JPH06241088A - 気体燃料エンジンの運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 エンジン冷間始動時において、排気ガスを浄
化することができるとともに、触媒を迅速に活性化する
ことができる気体燃料エンジンの運転制御装置を提供す
る。 【構成】 気体燃料を燃料としかつ排気装置内に触媒コ
ンバータ２０を備えた気体燃料エンジン１の運転制御装
置（ＥＣＵ）において、混合気形成装置３０からの混合
気の空燃比をエンジン始動時にはλ＞１に制御する空燃
比制御手段（ＥＣＵ）を設ける。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、気体燃料エンジンの運
転制御装置に関し、とくにエンジンの冷間始動時におい
て、排気ガスを浄化することができるとともに、排気装
置内の触媒を迅速に活性化することができるようにした
空燃比制御方法の改善に関する。

【０００２】

【従来の技術】一般に、液化石油ガス（ＬＰＧ：Liquif
ied Petroleum Gas ）や液化天然ガス（ＬＮＧ：Liquif
ied Natural Gas ）等の気体燃料は以下のような特長を
有するため、ガソリンの代替燃料として極めて有望であ
ると考えられる。すなわち ｉ）有害な鉛化合物や刺激性アルデヒドはなく、また硫
黄分も少ないので、亜硫酸ガスの発生は少ない。しかも
各気筒への配分を均等にできるので、各気筒での燃焼を
均一にできる。この結果、排気ガスをきれいにできる。 ii) 燃焼によるカーボンの発生が少なく、スラッジの発
生もわずかである。 とくに、上記ｉ）の利点は環境問題とのからみからも非
常に重要である。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】このような気体燃料を
燃料とする気体燃料エンジンにおいて、最近環境問題が
地球レベルでクローズアップされていることにともな
い、排気ガスの一層の浄化の要請がある。このため、と
くに冷間始動時における燃焼を安定化させる必要があ
る。その一方、一般にガスを燃料とするガスエンジンで
は、冷間始動時に燃焼を安定させるためには、通常のガ
ソリンエンジンに要求されるような付加燃料を燃焼室に
供給する必要はない。これは、ガスエンジンにおいて
は、燃料がガス状態で燃焼室内に供給されるため、ガソ
リンエンジンのような吸気装置内での壁面流の問題が生
じないためである。したがって、ガスエンジンでは、冷
間始動時においてリーン状態の混合気を燃焼室に供給し
つつ燃焼を安定化させることも可能であると考えられ
る。

【０００４】本発明は、上記観点からなされたものであ
り、エンジン冷間始動時において、排気ガスを浄化する
ことができるとともに、触媒を迅速に活性化することが
できる気体燃料エンジンの運転制御装置を提供すること
を目的としている。

【０００５】

【課題を解決するための手段】請求項１に係る発明は、
気体燃料を燃料としかつ排気装置内に触媒コンバータを
備えた気体燃料エンジンの運転制御装置において、混合
気形成装置により燃料室に供給される混合気の空燃比を
エンジン始動時にはλ＞１に制御する空燃比制御手段備
えたことを特徴としている。なお、上記λはつぎのよう
に定義される。すなわち λ＝Ｆ／Ｆ_c ここで、Ｆは実際の空燃比であり、Ｆ_c はストイキ状態
の理論空燃比である。よって、ストイキ状態の混合気で
は、気体燃料の種類及び組成の如何に拘らず常にλ＝１
である。請求項２に係る発明は、気体燃料を燃料としか
つ排気装置内に触媒コンバータを備えた気体燃料エンジ
ンの運転制御装置において、混合気形成装置により燃料
室に供給される混合気の空燃比を、エンジンが始動して
から少なくとも触媒が部分的に活性化するまではλ＞１
に制御する空燃比制御手段を備えたことを特徴としてい
る。なお、請求項１，２でいうエンジンの始動とは、点
火プラグにより燃焼室内の混合気に点火していわゆる初
爆が生じることを意味している。請求項３に係る発明
は、請求項１または２において、上記空燃比制御手段
は、排気装置内に配置されたＯ₂ センサが作動を開始し
燃焼室にλ＝１の混合気が供給されるフィードバック制
御のための制御信号を出力するまで、混合気形成装置に
より燃焼室に供給される空燃比をλ＞１に制御すること
を特徴としている。

【０００６】

【作用】請求項１，２に係る発明では、エンジン始動時
あるいは少なくとも触媒が部分的に活性化するまでは、
λ＞１の空燃比すなわちリーン状態の混合気がエンジン
燃焼室に供給されることにより、排気ガス中のＨＣ（炭
化水素）がより多く酸化して排気ガスを清浄化すること
ができる。しかも、リーン混合気の供給により、過剰な
酸素が触媒内の未燃燃料を燃やすために、触媒が部分的
に活性化される時間はもちろん完全に活性化される時間
が短縮される。また請求項３に係る発明では、Ｏ₂ セン
サが、燃焼室にλ＝１の混合気が供給されるフィードバ
ック制御のための制御信号を出し始めたら触媒は直ちに
高い浄化率で燃焼ガスの浄化を開始する。このようにし
て、本発明によれば、排気ガス中の有害ガスを迅速に除
去して排気ガスを清浄化でき、触媒を迅速に活性化でき
る。

【０００７】

【実施例】以下、本発明の実施例を添付図面に基づいて
説明する。図１ないし図１６は本発明の一実施例による
気体燃料エンジンの運転制御装置を説明するための図で
あり、図１は該実施例が適用される気体燃料エンジンの
概略構成図、図２は上記エンジンのアイドリング状態下
における燃料及びエアの混合気の制御を概略的に示す
図、図３は上記エンジンのスロットルバルブが少し開い
た状態下における燃料及びエアの混合気の制御を概略的
に示す図、図４は上記スロットルバルブがさらに開いた
状態下における燃料及びエアの混合気の制御を概略的に
示す図、図５は上記エンジンの燃料予備調整のための主
装置（ミキサ）及びスロー装置（アイドル回路）による
制御を示すグラフ、図６は該実施例装置による空燃比フ
ィードバック制御のフローチャート、図７，図８は上記
エンジンの始動手順（全域マップを備えていない場合）
の一例を示す制御フローチャート、図９は上記エンジン
の始動状態下で種々のパラメータ及びセンサの特性を示
すグラフ（図７，図８に対応）、図１０は、排気温に応
じてＯ₂ センサを試験または始動させるための補助燃料
供給の点からみた温間始動状態及び冷間始動状態の相互
関係を示す図、図１１，図１２は上記エンジンの始動手
順（全域マップを備えている場合）の他の例を示す制御
フローチャート、図１３は上記エンジンにおけるブリー
ドエア用制御弁のステップ数の調整のためのフローチャ
ート、図１４は上記エンジンの始動状態下で種々のパラ
メータ及びセンサの特性を示すグラフ（図１１，図１２
に対応）、図１５は上記エンジンのクランキング時にお
ける上記ブリードエア用制御弁のステップ数の決定の仕
方を吸気圧に応じて示すマップ、図１６は冷却水温度に
応じた上記ブリードエア用制御弁のステップ数の補正の
仕方を示す図である。

【０００８】図１において、１は水冷式４気筒４バルブ
型気体燃料エンジンであり、これは図示しないクランク
ケース上にシリンダブロック２，シリンダヘッド３を積
層してヘッドボルトで締結し、該シリンダヘッド３上に
ヘッドカバー４を装着した構造のものである。上記シリ
ンダブロック２に形成された４つのシリンダボア２ａ内
にはそれぞれピストン５が摺動自在に挿入配置されてお
り、該各ピストン５はコンロッドを介して図示しないク
ランク軸に連結されている。

【０００９】上記シリンダヘッド３の下部には燃焼凹部
３ａが凹設されている。該燃焼凹部３ａ，シリンダボア
２ａ及びピストン５の頭部５ａにより燃焼室６が形成さ
れている。燃焼凹部３ａには吸気弁開口３ｂ，排気弁開
口３ｃがそれぞれ２つずつ開口している。なお、上記各
開口３ｂ，３ｃは、これらの部分にそれぞれ圧入装着さ
れた概ねリング状のバルブシート７，８の各開口によっ
て形成されている。また、各吸気弁開口３ｂには吸気弁
１０のバルブヘッド１０ａが、各排気弁開口３ｃには排
気弁１１のバルブヘッド１１ａがそれぞれ各開口を開閉
可能に、すなわち上記バルブシート７，８の各シート面
に密接可能に配置されている。これらの吸気，排気弁１
０，１１の上端には吸気，排気リフタ１２，１３がそれ
ぞれ装着されている。該各リフタ１２，１３上には、こ
れを押圧駆動する吸気，排気カム軸１４，１５が気筒軸
と直角方向に向けて、かつ互いに平行に配置されてい
る。なお、上記シリンダヘッド３内部には点火プラグ１
６が装着されており、この点火プラグ１６の電極部は上
記燃焼凹部３ａの中央に配置されている。また、上記シ
リンダブロック２及びシリンダヘッド３内には、図示し
ないクーラントポンプによりクーラント液が循環するク
ーリングジャケット２５が設けられている。該クーラン
ト液は、図示しない外部の熱交換器を通って周知の方法
で冷却されるようになっている。

