。

本実施形態では特に、応答周波数ωをエンジン１０の燃焼周波数としており、上記の式（１）ではω＝燃焼周波数としたことに基づいて定数ｋ１〜ｋ５が設定されている。燃焼周波数は単位角度ごとの燃焼頻度を表した角度周波数であり、４気筒エンジンの場合には燃焼周期（燃焼角度周期）が１８０°ＣＡであり、その燃焼周期の逆数により燃焼周波数が決定される。

そして、気筒ごとの瞬時トルクＮＥｆｌｔを、各気筒のＴＤＣ後所定区間において積分し、その区間積分の結果から気筒ごとのトルク（以下、気筒別トルクＮＥｔｒｑ＃１〜ＮＥｔｒｑ＃４という）を算出する。瞬時トルクＮＥｆｌｔを区間積分する範囲は、燃焼に伴う瞬時回転変化（トルク変化）を高感度に算出できる範囲であるとよく、本実施形態では、各気筒のＴＤＣ〜ＡＴＤＣ９０°ＣＡの範囲を区間積分範囲としている。ただし、区間積分範囲はこれ以外に設定されてもよく、例えば各気筒のＴＤＣ〜ＡＴＤＣ１８０°ＣＡの範囲を区間積分範囲としてもよい。区間積分範囲を気筒ごとに複数設定しておくことも可能である。なお以下の記載では、気筒別トルクＮＥｔｒｑ＃１〜ＮＥｔｒｑ＃４を単に気筒別トルクＮＥｔｒｑとも表記する。本実施形態では、気筒別トルクＮＥｔｒｑがトルク相当値である。

次に、ＥＣＵ４０のＣＰＵ４０ａにより実施される点火時期制御について説明する。図４は、点火時期制御の処理手順を示すフローチャートであり、本処理は例えば所定時間ごと（又はＮＥパルスの立ち上がりエッジごと）に繰り返し実施される。

図４において、ステップＳ１１では、気筒別トルクＮＥｔｒｑの算出処理を実施する。具体的には、前後する２つのＮＥ割込みの時刻からパルス間隔（６°ＣＡのエンジン回転に要した時間）を算出するとともに、そのパルス間隔の逆数の換算によりエンジン回転速度ＮＥ（瞬時回転速度）を算出する。そして、気筒ごとにエンジン回転速度ＮＥのＢＰＦ処理を実施するとともに、所定区間での積分処理により気筒別トルクＮＥｔｒｑを算出する。なお、ＮＥｔｒｑは図示しない別処理にて算出され、ステップＳ１１ではその算出値が読み出されるようになっていてもよい。

その後、ステップＳ１２では、気筒別トルクＮＥｔｒｑから、あらかじめ定めた基準トルク値Ｘａを減算することでトルク偏差を算出する（トルク偏差＝ＮＥｔｒｑ−Ｘａ）。基準トルク値Ｘａは、エンジン１０に対する要求トルクに応じて定められ、要求トルクが一定なら一定値のまま保持されている。

その後、ステップＳ１３では、正側のトルク偏差が所定の判定値ｔｈ１よりも大きいか否かを判定し、ステップＳ１４では、負側のトルク偏差が所定の判定値ｔｈ２よりも大きいか否かを判定する。ここで、ＮＥｔｒｑ−Ｘａ＞ｔｈ１であればステップＳ１３が肯定され、−（ＮＥｔｒｑ−Ｘａ）＞ｔｈ２であればステップＳ１４が肯定される。判定値ｔｈ１はノッククライテリアであり、判定値ｔｈ２は失火クライテリアであるとも言える。これらの判定値ｔｈ１，ｔｈ２は、トルク偏差の有無を判定する上での不感帯を定めたものであり、例えば不感帯の幅は正負両側で同じである（ｔｈ１＝ｔｈ２）。ただし、正負両側で不感帯の幅を不同にすることも可能である。ステップＳ１３，Ｓ１４が判定手段に相当する。

