JPH04228852A - ガス機関の空燃比制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、例えば発電用やヒー
トポンプ駆動用の定置型ガス機関のように比較的大型の
ガス機関に主として使用される空燃比制御装置に関する
。

【０００２】

【従来の技術】ガス機関の普及には排気ガス中の有害成
分（ＣＯ、ＨＣ、ＮＯｘ）の低減が急務とされている。 この排気ガス対策に三元触媒を用いる場合、一般には、
三元触媒の上流に酸素センサを取り付け、この酸素セン
サからの検出信号をフィードバックして吸気側において
吸入空気に対して燃料供給量を増減させ、前記触媒の入
口において空燃比がλ＝１近傍となるように調整してい
る。

【０００３】具体的には、自動車用等の小型ガス機関に
おいて、燃料供給手段としてガス噴射器を用い、そのガ
ス噴射時間を長短変更することによって空燃比を制御す
ることが知られている（例えば特開昭５６−５６９３２
号公報参照）。しかし、このようなガス噴射器による空
燃比制御装置は小型ガス機関では充分有効に動作すると
しても、大型のガス機関では燃料ガスの供給量が大量で
あるため前記のようなガス噴射器では対応できず、従っ
て大型のガス機関にガス噴射器による空燃比制御装置を
採用することは事実上無理であった。

【０００４】また上記の公報に記載されているのは、Ｌ
ＰＧを燃料とした内燃機関において混合器で希薄混合気
を形成し、別に設けた補助燃料供給路からの補助燃料の
量を制御するものであり、スロットル弁の下流に混合器
や噴射弁が配置されている。しかしスロットル弁の下流
では吸気圧力が大きく変動するため、このような構造で
は混合気の混合比率や補助燃料の供給量を適正に保って
空燃比を的確に制御することは非常に困難であり、実用
化するには多くの問題を克服する必要があると考えられ
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】この発明はこのような
点に着目し、燃料供給量の多いガス機関であっても敏速
に燃料供給量を調整して的確に空燃比を制御できる装置
を得ることを課題としてなされたものである。

【０００６】

【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、この発明の装置では、燃料と空気を混合する混合
手段を備えた第１の供給管及び調整弁の変位により燃焼
室への燃料供給量を調整する供給量調整手段を備えた第
２の供給管とがスロットル弁の上流で合流する燃料供給
管路と、排気管路途中に設けられた酸素センサからの酸
素検出信号に基づいて燃料供給量を算出して該量に応じ
た駆動指令信号を出力する制御部と、該制御部からの駆
動指令信号に応動して前記酸素検出信号の変化時に前記
供給量調整手段の調整弁を急激に変位させた後緩速で変
位させるアクチュエータ、とを備えている。

【０００７】

【作用】第１の供給管と第２の供給管がスロットル弁の
上流で合流するので、混合手段や燃料の供給量調整手段
はスロットル弁下流における吸気圧力の変動の影響を受
けることがなく、また供給量調整手段で調整された燃料
は混合手段の下流で合流するので混合手段での混合比が
影響を受けることもない。また燃料の供給量は調整弁の
変位により調整されるので、供給量が多量であっても制
御が安定し、更にアクチュエータの急激な変位と緩速の
変位の組み合わせにより応答性のよい制御が行われる。

【０００８】

【実施例】以下、図示の一実施例について説明する。図
１は装置の概略構成図である。１は機関の燃焼室、２は
吸気管、３は排気管であり、吸気管２の上流部にミキサ
４とスロットル弁５とが配設され、前記ミキサ４に空気
供給管７が接続されている。６は燃料供給管で、上流側
にある調圧弁８より下流の部分で同圧力の主供給管６ａ
と副供給管６ｂとに分岐しており、主供給管６ａはミキ
サ４に直結しているが、副供給管６ｂはミキサ４とスロ
ットル弁５との間で吸気管２に接続されており、副供給
管６ｂの中途部に供給量調整手段９が設けられている。 １０はステップモータを用いたアクチュエータで供給量
調整手段９に付設されている。

【０００９】一方、排気管３にはその上流側から順に三
元触媒１１及び消音器１２が設けられ、三元触媒１１の
入口側に酸素センサ１３が取り付けられている。また１
４はガバナ、１５は負荷センサであって、ガバナ１４の
レバーでスロットル弁５の開度が調節され、負荷はスロ
ットル弁５の開度を通じて負荷センサ１５で検出される
。１６は前記酸素センサ１３及び負荷センサ１５からの
検出信号に基づいて供給量調整手段９を制御する制御部
であって、ＣＰＵ１７、Ａ／Ｄコンバータのような入力
インターフェース１８、パワートランジスタ等からなる
出力インターフェース１９、ＲＯＭ２０、ＲＡＭ２１等
を備えている。なお、酸素センサ１３や負荷センサ１５
の検出信号は適当なサンプリング間隔で入力される。

【００１０】図２は供給量調整手段９の構造を示す断面
図であり、本体ケーシング２２内にテーパ形ニードル弁
のような調整弁２３を備え、アクチュエータ１０の軸部
が軸方向に変位することによって調整弁２３も変位し、
調整弁２３と弁口２４との間で流量が絞られるようにな
っている。なお、アクチュエータ１０は、回転形ステッ
プモータの軸部にねじ機構を設け、回転運動を軸の直線
出力に変換する形式のものであってもよい。

【００１１】図３は動作の手順を示すフローチャートで
あり、以下この図により本装置の動作を説明する。まず
、ステップ１において酸素センサ１３から出される酸素
検出信号が入力インターフェース１８を通じてＣＰＵ１
７に入力される。この場合、酸素センサ１３の近傍の酸
素濃度は図４の（Ａ）に示すように連続的に変化するが
、酸素センサ１３による検出はこれより若干遅延し、従
って酸素センサ１３の出力波形は図４の（Ｂ）のように
（Ａ）の酸素濃度波形より微小時間ａだけずれた波形と
なる。