【００１０】上記シリンダヘッド３の側壁３ｄ内には、
吸気弁開口３ｂを介して上記燃焼室６と連通する吸気通
路１７が形成され、また上記シリンダヘッド３の側壁３
ｅ内には、排気弁開口３ｃを介して上記燃焼室６と連通
する排気通路１８が形成されている。上記吸気通路１７
の壁面開口部には吸気マニホールド１９の一端が、上記
排気通路１８の壁面開口部には排気マニホールド２０の
一端がそれぞれ接続されている。上記吸気マニホールド
１９の他端にはプリーナムチャンバ２１が設けられてい
る。上記排気マニホールド２０他端の出口２０ａには、
触媒層を有する触媒コンバータ２２が接続されている。
この触媒層は、一酸化炭素（ＣＯ）及び炭化水素（Ｈ
Ｃ）の酸化及び窒素酸化物（ＮＯ_X ）の還元を行うため
のいわゆる三元触媒を含んでいる。触媒コンバータ２２
により処理された排気ガスは図示しない排気・消音シス
テムを通って大気中に排出されるようになっている。ま
た排気マニホールド２０には、排気ガス中の酸素濃度を
検出するためのＯ₂ センサ２３が取り付けられている。
このＯ₂ センサ２３としては、混合気の空燃比（Ａ／
Ｆ）がリッチ側にあるときに検出するタイプまたはＡ／
Ｆがリーン側にあるときに検出するタイプのいずれであ
ってもよい。

【００１１】上記気体燃料エンジン１の側方には、上記
吸気マニホールド１９を介して上記燃焼室６に供給すべ
き混合気を形成するための混合気形成装置３０が配置さ
れている。この混合気形成装置３０は可変ベンチュリミ
キサ３１を有している。このミキサ３１は、その下部開
口が上記吸気マニホールド１９側に接続された主本体部
３２を有している。該主本体部３２の上部には吸気通路
３３が形成されており、該吸気通路３３にはエアクリー
ナ３５が接続されている。これにより、エアクリーナ３
５の大気導入口３６から導入されフィルタエレメントに
よりフィルタ処理されたエアが吸気通路３３内に供給さ
れるようになっている。

【００１２】上記エアクリーナ３５には、吸気量を測定
するためのエアフローメータ４９が設けられており、該
エアフローメータ４９の出力はＥＣＵ９２に入力される
ようになっている。また、図示していないが、上記エア
クリーナ３５にはフィルタエレメントの目詰まりを検出
する目詰まりセンサが設けられており、該目詰まりセン
サの出力は同様にＥＣＵ９２に入力される。さらにＥＣ
Ｕ９２には、スロットルバルブ４８のスロットル位置，
クーラント液の液温，エンジン回転数，Ｏ₂ センサ２３
の出力，排気温，負圧センサの出力等の各種信号が入力
される。

【００１３】上記ミキサ３１は、チャンバ３８と、該チ
ャンバ３８内に摺動自在に設けられ、上記吸気通路３３
内に突出するピストン３９とを備えている。上記チャン
バ３８内には、上記ピストン３９を上記吸気通路３３の
閉方向に付勢するコイルばね４０が縮設されている。上
記ピストン３９の先端には、燃料供給チャンバ４２の主
ジェット４３と協働するメータリングロッド（ニードル
弁）４４が設けられている。これらの主ジェット４３及
びニードル弁４４は、いかなる吸気流量に対しても後述
するブリードエア用制御弁８４の開度の平均値が略一定
のままＡ／Ｆを略一定に維持できるような形状を有して
いる。上記ピストン３９の端部には上記チャンバ３８内
部と連通するブリードポート４６が形成されており、ま
た上記チャンバ３８の上部には大気側に開口する大気ポ
ート４７が形成され、この大気ポート４７を介して上記
ピストン３９には上記吸気通路３３の開方向に大気圧が
作用している。なお、大気ポート４７は、主ジェット４
３が開口するベンチュリ部よりも上流の吸気通路３３に
開口してもよく、この場合でもピストン３９には吸気通
路３３の開方向に大気圧が作用する。

【００１４】この構成により、吸気通路３３の上記ピス
トン３９下流側部分が負圧になったときにはピストン３
９がチャンバ３８側に移動して流路を開くようになって
おり、これにより流路面積を効果的に変化させることが
でき、主ジェット４３が開口するスロート部が実質的に
一定の負圧状態に維持されるようになっている。上記吸
気通路３３内においてピストン３９の下流側には、スロ
ットル操作によって開閉するスロットルバルブ４８が設
けられている。

【００１５】また上記ミキサ３１には、燃料供給チャン
バ４２から延びているアイドルディスチャージライン５
１，燃料遮断弁１１４，調節可能なニードル弁５３及び
アイドルポート５４を含むアイドル回路５０が設けられ
ている。上記アイドルポート５４は、吸気通路３３内に
おいて上記スロットルバルブ４８のアイドル位置下流側
に開口している。また上記燃料遮断弁１１４はＥＣＵ９
２によってその開閉が制御されるようになっており、こ
れによりアイドルディスチャージライン５１を通る燃料
量が制御される。アイドリング時は、このアイドル回路
５０から燃料が供給される。また、上記アイドルディス
チャージライン５１の燃料供給チャンバ４２との連結部
が、後述するブリードエア通路８２の燃料供給チャンバ
４２との連結部よりも主ジェット４３側に配置されてい
るので、上記アイドル回路５０の応答性を向上できる。

【００１６】ミキサ３１のスロート部、すなわちニード
ル弁４４が燃料供給チャンバ４２から吸気通路３３への
燃料の流れを制御するために設けられているスロート部
における個々の部品の協動は、上記燃料供給チャンバ４
２へのブリードエア及びアイドルディスチャージライン
５１の影響と関連し、当該部分を示す図２から図５に詳
細に示されている。なお、図２ないし図４においては、
スロットルバルブ４８をバイパスするアイドルスピード
制御弁１３０は示されていない。また、図５において用
いられる主装置という語は、主調整弁、すなわちエンジ
ンがアイドル状態から非アイドル状態に変わるときにス
トイキ混合気を供給するニードル弁４４及び主ジェット
４３を意味しており、スロー系とは上記アイドル回路５
０を意味している。

【００１７】図２はエンジンのアイドリング状態を示し
ている。ここでは、ニードル弁４４を有するピストン３
９は最も前進した前進端位置にあり、燃料供給チャンバ
４２内に突出しているが、ニードル弁４４及び主ジェッ
ト４３の間にはわずかなクリアランスが形成されてい
る。これにより、手動で作動するスロットルバルブ４８
の下流側の負圧のために大気ｃが燃料供給チャンバ４２
または燃料供給通路７８内に引き込まれる（逆流す
る）。ニードル弁５３の制御下でアイドルディスチャー
ジライン５１を通って、空気と燃料との混合気ｆがアイ
ドル位置のスロットルバルブ４８の下流側においてアイ
ドルポート５４に流れる。なお、後述のフィードバック
制御が開始されている状態において、スロットルバルブ
４８を通過した大気ｈと、アイドルポート５４から供給
された燃料及び大気ｆとで形成された混合気ｇがλ＝１
の状態になるように各部品の諸元が決められている。

【００１８】次に、図３に示すように、スロットルバル
ブ４８がアイドル位置ａからわずかに開いた開位置ｂに
なると、吸気通路３３内におけるエア流量ｈがわずかに
増加するにつれてＢ部分における負圧がわずかに増加す
る。その一方、スロットルバルブ４８が開いて非アイド
ル状態になった後ピストン３９が動き出すまでにはタイ
ムラグがあるので、ピストン３９はそのとき前進端位置
からまだ動いていない。したがって、吸気通路３３内の
Ｂ部分におけるエア流の速度が上昇してそこでの負圧が
わずかに上昇する。また仮にピストン３９が動いたとし
ても、これはＢ部分における負圧によりコイルばね４０
が縮んだためであるが、コイルばね４０が縮む分だけＢ
部分における負圧がわずかに上昇する（なお、コイルば
ね４０の縮みに伴うＢ部分における負圧の上昇はごくわ
ずかなため、ピストン３９が移動すなわち吸気流量が増
加してもＢ部分の負圧は略一定に維持されると考えられ
る）。これにより、吸気通路３３から主ジェット４３を
通ってアイドルディスチャージライン５１へ流れ込む大
気ｃの量が減少する。アイドルディスチャージライン５
１を通る流れｆがニードルバルブ５３において音速の流
れであることにより、上記流れｆの量が実質的に一定で
あるので、アイドルディスチャージライン５１に流れ込
む燃料の量ｅがｃの減少分だけ増加し、たとえ吸気通路
３３を通るエア流ｈの量が増加してもスロットルバルブ
４８下流側のプリーナムチャンバ２１に供給される混合
気ｇの空燃比が維持される（図５参照）。このようにし
て、エンジンがアイドル状態から非アイドル状態に変化
する過渡状態において空燃比の高精度の制御が達成され
る。