ステップＳ１３がＹＥＳならステップＳ１５に進み、現点火時期を遅角側に補正するための遅角補正値を設定する。このとき、遅角補正値はトルク偏差の大きさに基づいて可変に設定されるとよい。ただし、遅角補正値は一定値であってもよい。そして、続くステップＳ１６では、その遅角補正値により点火時期の遅角補正を実施する。

また、ステップＳ１４がＹＥＳならステップＳ１７に進み、現点火時期を進角側に補正するための進角補正値を設定する。このとき、進角補正値はトルク偏差の大きさに基づいて可変に設定されるとよい。ただし、進角補正値は一定値であってもよい。そして、続くステップＳ１８では、その進角補正値により点火時期の進角補正を実施する。

なお、ｔｈ２≦トルク偏差≦ｔｈ１であれば、点火時期の遅角補正及び進角補正をいずれも実施することなく、本処理を終了する。

図５は、点火時期制御をより具体的に説明するためのタイムチャートである。なお、図中の各タイミングｔ１１〜ｔ１６は、ＥＣＵ４０によりトルク偏差に応じて点火時期が補正されるタイミングを示す。この補正タイミングは、１燃焼ごとでもいいし、複数燃焼ごとでもいい。複数燃焼ごととする場合、各補正タイミングで判定される気筒別トルクＮＥｔｒｑは、同一区間内（前後する補正タイミングの間の区間）の積算値又は平均値であるとよい。

図５において、タイミングｔ１１以前は、エンジン１０での燃料組成が一定（組成Ａ）で保持されており、気筒別トルクＮＥｔｒｑは基準トルク値Ｘａに略一致している。このときの点火時期はＩＧＡである。そして、タイミングｔ１１で燃料組成が変化し始めると、それに伴い気筒別トルクＮＥｔｒｑが基準トルク値Ｘａに対して変化する。ここでは、組成変化の開始後において、ノックの発生に起因して気筒別トルクＮＥｔｒｑが増加する事例を示している。

その後、タイミングｔ１２では、トルク偏差が判定値ｔｈ１よりも大きくなったことが判定され、点火時期が遅角補正される。このとき、点火時期の遅角補正によりエンジン１０におけるトルク増加が抑えられるものの、燃料組成がＡ→Ｂの変化途中であるため、気筒別トルクＮＥｔｒｑは基準トルク値Ｘａまでは減らず、次のタイミングｔ１３でもトルク偏差が所定の判定値ｔｈ１よりも大きくなっている。こうして、燃料組成が組成Ｂになるまで、点火時期の遅角補正が繰り返し実施される。なお、図５では、各タイミングでのトルク偏差が概ね同一になっているが、これはその都度任意であり、大小変化したり、一時的にトルク偏差＜ｔｈ１となったりすることも考えられる。

燃料組成が組成Ｂになったタイミングｔ１６以降は、点火時期をＩＧＢとして点火時期制御が実施される。これにより、気筒別トルクＮＥｔｒｑは、再び基準トルク値Ｘａに略一致することになる。

図示は省略するが、燃料組成がＡからＣに変化する場合（図２（ｂ）参照）には、組成変化の開始後において、失火の発生に起因して気筒別トルクＮＥｔｒｑが減少する。この場合、トルク偏差（負側のトルク偏差）が判定値ｔｈ２よりも大きくなったことが判定されると、点火時期が進角補正される。これが、燃料組成が組成Ｃになるまで繰り返し実施される。

以上詳述した本実施形態によれば、以下の優れた効果が得られる。

エンジン１０での実トルクに相当するトルク相当値（気筒別トルクＮＥｔｒｑ）と基準トルク値との差に基づいて、ガス燃料の組成変化に伴う点火時期の補正の要否を判定し、さらにトルク相当値と基準トルク値との差（トルク偏差）に基づいて点火時期を制御するようにした。これにより、ガス燃料の組成変化に起因してノックや失火が発生してもその発生を抑制して燃焼状態の改善を図ることができる。こうした制御によれば、ガス組成を測定する測定装置は不要となっている。

