JPH06241090A - 気体燃料エンジンの運転制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 急加速時においてもＡ／Ｆを一定にすること
ができるＬＰＧエンジンの運転制御装置を提供する。 【構成】 ＬＰＧ燃料の供給をフィードバック制御によ
り行うＬＰＧエンジン１の運転制御装置（ＥＣＵ）にお
いて、急加速時のフィードバック定数をオフアイドル時
のフィードバック定数よりも高く設定するフィードバッ
ク定数制御手段（ＥＣＵ）を備える。

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、とくに急加速時においてもＡ／Ｆを
一定にすることができるようにしたフィードバック方法
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は、一般に、加圧下で液体
状態で貯えられている気体燃料を気化するための圧力調
整器（ベーパライザ）と、該圧力調整器からの気体燃料
と大気との混合気を形成するためのミキサとを備えてい
る。そして、上記気体燃料エンジンでは、あらゆる運転
条件下において空燃比（Ａ／Ｆ）を適切な値に制御する
のが好ましい。ところが、従来の気体燃料エンジンで
は、とくに急加速時においてＡ／Ｆを一定に制御する手
段が設けられておらず、この結果、急加速時にＡ／Ｆが
不均一になるという問題が生じ得る。

【０００４】本発明は、上記実情に鑑みてなされたもの
であり、急加速時においてもＡ／Ｆを一定にすることが
できる気体燃料エンジンの運転方法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】本発明は、気体燃料燃料
の供給をフィードバック制御により行う気体燃料エンジ
ンの運転制御装置において、急加速時のフィードバック
定数をオフアイドル時のフィードバック定数よりも高く
設定するフィードバック定数制御手段を備えたことを特
徴としている。ここで、上記フィードバック制御とは、
燃焼室に供給される混合気の空燃比を、理論空燃比をは
さんだいわゆるウインドウの範囲に維持するために、排
気系に設けたＯ₂ センサからの信号に基づいて行う、燃
料量を変化させる制御弁の制御のことを意味している。
また上記フィードバック定数とは、燃料量を変化させる
制御弁の開度の所定時間内における変化量のことを意味
しており、従ってフィードバック定数が大きければ所定
時間内における制御弁の変化量が多い。換言すれば、制
御弁の開度を所定量変化させるのに必要な時間が短くな
る。さらに上記オフアイドルとはスロットルバルブが開
いた状態、すなわち通常の走行状態のことを指してい
る。

【０００６】

【作用】本発明では、急加速時には、フィードバック定
数がオフアイドル時よりも高いので、フィードバック制
御される燃料供給用アクチュエータ等を高いフィードバ
ック定数に応じて高速で動かすことができ、これによ
り、急加速状態でＡ／Ｆが一定になるように燃料供給を
行うことができる。

【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１０は本発明の一実施例による
気体燃料エンジンの運転方法を説明するための図であ
り、図１は本発明の一実施例による運転方法が採用され
た気体燃料エンジンの概略構成図、図２はフィードバッ
ク制御移行前の車両発進時におけるステップ数を補正す
るための制御フローチャート（エンジン始動状態の検出
をアイドルスイッチをモニタすることにより行う場
合）、図３はフィードバック制御開始後に車両が発進し
た場合の制御フローチャート、図４はステップ数の補正
の仕方を図３に関連させて示す図、図５はエンジンの運
転中に行われる空燃比フィードバック制御のフローチャ
ート、図６はエンジンがアイドル状態にあるかまたはオ
フアイドル状態にあるかに応じて行われる空燃比フィー
ドバック制御のフローチャート、図７，図８は種々のエ
ンジン運転条件下においてステップ数とブリードエア用
制御弁の弁作動時間との関係を示す図、図９は急加速時
におけるフィードバック制御の制御フローチャート、図
１０は急加速時におけるフィードバック制御の制御方法
を説明するための図、図１１は上記実施例が採用される
気体燃料エンジンの変形例を示す図、図１２は上記実施
例が採用される気体燃料エンジンの他の変形例を示す図
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（この場
合、Ｏ₂ センサが信号を出力すればリッチ状態と判断さ
れて燃料が減量され、信号を出力しなければストイキあ
るいはリーン状態と判断されて燃料が増量される）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４３
が開口するスロート部よりも上流の吸気通路３３に開口
してもよく、この場合においてもピストン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５
０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、アイドルディスチャージライン５１の上流側
で、ブリードエアによる燃料量の制御が行われる。すな
わち、ブリードエアにより制御された燃料がアイドルデ
ィスチャージライン５１に流れることになり、上記アイ
ドル回路５０の応答性を向上できる。