【００１９】次に、図４に示すように、スロットルバル
ブ４８がさらに開くと、スロットルバルブ４８下流側の
吸気通路３３を通る吸入エアｈの量がさらに増加し、ピ
ストン３９がアイドル位置から開側に後退する。この場
合、Ｂ部分における負圧が吸気通路３３へブリードエア
ｄ及び燃料ｅの流れを引き込むのに十分な程大きくな
る。なお、ブリードエアｄは燃料ｅの量を制御するため
のものであり、吸気通路３３を流れる大気の量に比べる
とごくわずかである。従って、混合気ｇの空燃比は吸気
通路３３を流れる大気ｈと燃料ｅの量を考慮すればよ
く、ブリードエアｄは空燃比にほとんど影響を与えな
い。また、スロットルバルブ４８がさらに開くと、Ｂ部
分における負圧が吸気通路３３を通るエアｈの流量の如
何に拘らず実質的に一定に保たれるように（これは可変
ミキサ３１（ＳＵミキサ）の最も特徴的な部分である
が）、主ジェット４３に関連して空燃比を正確に制御し
調整するニードル弁４４とピストン３９がさらに後退す
る。

【００２０】この段階で、たとえ燃料ｅの供給を制御す
る燃料供給制御弁１００及びブリードエア用制御弁８４
の位置がそのままの状態に保たれているとしても、スロ
ットルバルブ４８がさらに開かれると、主ジェット４３
を通って吸気通路３３内へ引き込まれる流れｉとしての
ブリードエアｄ及び燃料ｅの量が増加する。上記流れｉ
が主ジェット４３を通って吸気通路３３に引き込まれる
とき、空燃比はブリードエア用制御弁８４及びニードル
弁４４の協働によりストイキ状態に維持される（図５参
照）。なお、図５は図２から図４の状態への変化に伴う
燃料流量と吸入空気量との関係を示しており、図５にお
いて燃料流量を示す縦軸より左側が図２及び図３の状態
を、右側が図４の状態を示している。従って、該縦軸よ
り左側に位置するアイドルとは図２の状態を示してい
る。また同図中、ベンチュリ流量とは主ジェットから吸
気通路に流れ込む流れｉを、スロー系流量とはアイドル
ディスチャージラインを通って吸気通路に供給される混
合気ｆを示している。さらに、アイドルディスチャージ
ライン５１を設けることによって、スロットルバルブ４
８がアイドル位置からわずかに開いてはいるが主ジェッ
ト４３を通じて吸気通路３３内に流れｉが引き込まれて
いない過渡期（図３の状態）において、空燃比は確実に
ストイキ状態に維持され得る。

【００２１】上記燃料供給チャンバ４２に気体燃料を供
給するための圧力調整器（ベーパライザ，レギュレー
タ）６０が設けられている。レギュレータ６０には、図
示しない高圧源に圧力下で液体状態で貯えられている気
体燃料が導入管６１から導入されるようになっている。
上記気体燃料としては、たとえばブタン，プロパン，こ
れらの混合気またはその他の周知の気体燃料が用いられ
る。

【００２２】レギュレータ６０は主本体部（ハウジン
グ）６２を有している。該ハウジング６２内には導入管
６１と連絡する導入路６３が形成されている。該導入路
６３は第１圧力調整ポート６４まで延びており、該第１
圧力調整ポート６４は第１圧力調整弁６５によってその
開閉が制御されるようになっている。上記第１圧力調整
弁６５は、調節ねじ６６及びばね６７等を含む第１付勢
部材６８によって作動するようになっている。また上記
ハウジング６２には第１蓋板６９が装着されており、こ
れにより該ハウジング６２内に第１圧力調整室７０が形
成されている。上記第１付勢部材６８の調節により該第
１圧力調節室内の気体燃料の圧力はゲージ圧で約０．３
kg/cm²に設定される。

【００２３】上記ハウジング６２の上記第１蓋板６９と
逆側にはダイヤフラム７２及び第２蓋板７３が装着され
ており、これにより第２圧力調整室７４が形成されてい
る。該第２圧力調整室７４は通路７５を介して上記第１
圧力調整室７０に連絡している。また上記通路７５の第
２圧力調整室側開口には、開閉可能な第２圧力調整弁７
６が設けられており、該第２圧力調整弁７６は、上記ダ
イヤフラム７２と連動する第２付勢部材７７によってそ
の作動が制御されるようになっている。また上記ダイヤ
フラム７２の背面側には大気ポート７３ａを介して大気
圧が作用している。上記第２付勢部材７７の調節によっ
て、上記第２圧力調整室７４内の気体燃料の圧力は大気
圧よりもわずかに低い圧力に設定され、このように設定
された気体燃料が上部の燃料供給通路７８を通って燃料
供給チャンバ４２内に供給されるようになっている。な
お、上記ハウジング６２内には加熱通路８０が設けられ
ている。上記エンジン１のクーリングジャケット２５で
加熱されたクーラント液がこの加熱通路８０を通って循
環するようになっている。これにより、レギュレータ６
０内部においてより安定した気体温度が維持され、より
良好な気化及び調整作用が行われる。

【００２４】また、上記燃料供給チャンバ４２には、該
燃料供給チャンバ４２内にブリードエアを導入するため
のブリードエア通路８２の一端が開口しており、該ブリ
ードエア通路８２はブリードエア用制御弁８４に接続さ
れている。該ブリードエア用制御弁８４には、エアクリ
ーナ３５下流側にその一端が開口するブリードエア通路
８５からエアが導入されるようになっている。上記ブリ
ードエア用制御弁８４は、ステッピングモータ９０の駆
動により開閉するバルブエレメント８６を備えており、
このバルブエレメント８６の作動により燃料供給チャン
バ４２へのブリードエア量が制御される。また上記ステ
ッピングモータ９０は、上記Ｏ₂ センサ２３及びエアフ
ローメータ４９からの各出力信号に基づきＥＣＵ９２に
よってその駆動が制御（フィードバック制御）されるよ
うになっている。

【００２５】燃料供給制御弁１００は、ブリードエア用
制御弁８４の弁部材の動きに対応してエンジン運転条件
に応じて燃料量を補償するように制御される。ここで、
エンジン運転条件として、燃料の組成（ＬＰＧにおいて
はプロパンとブタンの組成割合），エアクリーナ３５の
流路抵抗，高地使用に伴う大気圧降下等がある。すなわ
ち燃料供給制御弁１００の補償機能により、ブリードエ
ア用制御弁８４のステップ数の平均が実質的に一定（５
０）に保たれるように、燃料供給制御弁１００の開度が
制御される。したがって、種々の組成の燃料が使用され
てエンジンの運転条件が変わった場合においても、エン
ジン運転条件を検出するためのセンサを設けることな
く、あらゆる運転条件下で自動的にλ＝１が維持される
ことになり、広範囲にわたって空燃比のより正確な制御
が可能になる。

【００２６】いま、ここでストイキ状態（λ＝１）の混
合気を形成するためのある量の空気に対して必要な燃料
量について考える。この燃料量はプロパンとブタンとの
比率によって異なっている。たとえば１００リットルの
空気に対してストイキ状態の混合気を形成するのに必要
な燃料量は １００％プロパンの場合…４２リットル １００％ブタンの場合 …３２リットル となっている。すなわち、１００％プロパンの方が多く
の燃料が必要とされる。したがって、燃料として１００
％ブタンを用いた場合に比較して１００％プロパンを用
いた場合の方が燃料供給制御弁１００の開度がより開く
ことになる。こうした理由から上記燃料供給制御弁１０
０が設けられているのである。

【００２７】仮にブリードエア用制御弁８４のみを設け
た場合においては、燃料組成が変わると、リーン，リッ
チのいずれかの側の制御幅が狭くなる。これは、燃料組
成が変わるとλ＝１のときのブリードエア用制御弁８４
のステップ数の中央値が全閉または全開側にずれ、フィ
ードバック制御がそのずれた値を基準に行わなければな
らなくなるからである。その一方、燃料供給制御弁１０
０のみでは、燃料量を制御するためには、絞り部４２ａ
の開口面積が主ジェット４３の開口面積よりも常に小さ
くなるようにして吸気通路３３に供給される燃料量が絞
り部４２ａの開口面積によって制御されるようにするた
めに、主ジェット４３の開度に応じて絞り部４２ａの径
を変える必要がある。これにより、吸気流量が変化して
主ジェット４３の開口面積が変化すると、フィードバッ
ク制御のために燃料供給制御弁１００のステップ数を変
化させるに先立って、主ジェット４３の開口面積が小さ
くなるように絞り部４２ａの開口面積を制御する必要が
生じ、フィードバック制御に遅れが生じることになる。
このようにブリードエア用制御弁８４及び燃料供給制御
弁１００を設けることにより、空燃比の制御幅を広く確
保できるとともに、フィードバック制御を迅速に行うこ
とができる。

