JPH02298637A - 内燃機関制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は一般に内燃機関に関し、特に、天然ガス燃料に
よる内燃機関へのバイパス空気流量を調整してエンジン
の全負荷及び速度範囲に亘ってエンジンの空気／燃料比
の正確な制御を行い、且つ触媒コンバーター排出制御装
置を使用せずに、エンジンの高効率運転及び低汚染物質
の大気排出を確実に行うための新しく改良された装置及
び方法に関する。

〔従来の技術及び発明が解決しようとする課題〕従来、
最も一般に利用されている内燃機関は原動力用に液化石
油燃料を全体として利用し、多くは入口の空気及び燃料
比を制御してエンジンの空気−燃料燃焼に対して化学量
論的な平衡状態を得てきており、そして典型的な例とし
て現在では、エンジンのＮｏｘ排出量を所要の最大基準
値以下にするために、付属物である排出制御装置を必要
としている。このようなエンジンでは、気化器のバイパ
ス空気の特徴を利用して様々なエンジン運転条件で所望
の一定な空気／燃料比に制御することが多かった。

米国特許第２３６５９６８号は、周囲温度と絞り弁設定
に応答する弁によって制御されるバイパス空気を利用す
る気化器を開示している。米国特許第２７３３９０３号
も内燃機関用気化器を開示しているが、エンジン吸気マ
ニホールドにおいて低下圧力として検知される高エンジ
ン速度状態に応じて補助空気を加えている。

米国特許第３１７４４６９号は、内燃機関にバイパス空
気を利用しているが、凝縮燃料に関するエンジン運転の
問題を克服しているにすぎない。

米国特許第３０２３７４５号は、検知されたエンジン運
転圧力状態に応じて補助空気を補助ベンチュリ装置に導
入している。

米国特許第３６６９４２４号は、下流の空気／燃料圧力
を利用してエンジン無負荷運転中のベンチュリの有効面
積を変えるエンジン気化器を開示している。米国特許第
３８３１８０８号は、バイパス空気が、検知された運転
状態に応じてベンチュリの下流側に提供される気化器装
置を開示している。

米国特許第３５６１４０９号は、気化器のバイバス空気
を無負荷運転中及び惰力運転又はダウンヒル（低負荷）
運転中の液体燃料によるエンジンに利用し、エンジン排
気中の未燃焼燃料の排出を少なくしている。米国特許第
４６８６９５１号は、同様にエンジン運転中内燃機関へ
の空気の流量を変化しているが、エンジン排気中の検出
された酸素基準の函数としてバイパス空気を制御してい
る。

米国特許第３８４６０９４号も、バイパス空気が検知さ
れた指令マニホールド圧力状態に応じて調節される気化
器構成のバイパス空気を利用している。

米国特許第４３７３５００号は、エンジンアクセル（絞
り弁制御装置）の作動に応じて直接制御されるエンジン
補助空気弁装置を開示している。

米国特許第４４７９４６６号は、通常液体石油燃料を利
用している内燃機関に天然ガスを代りに導入する構成を
教示している。しかし、その代わりの内燃機関用燃料と
してプロパンを導入するために提案されたやや似た構成
が米国特許第４４９４５１５号によって開示されている
。米国特許第４４９７３０４号や複式燃料内燃機関装置
を開示している。

最後に、米国特許第４６７０１９４号も二つの異なる吸
気口を利用している気化器構成を開示している。第一吸
気口が気化器位置で少食の空気を導入して燃料と混合し
、第二吸気口が第一吸気口の下流側の位置で付加空気を
導入している。

このような従来技術の構成は、以下に記述し且つ前記特
許請求の範囲に示された内燃機関制御装置によって得ら
れるような、天然ガス燃料による内燃機関に対する正確
な運転制御を達成していない。