トルク相当値（気筒別トルクＮＥｔｒｑ）と基準トルク値との差に基づいて点火時期補正の要否を判定する構成としたため、定置式のガスエンジンにおいて燃料組成が徐々に変化する場合にあっても、その変化を把握した上で、点火時期補正の要否を好適に判定できる。つまり、燃料組成が徐々に変化する場合、時間で前後するトルク相当値同士の比較ではトルク変動を把握しづらくなるが、都度のトルク相当値と基準トルク値との比較を行うことで、トルク変動の把握が容易となっている。以上により、コストの上昇を抑えつつ、ガス燃料の組成によらず安定した燃焼を実現することができる。

トルク相当値としての気筒別トルクＮＥｔｒｑを算出する際に、燃焼により変動する瞬時回転速度をＢＰＦにかけて瞬時トルクＮＥｆｌｔを算出し、さらにその瞬時トルクＮＥｆｌｔを一定区間積分することで気筒別トルクＮＥｔｒｑ（気筒別運動量）を算出するようにした。これにより、１燃焼ごとに組成変化の把握が可能となるため、ガス燃料の組成変化を適正に把握でき、ひいては点火時期制御の精度を高めることができる。

トルク偏差に基づいて点火時期補正の要否を判定する構成において、ノッククライテリアとしての判定値ｔｈ１と、失火クライテリアとしての判定値ｔｈ２とを定めておき、これにより点火時期を遅角側、進角側のいずれに補正するかを決定する構成とした。これにより、都度の燃料組成がノックを生じやすいものか、失火を生じやすいものかを適宜判断しながら、適正な点火時期補正を実施できる。

また、判定値ｔｈ１，ｔｈ２により、点火時期補正の要否判定の不感帯を定めるようにした。この場合、トルク偏差が生じていてもそれが不感帯に入っていれば不要に点火時期補正が実施されることを抑制できる。都市ガスをガス燃料として用いる場合、ガスホルダ等のガス供給設備Ｌ２でガス燃料の組成が比較的急峻に変化しても、エンジン１０ではその組成変化が緩やかになる（なお比較のために言えば、車載エンジンでは燃料補給後にトルク偏差が一気に生じることとなる）。そのため、燃焼ごとに発生するトルク偏差は僅かになると考えられ、その僅かなトルク偏差に対応して点火時期補正を実施しようとすると、無用な演算が繰り返されるか、又はシステムとして過剰な精度が付加されることになる。この点、不感帯を定めることで、無用な演算が繰り返されたり、システムとして過剰な精度が付加されたりすることを抑制できる。

（第２の実施形態）
上記実施形態では、ガス燃料の組成変化が生じた場合に、その時点から現点火時期を進角側及び遅角側のいずれかに補正する構成としたが、本実施形態ではこの構成を変更する。本実施形態では、ガス燃料の組成としてノミナルの組成を定めておき、ガス燃料の組成変化が生じた場合に、そのノミナルの組成のガス燃料に対応する点火時期（基準点火時期）で燃焼を行わせる。そして、その燃焼により生じるトルク偏差に基づいて点火時期補正を実施する。例えば、メタン、エタン、プロパン、ブタンについて最も生じやすい代表的な組成をノミナルの組成として定めておくとよい。

また特に、ガス燃料の組成変化が生じる区間である過渡期において、ノミナルの組成での点火時期である基準点火時期で点火制御を実施した時のトルク偏差から算出した補正値により第１点火制御を実施し、その後、第１点火制御を実施した時のトルク偏差に基づいて第２点火制御を実施することとしている。

図６は、ＥＣＵ４０のＣＰＵ４０ａにより実施される点火時期制御の処理手順を示すフローチャートであり、本処理は例えば所定時間ごと（又はＮＥパルスの立ち上がりエッジごと）に繰り返し実施される。