【００２８】なお、上記λはつぎのように定義される。
すなわち λ＝Ｆ／Ｆ_c ここで、Ｆは実際の空燃比であり、Ｆ_c はストイキ状態
の理論空燃比である。よって、ストイキ状態の混合気で
は、気体燃料の種類及び組成の如何に拘らず常にλ＝１
である。ただし、同じλ＝１で示されるストイキ状態の
空燃比であっても、ブタン及びプロパンの比が異なれば
異なった意味を持ってくるのは当然である。λ＝１であ
るストイキ混合気の空燃比は １００％プロパンの場合…１５．７ １００％ブタンの場合 …１５．５ となっている。したがって、ブタンとプロパンの比が異
なれば、ある空気量に対してλ＝１のストイキ空燃比を
得るのに必要な燃料量に大きな違いが出るということに
なり、これは大きな問題である。

【００２９】上記燃料供給制御弁１００を設けることに
より、レギュレータ６０からの燃料量を直接制御するこ
とができる。制御された燃料は吸気通路３３内に連続的
にかつ確実に供給され、これにより燃料量の広範囲にわ
たってＡ／Ｆを均一にすることができる。しかも燃料量
の制御がＯ₂ センサ２３からの信号に基づいて行われる
ので、三元触媒の浄化率が高いウインドウの範囲にＡ／
Ｆを制御することができる。また、Ａ／Ｆを調整するた
めに加速時に燃料を増量するパワー系やその他種々の部
品を設ける必要がなく、構造が簡単となる。また図１で
は明確に表れていないが、上記燃料供給制御弁１００
は、弁体が任意の位置に保持されるすなわち開度が任意
の中間位置で保持される構造になっている。

【００３０】また上記気体燃料エンジン１には、排気ガ
ス中のＮＯ_X を低減させるためのＥＧＲ装置が設けられ
ている。このＥＧＲ装置はＥＧＲバルブ５６を有してお
り、該ＥＧＲバルブ５６により、排気マニホールド２０
から第１ＥＧＲライン５７を介し第２ＥＧＲライン５８
を通って吸気マニホールド１９のプリーナムチャンバ２
１に戻る排気ガス量が制御されるようになっている。ま
たＥＧＲ装置の一部としてＥＧＲレギュレータ１１０が
設けられている。さらに、吸気通路３３のスロットルバ
ルブ４８下流側には負圧スイッチ１１２が設けられ、ア
イドルディスチャージライン５１には燃料切換弁１１４
が設けられている。

【００３１】また、燃料遮断弁１２０，アイドルスピー
ド制御弁１３０及び補助燃料供給弁１４０が設けられて
いる。上記燃料遮断弁１２０は、エンジンの急減速時に
おいて燃焼室内への燃料供給を遮断するためのものであ
り、大気を引き込むためのフィルタエレメント１２１を
備えている。急減速時すなわちエンジン高速回転中にス
ロットルバルブ４８を急激に絞ったときには、この急減
速状態が負圧センサ１１２により検出され、この検出信
号がＥＣＵ９２に入力される。そして、ＥＣＵ９２から
の制御信号を受けて上記燃料遮断弁１２０が開かれ、こ
れにより多量の大気が上記フィルタエレメント１２１か
らバイパス通路１２２を通って燃料供給チャンバ４２内
に導入される。この結果、吸気通路３３内への燃料供給
が遮断される。これにより、急減速時に不完全燃焼の燃
料が触媒コンバータ２２内に排出されることによって触
媒内が高温になるのが回避できる。

【００３２】上記アイドルスピード制御弁１３０は、吸
気通路３３の下流側に形成されたアイドルバイパス通路
１３１に設けられており、一般に電気作動式の制御弁で
ある。上記アイドルバイパス通路１３１は、吸気通路３
３内においてアイドル位置にあるスロットルバルブ４８
の上流側及び下流側に開口しており、上記アイドルスピ
ード制御弁１３０は、ＥＣＵ９２からの制御信号に基づ
き上記アイドルバイパス通路１３１を流れる吸気流量を
制御してアイドルスピード（回転数）を調節するための
ものである。すなわち、アイドルスピードが低下した場
合には該アイドルスピード制御弁１３０の開度が増して
吸気をバイパスさせ、またアイドルスピードが速い場合
には該アイドルスピード制御弁１３０の開度が減少する
ことになる。このようにしてアイドルスピードを安定さ
せることができる。

【００３３】上記補助燃料供給弁１４０は、一般に電気
作動式の制御弁であり、主に急加速時にレギュレータ６
０の第１圧力調整室７０内の流路１４１から流路１４２
及びバイパス通路１４３を通ってエンリッチメント用の
燃料を上記プリーナムチャンバ２１に補助的に供給する
ためのものである。この補助燃料供給弁１４０もＥＣＵ
９２からの制御信号に基づいて制御される。なお、この
エンリッチメント用燃料の供給は、エンジン始動時にＯ
₂ センサ２３が活性化したかどうかを判定するために行
われるものである。

【００３４】次に、Ｏ₂ センサ２３からの出力信号に基
づいた上記ブリードエア制御弁８４のフィードバック制
御について図６を用いて説明する。なお、図６は本フィ
ードバック制御の基本的な流れを示している。まず図６
のステップＳ１では、混合気がリッチ状態またはそれ以
外の状態（ストイキあるいはリーンのいずれかの状態）
にあるかを示す信号をＥＣＵ９２がＯ ₂ センサ２３から
受け取る。ステップＳ２では、Ｏ₂ センサ２３の出力信
号がリッチ信号か否かを判断する。リッチ信号であると
判断されればステップＳ３に移行し、ステッピングモー
タ９０を所定スピードで駆動してバルブエレメント８６
を開き、ステップ数を５０から例えば５５に上昇させ
る。すると、主ジェット４３の開口面積がブリードエア
制御弁８４と絞り部４２ａの開口面積の和よりも常に小
さいため、ステップ数の増加量に対応して燃料供給チャ
ンバ４２内においてブリードエア量が増加するとともに
その分だけ燃料量が減少する。この結果、リッチ状態に
あった混合気の空燃比がリーン側に移行する。

【００３５】またステップＳ２において、Ｏ₂ センサ２
３の出力信号がリッチ信号でない（すなわちストイキあ
るいはリーン信号である）と判断されればステップＳ４
に移行する。なお、Ｏ₂ センサ２３として混合気がリー
ン状態のときのみ信号を出力するタイプを採用した場合
には、ステップＳ１ではＯ₂ センサ２３からリーン信号
のみが出力されることになり、信号が出力されない場合
においてステップＳ３に移行する。ステップＳ４では、
ステッピングモータ９０を所定スピードで駆動してバル
ブエレメント８６を閉じ、ステップ数を５０から例えば
４５に減少させる。すると、ステップ数の減少量に対応
して燃料供給チャンバ４２内においてブリードエア量が
減少し、その分だけ燃料量が増加する。この結果、リー
ンまたはストイキ状態にあった混合気の空燃比がリッチ
側に移行する。

【００３６】このようなフィードバック制御により、混
合気を理論空燃比に維持することができる。また本実施
例では、フィードバック制御がなされない（すなわちＯ
₂ センサ２３の信号によってブリードエア制御弁８４が
駆動されていない）状態において、吸気流量が変化して
も常時同じステップ数（５０）でＡ／Ｆを略一定（λ＝
１の状態）に維持できるようにニードル弁４４の形状が
決められており、従ってフィードバック制御は常時同じ
ステップ数（５０）から制御が開始されているので、λ
＝１を維持するためのブリードエア制御弁８４の動きを
最小限にすることができ、迅速な制御が可能になる。な
お、上記燃料供給チャンバ４２内に導入されるブリード
エアエア量は吸気流量に比べると実際には極わずかであ
るため、該ブリードエア量は直接Ａ／Ｆには関与してい
ない。またブリードエア量の供給により気体燃料の量を
制御しているため、とくに高地使用での燃料量の補正を
容易に行える。これは、ブリードエア及び燃料がいずれ
も気体であることにより、各密度が同様に変化するため
である。

【００３７】次に、上記気体燃料エンジンの始動時の運
転方法について、図９及び図１０を参照しつつ図７及び
図８の制御ルーチンを用いて説明する。本発明による運
転方法の基本的なところは、触媒コンバータ２２または
Ｏ₂ センサ２３がその作動温度（空燃比のフィードバッ
ク制御を始動させる温度）にまで加熱されるまでのクラ
ンキング中及び暖機運転中において、触媒コンバータ２
２及びＯ₂ センサ２３の迅速なウオーミングアップと希
薄混合気運転とを確保すべく過剰エアを供給することに
によるエンジン運転方法にある。