〔問題点を解決するための手段及び作用〕基本的には、
本発明はマイクロプロセッサ−を利用して、天然ガス燃
料による内燃機関装置における気化器絞り弁の位置決め
と、気化器空気バイパス弁の位置決めとを正確に制御す
る。このような正確な制御は、気化器弁に接続されてい
る別個の増分ステップ電動機のマイクロプロセッサ−調
整によって達成される。この新規な制御装置は開ループ
になっており、マイクロプロセッサ−はシステムエンジ
ン速度（毎分回転数）指令信号、検知された実際のエン
ジン速度状態及び検知されたエンジン負荷状態に応答す
る。エンジン気化器ベンチュリは、気化器空気バイパス
絞り弁を全閉にした場合、空気及び天然ガス燃料の化学
量論的平衡状態を提供するように基本的に設計され、且
つそのような大きさになっている。低範囲速度及び高範
囲速度の運転条件下では、空気バイパス弁が開弁状態に
偏向せしめられ、化学量論的平衡状態を越えて約４０乃
至６０％の空気を提供する。中範囲速度運転では、エン
ジン気化器空気バイパス弁が偏向開弁状態からトリムさ
れる。この制御、装置は検知された実際のエンジン速度
と、実際のエンジン出力トルクに相当する、検知された
吸気マニホールド圧力弁からプログラム化された仮指令
エンジン負荷に応答する。補助的な公害防止装置は、現
在の最小公害防止基準、特にＮｏｘ排出に関する基準に
合致しているこの内燃機関には必要がない。これによっ
て高エン°ジン運転効率がエンジン運転速度及び負荷の
全範囲に亘って得られる。

気化器を使用して単気筒又は散気筒のエンジンに空気と
燃料の混合物を供給すると、エンジンの速度及び負荷運
転範囲に亘って空気／燃料比が変動するのは当然である
。混合物変動の主な原因は気化器を通して流れる空気の
脈動する性質によるものである。上記の本発明では、エ
ンジンの予備テストから決定されるように、バイパス空
気を調整して予想される混合物の変動を補償することに
より、混合物の変動を殆ど除くことができる。

バイパス弁を制御された燃料の濃縮に使用して、エンジ
ンの始動を容易にすることができる。この混合物の濃縮
は、冷却剤温度測定値によって指示されるようにエンジ
ンの暖機運転に応じて時間と共に徐々に減少させること
ができる。従って、このバイパス絞り弁にはチョーク又
はブライマーのような付加的機器が不要である。

本発明は、この空気／燃料比制御を別な方法で狂わすよ
うな外部影響力に対して補償することもできる。このよ
うな乱れを引き起こすものは二つあって、それは空気温
度変化と燃料化学変化である。

本発明の前記及び他の利点は、本発明の好適な実施例が
詳細に記述され且つ添付図面に示されている以下の開示
から明らかになるであろう。部品の変形と構造上の特徴
及び配置は、特許請求の範囲に記載されている本発明に
もとることなく当業者にとって明らかにすることができ
るものと思われる。

〔実施例〕

本発明の好適な実施例は、第１図に概要が示されており
、全体が符号ｌＯで表わされている。装置ＩＯは、液化
石油燃料を使用する内燃機関にも適応可能と思われるが
天然ガスを燃料として使用するように構成されている従
来の内燃機関１１に一般に連結されている。この装置の
一実施例において、制御装置ｌＯは、熱ポンプの冷凍圧
縮機を駆動するために利用される単気筒内燃機関に連結
された。

制御装置１０は、下向き型気化器１２は、混合気入口消
音器付フィルター１３、燃圧調整機１４及びマイクロプ
ロセッサ−制御装置１５から基本的に構成されている。

気化器１２は、従来型のベンチュリ部１６、蝶型エンジ
ン絞り弁１７及び同じ蝶型のバイパス絞り弁１８を含ん
でいる。絞り弁１７はマイクロプロセッサ−１５によっ
て制御されるステップ電動機１９により位置決めされる
。

バイパス弁１８は弁１７と無関係にステップ電動機２０
により位置決めされ、同様にマイクロプロセッサ−１５
によって制御される。上記に関する本発明の実施例にお
いて、ステップ電動機１９及び２０は、マイクロプロセ
ッサ−１５からの各制御パルスに応じて０．９度ずつ軸
を動かして作動するように選定された。

燃圧調整機１４は、装置燃料源からベンチュリノズル２
２へ天然ガスを供給する従来型の二次圧力又は管路圧力
調節器２１を含んでいる。この調整機１４は、入口にお
いて検出された動圧をベンチュリ１６へ連結する平衡管
路２４も含んでいる。

調整機１４は、管路２４によって検出された圧力を調節
器２１で制御された調整燃料供給圧力と平衡せしめ、且
つ検出された不均衡状態に応じて調整機弁２６を作動せ
しめるたわみ圧力ダイアフラム２５を更に含んでいる。