図６において、ステップＳ２１では、気筒別トルクＮＥｔｒｑの算出処理を実施し、続くステップＳ２２では、気筒別トルクＮＥｔｒｑから基準トルク値Ｘａを減算してトルク偏差を算出する（トルク偏差＝ＮＥｔｒｑ−Ｘａ）。これらステップＳ２１，Ｓ２２の処理は図４のステップＳ１１，Ｓ１２と同様である。

その後、ステップＳ２３では、組成変化が生じている状態であることを示す組成変化フラグが０であるか否かを判定する。このとき、前回以前に組成変化が生じているとの判定がなされていなければ、組成変化フラグが０のまま保持されており、ステップＳ２３を肯定してステップＳ２４に進む。

ステップＳ２４では、ステップＳ２２で算出したトルク偏差を用い、そのトルク偏差と所定の判定値（例えばｔｈ１，ｔｈ２）との比較により組成変化が生じたか否かを判定する。この場合、判定値ｔｈ１，ｔｈ２を超えるようなトルク偏差が生じていれば、組成変化が生じた旨を判定する。なお本実施形態では、ステップＳ２４で用いる判定値として、図４のステップＳ１３，Ｓ１４で用いた判定値ｔｈ１，ｔｈ２を流用しているが、これに限定されず、別の判定値を用いてもよい。そして、続くステップＳ２５で、組成変化フラグに１をセットする。

その後、ステップＳ２６では、点火時期（点火指令値）を、ノミナルの組成での点火時期である基準点火時期とする。この場合、基準点火時期で点火火花が生じるようにして点火時期制御が実施される。

組成変化フラグがセットされた後は、ステップＳ２３が否定されてステップＳ２７に進む。ステップＳ２７では、基準点火時期での点火時期制御の直後であるか否かを判定し、肯定されればステップＳ２８に進み、否定されればステップＳ３０に進む。

ステップＳ２８，Ｓ２９では、組成変化が確認された後の初回の点火時期補正処理を実施する（第１点火制御に相当）。すなわち、ステップＳ２８では、図７の関係を用い、基準点火時期での点火時期制御の結果として現れるトルク偏差に基づいて点火時期補正値（初回の補正値）を算出する。図７は、複数の燃料組成について基準点火時期に対する点火オフセット値（点火時期補正値）とトルク偏差（基準トルク値に対する実トルクの差）との関係を規定したものであり、ノックが生じやすい組成（組成Ｂ１，Ｂ２）については遅角側のオフセット値が用意され、失火が生じやすい組成（組成Ｃ１，Ｃ２）については進角側のオフセット値が用意されている。また、ノックが生じやすいほど又は失火が生じやすいほど、トルク偏差が大きくなる関係が定められている。この図７に示す関係は、トルク偏差に対する点火時期補正値を規定するマップとしてＥＣＵ４０内のメモリ４０ｂにあらかじめ記憶されている。

続くステップＳ２９では、基準点火時期に対して、ステップＳ２８で算出した点火オフセット値による補正を行い、その補正後の点火時期を最終の点火時期（点火指令値）とする。

また、ステップＳ３０では、組成変化の確認後における２回目以降の点火時期補正処理を実施する（第２点火制御に相当）。ステップＳ３０の処理は、図４のステップＳ１３〜Ｓ１８の処理と同様であり、トルク偏差が所定の判定値ｔｈ１よりも大きい場合には、現点火時期を遅角側に補正するための遅角補正値を設定し、その遅角補正値により点火時期の遅角補正を実施する（ステップＳ１３，Ｓ１５，Ｓ１６参照）。また、トルク偏差が所定の判定値ｔｈ２よりも小さい場合には、現点火時期を進角側に補正するための進角補正値を設定し、その進角補正値により点火時期の進角補正を実施する（ステップＳ１４，Ｓ１７，Ｓ１８参照）。

なお、図示は省略するが、トルク偏差が小さくなり、所定の判定値（例えばｔｈ１，ｔｈ２）で規定される範囲内になったら、組成変化フラグが０にクリアされるようになっている。