【００３８】図７及び図８は、ＥＣＵ９２が、クランキ
ング時におけるエンジン運転状態（吸気圧，エンジン回
転数）とブリードエア用制御弁８４のステップ数との関
係を示すマップを備えている場合の制御ルーチンのフロ
ーチャートである。該マップは、始動期間中の種々の部
品のセッティングを決定するためだけのものであり、つ
まり図７及び図８の例では、ＥＣＵ９２は、あらゆる運
転条件その他の条件下で種々の部品を制御するための全
域マップを備えてはいない。図９において、ステップ数
とはブリードエア用制御弁８４のステップ数を、Ａ／Ｆ
とは吸気通路３３内のＡ／Ｆすなわち燃焼室６内のＡ／
Ｆを示している。同図中、Ｏ₂ センサの活性化とはＯ₂
センサ２３が信号を出力し始める温度（すなわち作動温
度）になったことを意味しており、またＯ₂ センサのＯ
Ｎとは制御信号の出力を意味している。また補助燃料の
ＯＮとは補助燃料供給弁１４０による燃料の供給を意味
しており、Ｏ₂ センサの活性化後に補助燃料を供給する
とＯ₂センサ２３は必ず信号を出力する。また図１０
は、フィードバック制御の可能な領域を補助燃料供給と
排気温との関係で示している。同図中、排気温の所定値
とはＯ₂ センサが制御信号を出力可能な状態にある時の
排気温を意味し、温間始動とはエンジンがまだ暖かい
（従って排ガス温度も暖かい）時にエンジンが再始動さ
れた状態を示している。また補助燃料供給なしとは、Ｏ
₂ センサが制御信号を出力していない時は全てリーン状
態であると判断して自動的に燃料が加えられるようにし
た場合を意味しており、フィードバック制御を伴わずし
かも補助燃料供給なしの場合（図９左欄上段の場合）に
は冷間始動時に混合気がかなり濃くなり、その結果エン
ジンがおそらく停止してしまうであろうという大きな欠
点がある。本実施例では補助燃料を供給するようにして
いるため、このような欠点が解消されている。

【００３９】プログラムがスタートすると、図７のステ
ップＳ１においてエンジンの点火スイッチがＯＮするの
を待つ。点火スイッチがＯＮすればステップＳ２に移行
して、ブリードエア用制御弁８４のステッピングモータ
９０を初期化し又は閉じる。上記ステッピングモータ９
０は種々の速度で作動する。速度が速ければ速い程、バ
ルブエレメント８６の調節が速く行われる。ステッピン
グモータ９０は、エンジンのアイドル運転時には低速度
比で回転し、非アイドル（オフアイドル）運転時には高
速度比で回転する。エンンジンの最初の始動中には、最
初にブリードエア用制御弁８４をできるだけ速く開いて
所定位置に移行させるために、ステッピングモータ９０
は最大速度で駆動される。

【００４０】また、前回の運転においてエンジンが停止
する直前の位置に保持されていた燃料供給制御弁１００
が使用燃料に応じて決定される初期位置に移行して、燃
料遮断弁１２０が閉じ、燃料切換弁１１４が開く。同様
にして、アイドルスピード制御弁１３０がエンジン回転
数を冷却水温に応じたアイドルスピード（回転数）にす
るために所定位置にセットされる。これにより、冷間始
動の際にエンジンのアイドル回転数を一時的に高く維持
して運転するファーストアイドリング時には、アイドル
スピード制御弁１３０を開くことによりλ＞１の状態を
維持したまま混合気の量を増やすことができる。また補
助燃料供給弁１４０が閉位置に置かれる。これは本発明
の重要な特徴部分であって、このようにして、最初のク
ランキング中及び始動中には運転条件に関係なく混合気
が濃縮状態とはならないのである。

【００４１】従来のエンジンとくに液体燃料で運転され
るものでは、吸気装置やさらには燃焼室内における燃料
の凝縮の問題があるために、クランキング中にエンリッ
チメント用の燃料を余分に供給することが必要である。
しかし、気体燃料では上記燃料凝縮のような問題はな
く、冷間始動時においてもキャブレタ３１で供給された
混合気と同じ空燃比の混合気が燃焼室６内に存在してい
る。しかもブリードエア用制御弁８４のステップ数が、
エンジン始動時にストイキ状態よりも希薄な混合気を供
給できるようにセットされている。したがって、従来の
エンジンに要求される余分な燃料供給は必要とされな
い。

【００４２】次に、プログラムはステップＳ３に移行し
て、ステッピングモータ９０が初期化されているかどう
かを判断する。ステッピングモータ９０が初期化されブ
リードエア用制御弁８４が全閉していると判断されるま
で、プログラムは繰り返される。上記判断がなされれ
ば、ステップＳ４に移行し、ブリードエア用制御弁８４
が最大速度で所定ステップ数ａになるまで、ステッピン
グモータ９０を駆動する。次にクランキングが開始され
てプログラムはステップＳ５に移行する。ステップＳ５
では、吸気圧力及びエンジン回転数のようなエンジンパ
ラメータが各センサによって読み込まれ、ブリードエア
用制御弁８４のためのもう一つのステップ数ｂがこれら
のパラメータによってマップから選択される。ステップ
数ｂは多くのブリードエアを供給するためにステップ数
ａよりもわずかに大きくなっており、また始動のために
は十分な燃料が確保されかつストイキよりも希薄な混合
気すなわちλ＞１のリーン混合気が確保されるように選
択されている。

【００４３】次にステップＳ６では、ブリードエア用制
御弁８４をｂ状態に置くために、実際にステッピングモ
ータ９０をステップ数ｂまで駆動する。なお、このｂ状
態は、吸気圧力及びエンジン回転数に基づいた最初のア
イドルスタート状態のためだけのマップ（例えば図１４
に示すマップ参照）によって決定される。

【００４４】次にステップＳ７では、エンジン回転数が
所定の回転数たとえば４００R.P.M.になったかどうかを
判断する。これはエンジンのクランキング速度よりも若
干高い回転数であり、この回転数により点火プラグ１６
による燃焼室６内の混合気の最初の燃焼（初爆）が確保
されて（図８参照）エンジンが始動する。上記所定回転
数よりも高くなければ、プログラムはステップＳ５に戻
る。ステップＳ７においてエンジン回転数が４００R.P.
M.を超えている、すなわち初爆が起きてエンジンが始動
していると判断されれば、プログラムはステップＳ８に
移行し、ブリードエア用制御弁８４を所定ステップ数ｃ
にセットする。このステップ数ｃはストイキ状態を確保
するための所定値５０よりも大きくなっており、これに
より、より多くの吸気流量及びより希薄な空燃比の混合
気がミキサ回路から供給される。

【００４５】また、上記ステップ数ｃは、ＥＣＵ９２の
予めプログラムされたマップから決定され、ステップ数
の総レンジを１００としたときのたとえばステップ数５
５であり、このステップ数５５ではブリードエア用制御
弁８４が半開状態よりも若干開いた状態にある。また、
この半中間状態は、ブリードエア用制御弁８４に対して
最短の時間で十分な可動範囲を確保すべく選ばれてい
る。これにより、ステップ数を変化させる必要が生じた
場合には、あらゆる条件下でブリードエア用制御弁８４
の卓越した応答特性を保証する所望の空燃比制御が速や
かに行われることになる。これにより、クランキングが
終了し最初の燃焼（初爆）が生じてエンジンが始動した
後のファーストアイドリング時においてストイキ状態よ
りも希薄（λ＞１）のリーン混合気が供給される。な
お、このリーン混合気が供給される場所は少なくとも燃
焼室６内でなければならない。また、この場合、ファー
ストアイドリング時にエンジン回転数を通常のアイドル
回転数よりも高く維持するために付加的な混合気を供給
するに際して、アイドルスピード制御弁１３０が開いて
いるが、混合気の空燃比はストイキ状態よりも希薄（λ
＞１）に維持されている。

【００４６】上記リーン混合気の供給により、過剰な酸
素が排気マニホールド２０内に排出され、この結果、排
気ガス中のＨＣ（炭化水素）がより多く酸化して排気ガ
スが清浄化される。また、触媒２２が部分的に活性化す
るまでひいては触媒２２が完全に活性化されるまで迅速
に加熱される。これは、混合気中の過剰な酸素が触媒２
２内の未燃焼燃料を燃やすことにより触媒２２の温度が
速く上昇するためである。なお、触媒２２はＯ₂ センサ
２３に比べて熱容量が大きいため、Ｏ₂ センサ２３が信
号出力可能な温度にまで加熱されてから触媒２２が完全
に活性化されるまである程度時間がかかる。このため、
触媒２２が部分的に活性化するまでの時間ひいては触媒
２２が完全に活性化されるための時間を短くすること
は、Ｏ₂ センサ２３が信号を出力する状態になった後た
だちに高い浄化率で触媒２２を用いることができるこ
と、すなわちＯ₂ センサ２３の信号に基づくフィードバ
ック制御によって空燃比をストイキ状態に維持すること
に寄与する。

【００４７】ところで、図１に示すＯ₂ センサ２３は触
媒２２の上流に設けられているが、これに代えて、Ｏ₂
センサ２３を触媒の下流あるいは複数個設けた触媒の間
に設ければ、混合気中の過剰な酸素によって触媒中の未
燃焼燃料が燃えることによって触媒が通過する排気ガ
ス、すなわちＯ₂ センサ２３に当たる排気ガスの温度が
迅速に上昇するので、触媒が活性化するまでの時間ばか
りでなく、Ｏ₂ センサ２３が活性化して信号を出力し始
めるまでの時間も短縮されることになり、排気ガスをさ
らに浄化する上で好ましい。なお、混合気の空燃比は、
混合気の酸素過剰率が約１％すなわち排気ガス中の酸素
濃度が約１％（例えば空燃比１６．５（λ＝１．０
１））とするのが好ましい。これは、この酸素濃度であ
れば、触媒２２内の未燃焼燃料を効率良く燃焼させるこ
とができるからである。またエンジンの点火時期につい
ては、触媒２２が完全に活性化した暖機後に比べて暖機
中の方を遅角させるようにすると、燃焼室６内の燃焼効
率が低下し、燃え残った燃料が排気側で燃焼することに
よって、排気ガス温度を高くでき、これにより触媒２２
の活性化時間を一層短縮できる。