【００１２】次のステップ２では、この酸素濃度検出信
号に基づいてＣＰＵ１７でアクチュエータ１０の駆動量
が算出される。ＲＯＭ２０にはこの算出のプログラムや
計算定数が記憶されている。ステップ３においては負荷
センサ１５からの負荷検出信号が入力インターフェース
１８を通じてＣＰＵ１７に入力され、この負荷検出信号
に基づいてステップ４でアクチュエータ駆動量が補正さ
れ、ステップ５でアクチュエータ１０に対して駆動指令
信号が出力される。この信号によってアクチュエータ１
０は駆動されるが、アクチュエータ１０の駆動量には、
酸素センサ１３の出力が反転した際に調整弁２３を急激
に変位させるスキップ駆動量と、これに続いて調整弁２
３を緩速で変位させる傾斜駆動量とがあり、両駆動量の
組み合わせにより調整弁２３は図４の（Ｃ）に示すよう
な波形を描いて変位する（ステップ６）。

【００１３】前記の負荷検出結果に基づく補正は、図４
のｂ，ｂ´，α，α´の量を補正する形で反映されるも
のである。同波形中に示すスキップ駆動による急激な変
位量ｂ，ｂ´は、実際の酸素濃度変化に対する調整弁２
３の応答動作のずれを吸収するためのもので、この調整
弁２３のスキップで、燃料供給量の増減のタイミングが
酸素センサ１３の近傍の酸素濃度の変化のタイミングに
合う。このようにして酸素センサ１３の近傍の酸素濃度
の変化に応じて燃料供給量が増減し、三元触媒１１の入
口側での空燃比が所定値となるように制御されるのであ
る。

【００１４】ここで、主供給管６ａと副供給管６ｂには
調圧弁８で調圧された燃料が供給されるので、ミキサ４
の混合動作と調整弁２３の変位による燃料供給量の調整
動作とは安定して行われ、また副供給管６ｂからの燃料
はミキサ４とスロットル弁５の間に供給されるため、燃
料の過不足分の調整によってミキサ４での混合比が影響
を受けることがなく、応答性のよい制御が適切に行われ
る。なおこの実施例では、駆動量補正のためのセンサと
して電子ガバナのレバー位置を読む方式の負荷検出機構
を用いているが、吸気圧センサを用いて負荷を検出する
こともでき、更に機関回転数も読み込んでより精密な補
正を行うことも可能である。

【００１５】なお、図１の実施例の装置においては一点
鎖線で示すように排気再循環装置を併設することもでき
る。この装置は消音器１２の下流側で排気管３に接続さ
れた環流管２５、その中途部に設けられたドレンポット
２６及び調圧弁２７等からなり、排気の一部がミキサ４
とスロットル弁５との間で吸気管２内に流入するように
なっている。この装置の併設により排気中のＮＯｘの量
が更に減少するが、空燃比制御装置全体の動作は前述の
説明における動作と同じである。

【００１６】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、この発
明は、燃料供給管路の第１の供給管に混合手段を、第２
の供給管に調整弁の変位により燃料供給量を調整する供
給量調整手段をそれぞれ設けてこれをスロットル弁の上
流で合流させ、排気中の酸素量に応じて調整弁の駆動量
を算出すると共に、調整弁を急激に変位させた後緩速で
変位させることによって空燃比を制御するようにしたも
のである。

【００１７】従って、混合手段や燃料の供給量調整手段
がスロットル弁の上流にあるので吸気圧力の変動の影響
を受けることがなく、また第２の供給管から供給される
燃料は混合手段の下流で合流するので混合比に影響を与
えることもないので、的確な空燃比制御が容易となる。 そして燃料の供給量は調整弁の変位により調整されるの
で、噴射時間の変更で供給量を調整するものに比べて多
量の供給量であってもこれを瞬時に増減調整することが
可能となり、大型のガス機関での空燃比制御が容易とな
る。また調整弁は急激に変位した後緩速で変位するよう
に駆動されるので応答性のよい安定した制御が行われ、
更に供給量調整手段で調整すべき供給量は過不足分に相
当する量だけで済むため、大型のガス機関であっても供
給量調整手段は比較的小型なものでよく、この点でも調
整手段の応答性を良好にすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明の一実施例の概略構成図である。

【図２】同実施例の供給量調整手段の断面図である。

【図３】同実施例の動作を示すフローチャートである。

【図４】同実施例の動作を示す波形図である。

【符号の説明】

１　　燃焼室 ２　　吸気管 ３　　排気管 ４　　ミキサ ５　　スロットル弁 ６　　燃料供給管 ６ａ　　主供給管 ６ｂ　　副供給管 ９　　供給量調整手段 １０　　アクチュエータ １１　　三元触媒 １３　　酸素センサ １６　　制御部 ２３　　調整弁

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　燃料と空気を混合する混合手段を備え
   た第１の供給管及び調整弁の変位により燃焼室への燃料
   供給量を調整する供給量調整手段を備えた第２の供給管
   とがスロットル弁の上流で合流する燃料供給管路と、排
   気管路途中に設けられた酸素センサからの酸素検出信号
   に基づいて燃料供給量を算出して該量に応じた駆動指令
   信号を出力する制御部と、該制御部からの駆動指令信号
   に応動して前記酸素検出信号の変化時に前記供給量調整
   手段の調整弁を急激に変位させた後緩速で変位させるア
   クチュエータ、とを備えたことを特徴とするガス機関の
   空燃比制御装置。