図８は、点火時期制御をより具体的に説明するためのタイムチャートである。なお、図中の各タイミングｔ２１〜ｔ２６は、図５と同様、ＥＣＵ４０によりトルク偏差に応じて点火時期が補正されるタイミングを示す。なおここでは、ノックが発生しがちな組成同士で組成変化が生じ（Ｂ１→Ｂ２）、その組成Ｂ１，Ｂ２のいずれでも基準点火時期に対して遅角側の補正が実施される場合を想定している。

図８において、タイミングｔ２１以前は、エンジン１０での燃料組成が一定（組成Ｂ１）で保持されており、気筒別トルクＮＥｔｒｑは基準トルク値Ｘａに略一致している。このときの点火時期はＩＧＢ１であり、基準点火時期よりも遅角側で点火時期が制御されている。そして、タイミングｔ２１で燃料組成が変化し始めると、それに伴い気筒別トルクＮＥｔｒｑが基準トルク値Ｘａに対して変化する。ここで、組成Ｂ２は組成Ｂ１よりもノックが発生しやすくなっており、組成変化の開始に伴い気筒別トルクＮＥｔｒｑが増加している。

その後、タイミングｔ２２では、トルク偏差が判定値ｔｈ１よりも大きくなったことに伴い、現点火時期に対する補正を要する旨の判定がなされ、組成変化フラグに１がセットされる。このタイミングｔ２２では、基準点火時期を点火指令値として点火時期制御が実施される。これにより、本例ではトルク偏差が一気に大きくなっている。この時生じるトルク偏差は、ノミナルの組成を基準とするトルク偏差であり、タイミングｔ２３では、そのノミナルの組成を基準として算出された点火オフセット値に応じて点火時期が制御される。その後、各タイミングｔ２４〜ｔ２６では、タイミングｔ２３の点火時期補正（初回の点火時期補正）では補正しきれなかった分の補正が実施される。つまり、燃料組成が組成Ｂ２になるまで、点火時期の遅角補正が繰り返し実施される。

以上詳述した第２の実施形態では、点火時期補正を要すると判定された場合に、基準点火時期（ノミナルの組成での点火時期）で点火制御を実施してその時のトルク偏差を算出するとともに、そのトルク偏差に基づいて、基準点火時期に対する補正値（点火オフセット値）を算出する構成とした。この場合、ノミナルの組成を基準に点火時期制御を行うことで、ガス燃料がノミナルの組成である場合との差分を考慮して点火時期の補正（トルク偏差の抑制）を実施できる。そして、補正の基準が一定であることから、その精度を高めることができる。また、ガス燃料が如何なる組成になっていても、一定の基準で点火時期補正を実施できる。

点火時期補正を要すると判定された場合に、基準点火時期で点火制御を実施した時のトルク偏差から算出した補正値により第１点火制御を実施し（図８のｔ２３）、その後、第１点火制御を実施した時のトルク偏差に基づいて第２点火制御を実施するようにした（図８のｔ２４〜ｔ２６）。この場合、組成変化が生じる過渡期の当初においては、第１点火制御により、ノミナルの組成を基準とする点火時期補正を実施できる。そして、第１点火制御によりトルク偏差が解消されていなくても、その後の第２点火制御により、トルク偏差を解消するべく点火時期補正を適正に実施できる。

（他の実施形態）
上記実施形態を例えば次のように変更してもよい。

・エンジン１０の気筒ごとに点火時期を制御する構成であってもよい。つまり、エンジン１０では、気筒ごとに吸気管１２（マニホールド部）の向きや長さが異なり、それに起因してガス流通具合が気筒ごとに相違することが考えられる。この場合、組成変化の影響がいち早く現れる気筒と、遅れて現れる気筒とができることも考えられる。この点を考慮して、気筒ごとに点火時期を制御するとよい。トルク相当値として気筒別トルクＮＥｔｒｑを算出する構成では、燃焼トルクの気筒間ばらつきを高精度に把握でき、気筒別の点火時期制御を行う場合に有利である。