【００４８】次に、予めプログラムされＥＣＵ９２内に
格納された所望のアイドルスピードでエンジンのアイド
ルスピードが一定に保たれるよう、アイドルスピード制
御弁１３０の駆動が開始される。つぎに、プログラムは
ステップＳ９に移行し、バルブエレメント８６がｃ位置
におかれるようにステッピングモータ９０を駆動する。
次に図８のステップＳ１０では、アイドルスイッチがＯ
ＦＦになったかどうか、すなわちオフアイドル状態にな
ったかどうかを判断する。スロットルバルブ４８が以前
としてアイドル位置にあればステップＳ１１に移行し、
ＥＣＵ９２内のカウンタによってセットされた所定時間
が経過したかどうかを判断する。これにより、エンジン
が初爆から所定の最小時間内回転していたことが保証さ
れる。

【００４９】次にステップＳ１２では、Ｏ₂ センサ２３
が空燃比フィードバック制御の開始に必要な十分な温度
になっているかどうか、すなわちエンジンが十分に暖機
運転がされたことを示す温度に排気温がなっているどう
かを判断する。Ｏ₂ センサ２３は、作動温度（約２５０
°ｃ）になるまでは空燃比制御開始の指示を出さず、触
媒コンバータ２２も同様に作動温度（Ｏ₂ センサ２３が
信号を出力し始める温度（２５０°）に接近している温
度すなわち触媒２２が部分的に活性化する温度）になる
までは未燃燃料の処理を開始しない。なお、ストイキよ
りもリーンの混合気を供給することにより、Ｏ₂ センサ
２３が空燃比制御（フィードバック制御）のための信号
を出力し始めるよりも速く触媒２２を部分的に活性化す
る温度に到達できる。

【００５０】ステップＳ１２では、排気温がＯ₂ センサ
２３及び触媒コンバータ２２の作動温度とされる値以下
であるかどうかをセンサ１５０によって判定する。作動
温度以下と判断されればプログラムはステップＳ１３に
移行して、補助燃料供給弁１４０を開き、吸気マニホー
ルド１９のプリーナムチャンバ３３に燃料を付加して燃
焼室６内に燃料を導入する。この燃料付加はエンリッチ
メントのためではなく、Ｏ₂ センサ２３から迅速な応答
を受けるべく、またその作動温度に達したときすぐに
（図８参照）Ｏ₂ センサ２３からの出力に影響を与える
空燃比の混合気を供給するべく、Ｏ₂ センサ２３を初期
化するというもっぱら試験目的のためである。すなわ
ち、通常の始動中にＯ₂ センサ２３が信号を出力しない
場合には、混合気がリーン状態にあるのか又はＯ₂ セン
サ２３が作動温度になっていないのかのいずれであるの
か判別できず、このため、上記補助燃料供給は、Ｏ₂ セ
ンサ２３がその作動温度に達したときにすぐに検出を行
えるよう、人工的にリッチ混合気を作り出すために行わ
れるのである。

【００５１】次にプログラムはステップＳ１４に移行
し、リッチ状態を示すＯ₂ センサ２３からの出力信号が
ＥＣＵ９２に入力されたかどうかを判定する。信号が入
力されていなければステップＳ１５に移行して、所定時
間が経過したかどうかを判断する。この所定時間も同様
にＥＣＵ９２内のタイマによって設定されており、この
時間を設けることにより、過量のエンリッチメント燃料
が単にＯ₂ センサ２３の作動を検出するためにのみ供給
されることが確保されている。上記設定時間が経過した
後、補助燃料供給弁１４０を開いて補助エンリッチメン
ト燃料の導入をもう一度開始すべく、プログラムはステ
ップＳ１３に戻る。

【００５２】ステップＳ１４においてＯ₂ センサ２３か
らの出力信号が入力されれば、ステップＳ１６に移行
し、補助燃料供給弁１４０を閉じることによってエンリ
ッチメント燃料の付加的な供給を停止させる。次にステ
ップＳ１７では、空燃比λのフィードバック制御を開始
し、あらゆる条件下で適切な空燃比（λ＝１）を維持す
べく、フィードバック制御に合わせてステッピングモー
タ９０を駆動する。このフィードバック制御は、Ｏ₂ セ
ンサ２３が作動可能な状態にあると判定された後に行わ
れる。また、このときブリードエア用制御弁８４は、Ｏ
₂ センサ２３からの制御信号に基づいてそのステップ数
が例えば５０を中心に上下することにより、ｅ状態にお
かれる。

【００５３】すなわち、Ａ／Ｆがストイキ状態よりもリ
ッチ側にあるときＯ₂ センサ２３はＯＮするが、このと
き図９に示すように、ブリードエア用制御弁８４のステ
ップ数が増え、燃料供給チャンバ４２に供給される燃料
が減ってＡ／Ｆはリーン側に移行し、その一方、Ｏ₂ セ
ンサ２３がＯＦＦすれば、ブリードエア用制御弁８４の
ステップ数が減り、燃料供給チャンバ４２に供給される
燃料が増えてＡ／Ｆはリッチ側に移行する。このように
して、λ＝１の状態が維持される。またこのとき冷却水
温が所定値以上に達して暖機運転が終了したことによ
り、図９に示すようにエンジン回転数が通常のアイドリ
ング回転数にまで低下している。

【００５４】また、ステップＳ１０において、操作者が
スロットルバルブ４８を非アイドル状態にした、すなわ
ちオフアイドル状態にあると判断されれば、プログラム
はステップＳ１８に移行し、ブリードエア用制御弁８４
の設定値を決定する。この非アイドル設定は最初ｄに設
定されており、このｄは上記ｂより大きく上記ｃよりも
小さくなっている。このｄはｃよりも幾らか小さいた
め、非アイドル状態の空燃比はアイドル状態の空燃比よ
りも幾らかリッチになっており、具体的にはストイキ状
態の混合気を得るためのステップ数５０にセットされて
いる。次にステップＳ１９においてステッピングモータ
９０が駆動され、ブリードエア用制御弁８４が上記ｄに
セットされる。

【００５５】次にステップＳ２０では、Ｏ₂ センサ２３
から信号が出力されたかどうかを判断する。この処理
は、Ｏ₂ センサ２３がフィードバック制御のための十分
なあるいは適切な温度になっているかを判定するために
なされる。もし、Ｏ₂ センサ２３からフィードバック制
御のための制御信号が出力されれば、プログラムはステ
ップＳ２１に移行し、フィードバック制御を行う。これ
に対し、ステップＳ２０においてＯ₂ センサ２３からの
出力がないと判断されればステップＳ２２に移行し、ブ
リードエア用制御弁８４をｄ状態に保持する。そして、
プログラムは再びステップＳ２０に戻り、Ｏ₂ センサ２
３から出力信号が送られるまでこの状態を保持する。

【００５６】次に、ＥＣＵ９２があらゆる運転条件（吸
気圧，エンジン回転数）に対するブリードエア用制御弁
８４のステップ数との関係を示すマップすなわち全域マ
ップを備えている場合の始動制御ルーチンについて、図
１１，図１２及び図１４を用いて説明する。図１４にお
いては、点火スイッチ，エンジンスピード，Ｏ₂ センサ
２３の温度については図９と同様であり、この図１４で
は図９と異なるもののみについて示している。なお、フ
ィードバック制御が始まれば、ブリードエア用制御弁８
４はＯ₂ センサ２３からの信号により制御されるため、
このマップは用いられない。

【００５７】プログラムがスタートすると、図１１のス
テップＳ１において点火スイッチがＯＮするのを待つ。
点火スイッチがＯＮすればステップＳ２に移行し、ステ
ッピングモータ９０を最大速度で回転させ、ブリードエ
ア用制御弁８４を初期化する。同時に、上述したよう
に、燃料遮断弁１２０と燃料切換弁１１４がそれぞれ閉
位置及び開位置に保たれる。そして、前回の運転におい
てエンジンが停止する直前の位置に保持されていた燃料
供給制御弁１００が使用燃料に応じて決定される初期位
置に移行し、アイドルスピード制御弁１３０も初期状態
にセットされる。

【００５８】次にステップＳ３では、ブリードエア用制
御弁８４が初期化されたかどうかを判定する。もし初期
化されていなければ、プログラムは繰り返される。ステ
ップＳ３においてブリードエア用制御弁８４が閉じてい
ると判断されれば、ステップＳ４に移行し、ブリードエ
ア用制御弁８４を最大速度で初期のプリセットマップ値
ａに調整する。この値ａは上述の値ａと同じものであ
る。次にステップＳ５では、センサから吸気圧及びエン
ジン回転数を読み込み、クランキング用のマップから、
混合気がリーン状態となるようにブリードエア用制御弁
８４のステップ数をｂに設定する。なお、このステップ
数ｂはストイキ状態の混合気を得るためのものである。
そしてステップＳ６では、ステッピングモータ９０を最
大速度で駆動してブリードエア用制御弁８４をｂ位置に
置く。次にステップＳ７では、最初の燃焼が検出されて
エンジン回転数が所定回転数 (４００ r.p.m.)になった
か否かを判断する。すなわち初爆確認を行う。初爆が確
認されなければステップＳ５に戻り、ステップＳ５〜ス
テップＳ７の処理を繰り返す。ステップＳ７にて初爆が
確認されば、ステップＳ８に移行する。