【００１６】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。

【００１７】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。

【００１８】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。

【００１９】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。

【００２０】ここで、上記フィードバック制御移行前の
車両発進時において上記ブリードエア用制御弁８４のス
テップ数を補正するための制御ルーチンについて図２を
用いて説明する。図２では、エンジン始動状態の検出を
アイドルスイッチをモニタすることによって行う例を示
している。まず、ステップＳ１において、アイドルスイ
ッチがオフになったか否か、すなわちオフアイドル状態
になったか否かを判断する。車両が発進してオフアイド
ル状態になるとステップＳ２でほぼ理論空燃比の混合気
を得るための所定ステップ数をマップから読み取り、つ
ぎにステップＳ３でステッピングモータ９０をこの所定
ステップ数まで最大速度で駆動する。これにより、発進
時における空燃比制御を精度よく行える。つぎにステッ
プＳ４では、ステッピングモータ９０が所定ステップ数
まで動いたか否かを判断する。所定ステップ数まで動い
ていなければステップＳ３に戻る。またステッピングモ
ータ９０が所定ステップ数まで動けばステップＳ５に移
行し、Ｏ₂ センサ２３が制御信号を出力するようになっ
た後、フィードバック制御に移行する。

【００２１】つぎに、図３の制御ルーチンについて図４
を参照しつつ説明する。この制御ルーチンは図２のもの
と異なり、フィードバック制御が開始された後に車両が
発進した（アイドリング状態からオフアイドル状態に移
行した）場合の制御ルーチンを示す。まず、ステップＳ
１ではアイドルスイッチがオフになったか否か、すなわ
ち車両が発進してオフアイドル状態になったか否かを判
断する。つぎにステップＳ２では負圧スイッチ１１２に
より吸気圧ａ（図４）を検出する。つぎにステップＳ３
では、アイドルスイッチがオフになったのち所定時間経
過したか否かを判断し、所定時間経過すればステップＳ
４に移行する。ステップＳ４では、エンジン回転数がセ
ンサによって読み込まれ、アイドルスイッチがオフにな
ったときの吸気圧ａから所定圧を減じた吸気圧ｂ（図
４）におけるステップ数ｃ（図４）をマップから読み取
る。つぎにステップＳ５では、上記読み取ったステップ
数ｃまでステッピングモータ９０を最大速度で駆動す
る。つぎにステップＳ６では、負圧が高くなる方向に吸
気圧が変化したか否かを判断する。負圧が高くなる方向
に変化している、すなわち車両の発進加速が終了してア
クセルペダルが戻されておればステップＳ７に移行し、
その時点のステップ数からフィードバック制御が行われ
る（図４参照）。

【００２２】また、ステップＳ６において、負圧が高く
なる方向に吸気圧が変化していない、すなわち発進加速
が引き続き行われていればステップＳ８に移行する。ス
テップＳ８では、上記読み取ったステップ数ｃまでステ
ッピングモータ９０が駆動されたか否かを判断し、駆動
されていなければステップＳ５に戻る。また上記ステッ
プ数までステッピングモータ９０が駆動されておれば、
ステップＳ９に移行してフィードバック制御を行う（図
４参照）。

【００２３】また、上記レギュレータ６０から燃料供給
チャンバ４２へ供給される気体燃料の量を調整するため
の燃料供給制御弁１００が設けられている。この燃料供
給制御弁１００はステッピングモータによって作動し、
該ステッピングモータは、種々のエンジン運転条件下に
おいてＯ₂ センサ２３からの信号に基づいてＥＣＵ９２
により制御され、これにより燃料供給量が制御される。
なお、上記エンジン運転条件としては、燃料の組成（Ｌ
ＰＧ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。

【００２４】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。

【００２５】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１００
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
するに先立って、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。

【００２６】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（体積）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。

【００２７】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となっている。これによ
り、該燃料供給制御弁１００の無駄な動きをなくすこと
ができ、迅速な制御が可能となる。

【００２８】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な
値（５０）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。

【００２９】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。

【００３０】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。

【００３１】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。

【００３２】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。

【００３３】つぎに、フィードバック制御の基本的な流
れを図５を用いて説明する。図５は、アイドル状態で運
転されているかまたはオフアイドル状態で運転されてい
るかとは無関係に行う制御を示している。図５におい
て、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状態）のいずれに
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、ステップ数を上昇させてバルブエレメント８６の
開度を増す。すると、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。

【００３４】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Ｓ
４に移行する。なお、Ｏ₂ センサ２３として混合気がリ
ーン状態のときに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に移行することになる。