・エンジン１０を休止状態から運転させる場合において、休止直前の点火時期をメモリに記憶しておき、その点火時期によりエンジン１０の運転を開始する構成としてもよい。又は、エンジン１０の運転開始時には、ノミナルの組成での点火時期である基準点火時期で点火制御を行い、その後、トルク偏差に基づいて点火時期の補正を実施する構成としてもよい。

・上記実施形態では、燃焼により変動する瞬時回転速度をＢＰＦにかけて瞬時トルクＮＥｆｌｔを算出するとともに、その瞬時トルクＮＥｆｌｔを区間積分することでトルク相当値としての気筒別トルクＮＥｔｒｑを算出する構成としたが、これを変更し、瞬時トルクＮＥｆｌｔをトルク相当値として用いることも可能である。この場合、瞬時トルクＮＥｆｌｔのピーク値（最大値）をトルク相当値としたり、ピーク値及びボトム値の差をトルク相当値としたりするとよい。

・トルク相当値を算出する構成として、瞬時回転速度により気筒別トルクＮＥｔｒｑや瞬時トルクＮＥｆｌｔを算出する構成以外を採用することも可能である。例えば、エンジン１０のクランク軸にトルクセンサを設けておき、ＥＣＵ４０がトルクセンサの検出値に基づいて、トルク相当値を算出する構成であってもよい。

１０…エンジン（ガスエンジン）、４０…ＥＣＵ（算出手段、判定手段、点火制御手段）、Ｌ１…ガス供給経路（ガス配管）、Ｌ２…ガス供給設備。

Claims (4)

1. ガス供給設備（Ｌ２）からガス供給経路（Ｌ１）を介してガス燃料が供給され、そのガス燃料を燃焼室内で燃焼させる火花点火式のガスエンジン（１０）に適用され、
   前記ガスエンジンでの燃焼により生じる実トルクに相当するトルク相当値を算出する算出手段と、
   前記算出手段により算出されたトルク相当値と、あらかじめ定められた基準トルク値との差が、所定値よりも小さい範囲で規定される不感帯よりも大きいことに基づいて、前記ガス燃料の組成変化に伴う点火時期の進角補正及び遅角補正のいずれかを実施する旨を判定する判定手段と、
   前記判定手段により点火時期補正を実施すると判定された場合に、前記トルク相当値と前記基準トルク値との差に基づいて、前回の補正が行われた現点火時期に対して進角補正及び遅角補正のいずれかを実施して点火時期を進角側又は遅角側に更新し、その点火時期により点火時期制御を実施する点火制御手段と、
   を備えることを特徴とするガスエンジンの制御装置。
2. 前記ガス燃料の組成としてノミナルの組成を定めておき、そのノミナルの組成のガス燃料が燃焼した時に生じる実トルクを前記基準トルク値とし、
   複数の燃料組成について、前記ノミナルの組成での点火時期である基準点火時期に対する補正値と前記基準トルク値に対する実トルクの差との関係が定められており、
   前記点火制御手段は、
   前記判定手段により点火時期補正を実施すると判定された場合に、前記基準点火時期で点火制御を実施してその時の前記トルク相当値と前記基準トルク値との差を算出する手段と、
   そのトルクの差に基づき、前記関係を用いて前記基準点火時期に対する補正値を算出する手段と、
   その補正値を用いて点火時期を制御する手段と、
   を備えている請求項１に記載のガスエンジンの制御装置。
3. 前記点火制御手段は、前記判定手段により点火時期補正を実施すると判定された場合において、前記基準点火時期で点火制御を実施した時の前記トルク相当値と前記基準トルク値との差に基づき前記関係を用いて算出した補正値により第１点火制御を実施し、その後、前記第１点火制御を実施した時の前記トルク相当値と前記基準トルク値との差に基づいて第２点火制御を実施する請求項２に記載のガスエンジンの制御装置。
4. 前記算出手段は、前記燃焼により変動する回転速度としての瞬時回転速度に基づいて、前記トルク相当値を算出する請求項１乃至３のいずれか一項に記載のガスエンジンの制御装置。

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