検出された動圧が減少すると、弁２６は閉止方向へ動く
ので、ノズル２２へのガス状燃料の流れを減少させて所
望の燃料−空気比をより良好に維持する。管路２４に絞
りオリフィスを設け、且つダイアフラム２５上の調整機
１４の内部室を絞り通気孔を通して大気に通気すると、
調整機１４の性能を更に向上させて空気取り入れ口１３
におけるフィルターの様々な閉塞度合を補償することが
できる。絞り弁１７の位置はマニホールドの圧力測定に
代わるものとして有効に使用されてきた。

装置１０は、従来のエンジン回転数指令入力制御装置２
６′をマイクロプロセッサ−１５に設け、更に検知され
たエンジン速度及びエンジンマニホールド圧力人力装置
２７及び２８を各々設ければほぼ十分である。回転数セ
ンサー、即ち構成要素２７は、ホール効果センサーとそ
れに代わるものとして可変磁気抵抗ピックアップにより
行なわれてきており、マニホールド圧力の検知はピエゾ
抵抗センサー２８で得られる。

第２図は、マイクロプロセッサ−が、センサー２７．２
８によって検知されたエンジン速度及びエンジンマニホ
ールド絶対圧力状態に対して開ループ応答を行って、ス
テップ電動機２０により符号３０の領域内でバイパス絞
り弁１８のトリミングを行う様子を図式的に示している
。気化器絞り弁１７は、従来の電気機械式入力装置２６
′によって発生するエンジン速度指令信号に対して閉ル
ープ応答を行って、ステップ電動機１９によりほぼ制御
される。

第２図に示されているように、バイパス弁１８は、その
作動エンジン速度設計範囲の中間部で作動する場合のみ
、その基本開弁位置からマイクロプロセッサ−１５によ
りトリムされる。このようなトリミングは検知された吸
気マニホールド絶対圧力の函数としても大小様々に行わ
れる。一般には第２図において符号３２の領域で示され
ているように、最大トリムは、上部範囲の吸気マニホー
ルド絶対圧力値においてのみ、又エンジン運転速度中間
範囲の中央部のみにおいてのみ行われる。

このようなエンジン運転速度中間範囲の中央部は、運転
寿命が最大の定常運転のエンジン設計速度にほぼ相当し
ている。バイパス絞り弁１８の最大近傍トリム３１は、
最大トリムを除いて、吸気マニホールド絶対圧力値が低
い中間範囲エンジン速度を通して達成され、高−中間範
囲エンジン速度及び高吸気マニホールド絶対圧力値の場
合も除いて行われる。

天然ガスの燃料による単気筒内燃機関を含む本発明の一
実施例において、エンジンバイパス絞す弁１８は、毎分
０〜５００回転のエンジンクランク軸回転速度のトリム
がない状態で、基本的な４０°の開弁位置に制御された
。このようなトリムがない基本的な開弁位置は、毎分約
３１００回転以上で４１００回転もの運転速度に対して
も維持された。しかし、トリムの範囲については、９゜
が付加された（合計４９°）範囲にわたる最大トリムが
、マイクロプロセッサ−１５からのプログラム制御信号
に応じてステップ電動機２０によって行われた。このよ
うな最大トリムは、基本的に毎分１５００工ンジン回転
に集中し、マニホールド絶対圧力値の範囲が４５０〜８
２５ｍｍＨｇに渡っていた。第２図に示されているよう
に、最大近傍トリム値は２°乃至８°で付加的に開弁さ
せて得られた。このようなバイパス絞り弁１８のトリミ
ングでは、エンジンの最大運転効率が確実に得られ、燃
焼汚染物質の大気排出量が非常に少なかった。触媒コン
バーター制御装置は必要なかった。

本発明は好適な実施例及び実例により具体的に開示され
たが、ここに開示された発想は当業者によって修正及び
変形され得ることがわかる。このような修正及び変形は
本発明及び添付請求の範囲内で考慮されるものである。

〔発明の効果〕

上述の如く、本発明によれば、マイクロプロセッサ−に
よって気化器の各絞り弁を制御しているので、正確に空
気量を調整でき、空気／燃料比の変動も補償することが
できる。又、汚染物質の排出が少ないので補助的な公害
防止機器を取付ける必要がないという利点を有している
。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の内燃機関制御装置の好適な実施例の概
略図、第２図はエンジン速度及び負荷状態の全範囲に亘
って行われる空気バイパス弁の各トリミングの度合を示
すグラフである。 １１・・・・内燃機関、１２・・・・気化器、１５・・
自マイクロプロセッサ−１１６・・・・ベンチュリ部、
１７．１８・・・・絞り弁、１９．２０・・・・ステッ
プ電動機。