【００３５】ステップＳ４では、ステッピングモータ９
０を所定スピードで駆動してバルブエレメント８６を閉
じ、ステップ数を減少させてバルブエレメント８６の開
度を減らす。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
て燃料量が増加する。この結果、リーンまたストイキ状
態にあった混合気の空燃比がリッチ側に移行する。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、上記ブリードエア量の
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調整を容易に行うことができる。

【００３６】上記制御ルーチンのステップＳ３及びステ
ップＳ４においてステッピングモータ９０を駆動する速
度は、エンジンがアイドル状態にあるかまたはオフアイ
ドル状態にあるかによって決定される。この決定の仕方
は図６の制御ルーチンに示されており、オフアイドル状
態のときはフィードバック定数が例えば「２」とされ、
アイドル状態のときはフィードバック定数が「２」より
小さい例えば「１」とされる。なお、ここでフィードバ
ック定数が小さいとは、ブリードエア用制御弁８４やス
テッピングモータ９０の状態がゆっくりと変化するとい
うことを示している。したがって、図７に示すように、
同じ量だけステップ数を変化させる場合ではオフアイド
ル時の方がアイドル時よりも弁の作動時間が短くなって
いる。この関係はまた、図８ (ａ) 及び (ｂ) に明確に
表れている。すなわち、図 (ａ)及び (ｂ) では、ステ
ップ数を例えば０から１００を経て再び０に戻るまでの
各時間ｔ１及び２について ｔ１＞ｔ２ となっている。図６のステップＳ１において、アイドル
スイッチがオフしているか否かを判断する。アイドルス
イッチがオフしていない、すなわちアイドル状態にある
と判断されれば、ステップＳ２に移行する。ステップＳ
２では、アイドル状態のためのフィードバック定数
「１」を読み取る。つぎにステップＳ３では、上記フィ
ードバック定数に基づいて空燃比のフィードバック制御
を行う。

【００３７】またステップＳ１において、アイドルスイ
ッチがオフ状態（すなわちオフアイドル状態）にあると
判断されれば、ステップＳ４に移行する。ステップＳ４
では、エンジン回転数を読み込み、読み込まれたエンジ
ン回転数が一定値以上であるか否かを判断する。エンジ
ンン回転数が一定値以上にない、すなわち通常のアイド
ル状態と同じエンジン回転数にあると判断されれば、ス
テップＳ２に戻り、アイドル時のフィードバック制御を
実行する。この状態下では、スロットルバルブ４８は開
いているが、何かの原因によりエンジンが依然としてア
イドルスピードまたはその近辺のスピードで回転してい
ることになる。

【００３８】ステップＳ４において、エンジン回転数が
実際にオフアイドル領域で回転していることを示す所定
回転数を越えていると判断されれば、ステップＳ５に移
行する。ステップＳ５では、オフアイドル状態のための
フィードバック定数「２」を読み取る。つぎにステップ
Ｓ６では、上記フィードバック定数に基づいて空燃比の
フィードバック制御を行う。

【００３９】つぎに、急加速状態下での制御ルーチンに
ついて図１０を参照しつつ図９を用いて説明する。ここ
では、吸気圧力の急激な変化を検出することによって急
加速状態が検出される例を示しているが、この急加速状
態の検出方法としてはその他にスロットルバルブ４８の
急激な開動を検出することによってもよい。まず、図９
のステップＳ１において吸気圧を読み取る。つぎにステ
ップＳ２では、ある一定時間ｔ内の吸気圧Ｐを測定して
（図１０参照）、該時間ｔ内の吸気圧の変化量が所定値
以上か否かを判断する。これにより、エンジンが急激に
加速されているかどうかが分かる。ステップＳ２におい
て急加速と判断されなければ、ステップＳ２の処理が繰
り返される。

【００４０】ステップＳ２において、吸気圧の変化値が
所定値よりも大きく、エンジンが急加速されていると判
断されれば、ステップＳ３に移行する。ステップＳ３で
は、フィードバック定数を所定の急加速値、例えば
「３」に上げる。これにより、この急加速値に対応して
高速でブリードエア用制御弁８４が作動し（図７及び図
８(ｃ) 参照）、Ａ／Ｆ制御が行われる。これにより、
Ａ／Ｆが略一定に保たれる（図１０参照）。つぎに、ス
テップＳ４では、ある一定時間内の吸気圧の変化量がス
テップＳ２における所定値以下か否かを判断する。所定
値以下と判断されなければ、エンジンが加速され続けて
いることになり、プログラムはステップＳ３に戻る。ま
たステップＳ４において吸気圧の変化量が所定値以下と
判断されれば、加速状態を過ぎたことになり、プログラ
ムはステップＳ５に移行する。ステップＳ５ではフィー
ドバック定数をオフアイドル値である「２」に戻す。つ
ぎにステップＳ６では、このフィードバック定数に基づ
いてフィードバック制御を行う。