【００５９】ステップＳ８では、センサから吸気圧及び
エンジン回転数を読み込み、通常運転域のマップから所
定マップ数を読み取る。なお、このマップ上のステップ
数はストイキ状態の混合気を得るためのものである。次
にステップＳ９では、センサによって水温を検出し、ブ
リードエア用制御弁８４の調節のためのステップ数の補
正値を予めプログラムされたマップから読み込む。な
お、このステップ数の補正値は、ステップＳ５で読み込
まれたステップ数をその大きさに応じてリーン側に補正
するためのものである。次にステップＳ１０では、上記
マップから補正値を選択し、そしてステップＳ１１にお
いて、ブリードエア用制御弁８４のステッピングモータ
９０を駆動してこの補正値ｃにセットする。なお、この
補正されたステップ数ｃは図６及び図７の制御フローチ
ャートにおけるステップ数ｃと同様、ストイキ状態より
希薄な空燃比の混合気がミキサから供給される値となっ
ている。

【００６０】プログラムは次に図１２のステップＳ９に
移行する。ステップＳ９では、アイドルスイッチがＯＦ
Ｆになったかどうか、すなわちオフアイドル状態になっ
たかどうかを判断する。スロットルバルブ４８が以前と
してアイドル位置にあればステップＳ１０に移行し、Ｅ
ＣＵ９２内のカウンタによってセットされた所定時間が
経過したかどうかを判断する。所定時間が経過しておれ
ばステップＳ１１に移行し、排気温が上昇したかどうか
を判断する。この排気温の上昇は、上述のように、Ｏ₂
センサ２３がその作動温度にあるかどうかを示すもので
ある。もし排気温が所定値以下であればステップＳ１２
に移行し、補助燃料供給弁１４０を駆動してエンリッリ
メント燃料を供給する。既に述べたようにこのエンリッ
チメント燃料は、Ｏ₂ センサ２３がその作動状態にある
かどうかを判定するためのトリガ混合気を供給するため
にのみ与えられるものである。

【００６１】次にステップＳ１３では、Ｏ₂ センサ２３
から信号が出力されたどうかを判断する。信号が出力さ
れていなければプログラムはステップＳ１４に移行し、
補助燃料供給弁１４０が駆動される所定の時間が経過し
たかどうかを判断する。所定時間が経過しなおＯ₂ セン
サ２３からの出力がなければ、プログラムはステップＳ
１２に戻り、ステップＳ１３においてＯ₂ センサ２３か
らの出力信号が検出されるまで補助燃料を供給する。

【００６２】ステップＳ１３においてＯ₂ センサ２３か
らの出力信号が検出されれば、ステップＳ１５に移行
し、補助燃料供給弁１４０を停止させることによってエ
ンリッチメント燃料の供給を停止させる。プログラムは
次にステップＳ１６に移行する。このステップＳ１６で
は、エンジン回転数，吸気圧及び他のパラメータが検出
され、ＥＣＵ９２内の予めプログラムされたマップから
ブリードエア用制御弁８４のバルブ位置のための値ｆ
（ストイキ状態の混合気を得るためのステップ数）が決
定される。次にステップＳ１７では、ブリードエア用制
御弁８４がｆ位置におかれるまでステッピングモータ９
０を駆動する。次に、ブリードエア用制御弁８４のステ
ップ数の平均値がｅとなるフィードバック制御を行うた
めのステップＳ１８に移行し、フィードバック制御が開
始される。

【００６３】なお、上記ステップ数ｆは、その時のエン
ジン回転数，吸気圧によってステップ数ｅと同一になる
時もあれば、同一にならない時もある。しかし、補助燃
料の供給に基づいてＯ₂ センサ２３が最初の信号を出力
した際、ストイキ状態の混合気を得るためにステップ数
をｃからマップ上に示されたｆに変更することにより、
より応答性のよい制御システムが得られることになる。
すなわち、図９のように上記値ｆを用いない場合には、
補助燃料の供給に基づいてＯ₂ センサ２３が最初の信号
を出力した際、該信号出力によりリッチ状態と判断され
るために、ブリードエア用制御弁８４のステップ数がｃ
よりさらに増えて一旦かなりリーンになってしまうこと
が考えられる。

【００６４】またステップＳ９において、スロットルバ
ルブ４８が操作者によって非アイドル状態になった、す
なわちオフアイドル状態にあると判断されれば、プログ
ラムはステップＳ１９に移行して、エンジン回転数や吸
気圧のようなエンジンパラメータが検出され、ブリード
エア用制御弁８４に対する所定値ｄがＥＣＵ９２のマッ
プから読み込まれる。この値ｄは、ストイキ混合気を得
るためのステップ数である。次にステップＳ２０では、
ステッピングモータ９０を駆動してブリードエア用制御
弁８４をｄ位置におく。そして、ステップＳ２１では、
Ｏ₂ センサ２３からの出力信号が入力されたかどうかを
判定する。出力信号が入力されていなければ、プログラ
ムはステップＳ１９に戻る。Ｏ₂ センサ２３が信号を出
力していれば、本装置がフィードバック制御状態にあ
り、プログラムはステップＳ２２に移行しフィードバッ
ク制御を開始する。このときブリードエア用制御弁８４
は、Ｏ₂ センサ２３からの制御信号に基づいてそのステ
ップ数が例えば５０を中心に上下することにより、λ＝
１の状態に置かれる。

【００６５】次に図１３は、ファーストアイドリング時
にステッピングモータ９０を適切なステップ数に調節す
るための制御ルーチンを示すフローチャートである。す
なわち、エンジン始動時においてフィードバック制御が
始まるまでの間に用いる、ブリードエア制御弁８４用の
ステップ数の学習回路である。これは、フィードバック
制御をしている際に用いられるブリードエア用制御弁８
４のステップ数はストイキ状態の混合気を得るためのも
のである点を考慮したものであり、エンジンが再始動さ
れてフィードバック制御が始まるまでのファーストアイ
ドリング時は、エンジン停止前のフィードバック制御が
なされていたアイドリング時に用いられていたステップ
数に１以上の定数を掛けたステップ数を用い、確実にス
トイキよりもリーンな混合気が得られるようにしたもの
である。この制御では、エンジンの冷却水温度が所定レ
ベルに到達したかどうか、及びアイドリングスイッチが
ＯＮしているかどうかについての情報に基づいて（図９
及び図１４ないし図１６参照，つまりＯ₂ センサ２３か
らのフィードバック制御に先立って）、クランキング後
のステッピングモータ９０のステップ数を調節する。

【００６６】図１３のステップＳ１では、冷却水の温度
が所定値より高いかどうかを判断する。もし高くなけれ
ば、エンジンがクランキングのような初期の始動状態に
あると考えられ、逆に高ければ、Ｏ₂ センサ２３が制御
信号を出力し得る状態に加熱されてフィードバック制御
が行われていると考えられる。このとき、プログラムは
ステップＳ１の処理を繰り返す。これに対し冷却水の温
度が所定値よりも高ければ、ステップＳ２に移行しアイ
ドルスイッチがＯＮしているかどうかを判断する。アイ
ドルスイッチがＯＮしていなければプログラムはステッ
プＳ２の処理を繰り返す。アイドルスイッチがＯＮして
おり、かつエンジン始動時（クランキング時）の過渡期
間が終了していると判断されればステップＳ３に移行
し、フィードバック制御が行われたアイドリング時にお
けるブリードエア用制御弁８４を制御するためのステッ
ピングモータ９０のステップ数を読み込む。次に、ステ
ップＳ４に移行し、ステッピングモータ９０の制御のた
めの平均ステップ数を計算するのに十分な所定時間以上
ステップ数が読み込まれたかどうかを判断する。もしそ
のようにステップ数が読み込まれていれば、ステップＳ
５において平均ステップ数が計算される。これに対し、
ステップＳ４においてステップ数の読み込みが足りなけ
れば、プログラムはステップＳ３に戻る。上記平均ステ
ップ数はステップＳ６においてメモリ内に入力されて更
新される。

【００６７】次にステップＳ７では、エンジンが一旦停
止した後に再び始動（イグニッションスイッチＯＮ）さ
れた再始動状態にあるかどうかを判断する。エンジンが
再始動状態にないと判断されれば、プログラムはステッ
プＳ１に戻りステップＳ１〜Ｓ６の処理を繰り返して行
う。エンジンが再始動状態にあると判断されればステッ
プＳ８に移行し、再始動後の運転（次回運転）において
エンジンが完爆してエンジンスピードが約４００ｒｐｍ
にまで上昇するのを待つ。エンジンが完爆後、リーン状
態を得るためのステップ数を補償する制御がステップＳ
９からステップＳ１１において行われる。