Claims (9)

【特許請求の範囲】
1. （１）ａ）基本燃焼空気を流して該基本燃焼空気に誘導
   燃料を流入せしめる気化器ベンチユリ手段と、 ｂ）偏向開弁位置を有し、該基本燃焼空気に平行且つそ
   の中に補助燃焼空気の流れを生じせしめトリミングを行
   って混合する気化器バイパス絞り弁手段と、 ｃ）該補助燃焼空気と誘導燃料流を有する該基本燃焼空
   気との混合物の流量を調節してエンジンを燃焼せしめる
   エンジン絞り弁手段と、 ｄ）該気化器バイパス絞り弁手段と該エンジン絞り弁手
   段とに接続されている別個のステップ電動機手段と、 ｅ）該ステップ電動機手段の各々に接続されている予め
   プログラム化されたマイクロプロセッサー手段と、 を含んでおり、該マイクロプロセッサー手段は、検知さ
   れたエンジン速度と検知されたエンジンマニホールド圧
   力又は絞り位置状態に応じて、該ステップ電動機手段の
   一方と該気化器バイパス絞り弁手段のトリム位置決めを
   制御するようにした、内燃機関制御装置。
2. （２）該マイクロプロセッサーが、エンジン速度指令と
   検知されたエンジン速度状態とに応じて、該ステップ電
   動機手段の他方と該エンジン絞り弁手段の位置決めとを
   制御する、特許請求の範囲（１）に従う装置。
3. （３）該バイパス絞り弁手段が開弁状態に偏向せしめら
   れて、全エンジン運転状態における該気化器ベンチユリ
   手段の基本燃焼空気流量の少なくとも約４０乃至６０％
   の補助燃焼空気流量を提供している、特許請求の範囲（
   １）に従う装置。
4. （４）該マイクロプロセッサー手段が、エンジン定常運
   転状態設計速度にほぼ相当する検知されたエンジン速度
   と、設計範囲の上部領域内にほぼ相当する検知されたエ
   ンジンマニホールド圧力又は絞り位置とに応じて、該気
   化器バイパス絞り弁手段のトリム位置決めを最大トリム
   位置に制御する、特許請求の範囲（１）に従う装置。
5. （５）該マイクロプロセッサー手段が、エンジン運転状
   態設計速度範囲のほぼ中低部又は中高部の領域内に相当
   する検知されたエンジン速度に応じて、該気化器バイパ
   ス絞り弁手段のトリム位置決めをゼロ近傍のトリム位置
   に制御する、特許請求の範囲（１）に従う装置。
6. （６）ａ）若干量の基本燃焼空気と誘導燃料を流し、 ｂ）偏向量の補助燃料空気を流し、 ｃ）該補助燃焼空気を該基本燃焼空気及び誘導燃料とを
   混合し、 ｄ）エンジン速度指令信号に応じて、該混合気の内燃機
   関への流量を調整し、 ｅ）検知されたエンジン速度状態と、検知されたエンジ
   ンマニホールド圧力又は絞り位置状態とに応じて、該偏
   向量の補助空気の流量のトリミングを行う、 工程を含んでいる、内燃機関への空気及び燃料の流量を
   制御する方法。
7. （７）該偏向量の補助空気が該若干量の基本燃焼空気及
   び誘導燃料の約４０乃至６０％である、特許請求の範囲
   （６）に従う方法。
8. （８）該補助空気流量のトリミングが、エンジン定常運
   転状態設計速度にほぼ相当する検知されたエンジン速度
   状態と、エンジン運転マニホールド圧力状態設計範囲の
   上部領域内にほぼ相当する検知されたエンジンマニホー
   ルド圧力又は絞り位置状態とに応じた最大トリミングで
   ある、特許請求の範囲（６）に従う方法。
9. （９）該補助空気流量のトリミングが、エンジン運転状
   態設計速度範囲のほぼ中低部又は中高部の領域内に相当
   する検知されたエンジン速度状態に応じたゼロ近傍トリ
   ミングである、特許請求の範囲（８）に従う方法。