【００６８】すなわち、ステップＳ９ではステップＳ６
において更新されたステップ数が呼び出され、そしてス
テップＳ１０では、ファーストアイドル回転時すなわち
図９，図１４のステップ数線図の領域ｃにおけるステッ
プ数が上記更新ステップ数に１より大きな係数を掛ける
ことによって計算される。次にステップＳ１１では、そ
の更新ステップ数までステップモータを駆動する。これ
により、ファーストアイドル時（図８，図１３における
領域ｃ）に希薄空燃比の混合気が供給されることにな
る。

【００６９】このようにして、図１１のステップＳ９に
おいて、吸気通路の吸気圧に応じてまた冷却水の温度に
基づいて、クランキング時のステップ数の補償が行われ
るとともに（図１５及び図１６参照）、燃料供給チャン
バ４２内へのブリードエア供給のための適切なステップ
数の調整が行われる。これにより、初爆後のファースト
アイドリング時における希薄混合気の供給が確実に促進
される。

【００７０】なお、本発明は上記空気弁，または主ジェ
ット４３が開口するスロート部が吸気流量にかかわらず
略一定の負圧状態に維持される定負圧タイプ（いわゆる
可変ベンチュリタイプ）のミキサ３１を含むエンジンに
のみ適用されるのではなく、従来の固定ベンチュリ型の
ミキサにも同様に適用されるのである。図１７は、固定
ベンチュリ型ミキサを含む装置を示している。図１７に
おいて、図１と同一符号は同一または相当部分を示して
いる。なお、ここでは気体燃料エンジンは省略されてい
るが、図１の気体燃料エンジン１と同様の気体燃料エン
ジンに適用されるものである。

【００７１】図１７において、１６０は固定ベンチュリ
型ミキサを示している。また、レギュレータ６０からミ
キサ１６０への燃料供給が燃料供給制御弁１００のみに
よって制御されており、ブリードエア用制御弁８４によ
る燃料供給の予備調整は行われていない。さらに、この
場合には、ツイン燃料噴射装置１７０，１７１が設けら
れており、これらの燃料噴射装置１７０，１７１からの
付加燃料がスロットルバルブ４８下流側から吸気通路３
３内に導入されるようになっている。一般に、燃料噴射
装置は、吸気通路を通じて一定の空燃比が供給される固
定ベンチュリ型ミキサを使用する場合に有用である。上
記ツイン燃料噴射装置１７０，１７１の各インジェクタ
は、ＥＣＵ９２の制御によって択一的にまたは同時に駆
動されるようになっている。

【００７２】このツイン燃料噴射装置１７０，１７１
は、図１のアイドルディスチャージライン５１の代わり
に設けられているものであり、スロットルバルブ４８が
閉じたアイドリング状態で燃料を供給する。このツイン
燃料噴射装置１７０，１７１は、吸気通路３３内のＡ／
Ｆを均一にするために、交互に（しかも両方で連続的
に）燃料を噴射したり（図１８（ａ）参照）、必要量の
半分を同時に噴射したりする（図１８（ｂ）参照）。な
お、図１８は噴射タイミングを示しており、各図
（ａ），（ｂ）において、上段は燃料噴射装置を一つ設
けた場合の該燃料噴射装置の噴射タイミングを示し、中
段，下段はそれぞれ燃料噴射装置１７０，１７１による
噴射タイミングを示している。また図中ａは噴射量を示
している。この場合においても、始動時にλ＞１のリー
ン混合気が供給されるように各インジェクタを駆動する
ことによって、触媒コンバータ２２の活性化時間が短縮
されて、排気ガスが一層浄化されることになる。

【００７３】以上のように本実施例では、クランキング
が終了し最初の燃焼が発生した後におけるファーストア
イドリング時においてλ＞１のリーン混合気が供給され
るので、排気ガス中のＨＣ（炭化水素）がより多く酸化
して排気ガスを清浄化することができるばかりでなく、
触媒コンバータ２２が部分的に活性化する温度にまでは
もちろん完全に活性化された作動温度にまで迅速に加熱
されることになり、触媒コンバータ２２が完全に活性化
されるまでの時間が短縮される。これにより、排気ガス
中の有害ガスを迅速に除去でき、排気ガスをさらに一層
清浄化できる。

【００７４】なお、上記各実施例では、それぞれブリー
ドエアの供給制御またはインジェクタの噴射制御により
リーン混合気の供給を行うものを示したが、本発明の適
用はこれに限定されず、燃焼室６またはその上流側に２
次エアを導入することによってリーン混合気を供給する
ものでもよい。また、本発明はレシプロエンジンにのみ
適用されるものではなく、ロータリーエンジンにも同様
に適用することができる。また、上記各実施例では本発
明が４気筒エンジンに適用された例を示したが、本発明
は４気筒以外の多気筒エンジンにも同様に適用され得る
ものである。

【００７５】

【発明の効果】以上のように請求項１，２の発明に係る
気体燃料エンジンの運転制御装置では、エンジン始動時
あるいは少なくとも触媒が部分的に活性化するまでは、
λ＞１の空燃比すなわちリーン状態の混合気がエンジン
燃焼室に供給されるようにしたので、排気ガスを清浄化
することができる効果がある。しかも触媒が活性化され
る時間を短縮できる。また請求項３の発明に係る気体燃
料エンジンの運転制御装置では、Ｏ₂ センサがフィード
バック制御のための制御信号を出力するまでは混合気の
空燃比をλ＞１に制御するようにしたので、排気ガスの
清浄化を迅速に行うことができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例による運転制御装置が採用さ
れた気体燃料エンジンの概略構成図である。

【図２】上記エンジンのアイドリング状態下における燃
料及びエアの混合気の制御を概略的に示す図である。

【図３】上記エンジンのスロットルバルブが少し開いた
状態下における燃料及びエアの混合気の制御を概略的に
示す図である。

【図４】上記スロットルバルブがさらに開いた状態下に
おける燃料及びエアの混合気の制御を概略的に示す図で
ある。

【図５】上記エンジンの燃料予備調整のための主装置
（ミキサ）及びスロー系（アイドル回路）による制御を
示す図である。

【図６】上記運転制御装置による空燃比フィードバック
制御のフローチャートである。

【図７】上記エンジンの始動手順の一例を示す制御フロ
ーチャート図である。

【図８】上記エンジンの始動手順の一例を示す制御フロ
ーチャート図である。

【図９】上記エンジンの始動状態下で種々のパラメータ
及びセンサの特性を示す図（図７，図８に対応）であ
る。

【図１０】上記エンジンの様々な制御範囲を補助燃料の
供給に関連させて示す図である。

【図１１】上記エンジンの始動手順の他の例を示す制御
フローチャート図である。

【図１２】上記エンジンの始動手順の他の例を示す制御
フローチャート図である。

【図１３】上記エンジンにおけるブリードエア用制御弁
のステップ数の調整のためのフローチャート図である。

【図１４】上記エンジンの始動状態下で種々のパラメー
タ及びセンサの特性を示す図（図１１，図１２に対応）
である。

【図１５】上記エンジンのクランキング時における上記
ブリードエア用制御弁のステップ数の決定の仕方を吸気
圧に応じて示すマップ図である。

【図１６】冷却水温度に応じた上記ブリードエア用制御
弁のステップ数の補正の仕方を示す図である。

【図１７】上記実施例が適用される気体燃料エンジンの
変形例の概略構成図である。

【図１８】上記変形例（図１７）におけるツイン燃料噴
射装置の噴射タイミングを示す図である。

【符号の説明】

１ 気体燃料エンジン ６ 燃焼室 ２０ 排気マニホールド（排気装置） ２２ 触媒コンバータ ３０ 混合気形成装置 ９２ ＥＣＵ（運転制御装置，空燃比制御手段）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｆ０２Ｍ 21/02 ３０１ Ｊ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体燃料を燃料としかつ排気装置内に触
   媒コンバータを備えた気体燃料エンジンの運転制御装置
   において、混合気形成装置により燃料室に供給される混
   合気の空燃比をエンジン始動時にはλ＞１に制御する空
   燃比制御手段を備えたことを特徴とする気体燃料エンジ
   ンの運転制御装置。
2. 【請求項２】 気体燃料を燃料としかつ排気装置内に触
   媒コンバータを備えた気体燃料エンジンの運転制御装置
   において、混合気形成装置により燃料室に供給される混
   合気の空燃比を、エンジンが始動してから少なくとも触
   媒が部分的に活性化するまではλ＞１に制御する空燃比
   制御手段を備えたことを特徴とする気体燃料エンジンの
   運転制御装置。
3. 【請求項３】 請求項１または２において、上記空燃比
   制御手段は、排気装置内に配置されたＯ₂ センサが作動
   を開始し燃焼室にλ＝１の混合気が供給されるフィード
   バック制御のための制御信号を出力するまで、混合気形
   成装置により燃焼室に供給される空燃比をλ＞１に制御
   することを特徴とする気体燃料エンジンの運転制御装
   置。