【００４１】このような本実施例では、急加速時にフィ
ードバック定数が高い値に移行してブリードエア用制御
弁８４が高速で作動するので、Ａ／Ｆを略一定に維持す
ることが可能になる。

【００４２】なお、上記実施例では、本発明によるエン
ジン運転方法が、可変ベンチュリミキサ３１を含む混合
気形成装置３０を備えた気体燃料エンジン１に採用され
たものを示したが、本発明の適用はこれに限定されず、
段型ミキサ（コンパウンドキャブ）として知られるタイ
プのミキサにも採用され得る。この段型ミキサは少なく
とも一対のバレルを有しており、該バレルが段階的に作
動することにより、エンジン運転中に装置の流路面積を
変化してより安定した圧力低下がもたらされる。

【００４３】図１１は、このような段型ミキサを備えた
装置を示している。図１１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、本装置は図１の装
置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。

【００４４】図１１では、２段の混合気形成装置すなわ
ち２つのバレルを有するミキサ２０１が設けられてお
り、このミキサ２０１はエアクリーナ３５からエアを受
けて該エアを吸気マニホールド１９に送る。またミキサ
２０１はエアホーン２０２を有しており、該エアホーン
２０２には、燃料ディスチャージポート２０４を有する
ベンチュリ部分２０３が取り付けられている。また、ミ
キサ２０１の下部には、第１及び第２バレル２０５及び
２０６が設けられている。第１バレル２０５はそれ自身
のベンリュリ部分２０７を有しており、該ベンチュリ部
分２０７は、後述するように燃料を受け取る燃料ディス
チャージ回路を有している。また第１バレル２０５には
スロットルバルブ２０８が設けられ、従来方法によるア
クセルまたはスロットルの制御により作動する。

【００４５】第２バレル２０６はベンチュリ部分を有し
ておらず、このバレル内を流れる全燃料は主ベンチュリ
部分である燃料ディスチャージ２０４により供給され
る。また第２バレル２０６にはスロットルバルブ２０９
が設けられ、該スロットルバルブ２０９は負圧サーボモ
ータ２１１により作動する。この負圧サーボモータ２１
１は圧力流路２１２を有しており、該圧力流路２１２は
ベンチュリ部分２０７の下流側において第１バレル２０
５内に設けられた圧力ポート２１３にまで延びている。
２段型ミキサでは一般的なことであるが、第１バレル２
０５を通る十分なエアがありかつ補助的なエア流の必要
があるときには、圧力ポート２１３の負圧は十分に高ま
り、これによりサーボモータ２１１がスロットルバルブ
２０９を開く。

【００４６】レギュレータ６０から延びている燃料供給
通路７８は、ミキサ２０１の燃料チャンバ２１４に燃料
を送る。この燃料チャンバ２１４は、第１バレル２０５
のベンチュリ部分２０７に設けられている燃料ディスチ
ャージに連結されており、燃料制御ニードル弁２１５が
第１バレル２０５によりエンジンに供給される空燃比の
初期設定を行う。またブリードエア用制御弁８４は、フ
ィルタエレメント３７下流側からブリードエア通路８５
を介してエアを取り込み、燃料供給通路７８を通って流
れる燃料に上記エアを混合させる空燃比制御を行う。

【００４７】ミキサ２０１の燃料チャンバ２１４は、初
期の空燃比に調整するための調整弁２１７によって制御
されるチャンバ２１４及び２１６間の流れを燃料ディス
チャージポート２０４に供給する。またバルブシート２
１８が設けられており、該バルブシート２１８は、ベン
チュリ部分２０３に形成されるとともにそこからディス
チャージポート２０３が配設されている燃料通路２１９
とチャンバ２１６との連絡関係を制御するためのもので
ある。ダイヤフラム２２２には制御ニードル弁２２１が
取り付けられており、該制御ニードル弁２２１はバルブ
シート２１８の開閉を制御する。通常は圧縮コイルばね
２２３が弁２２１を閉位置に付勢している。上記ダイヤ
フラム２２２の背面側には通路２２４を介して大気ポー
ト２１３から大気圧が作用している。

【００４８】エンジンが低中速域で回転しスロットルバ
ルブ２０９が閉じているときにはベンチュリ部分２０７
の負圧が燃料通路２１９に作用するために、ベンチュリ
部分２０３の燃料ディスチャージポート２０４から燃料
チャンバ２１４内にエアが引き込まれるという危険性が
ある。しかし、このような状態下では、上記コイルばね
２２３が弁部材２２１を閉塞位置に保つため、上記エア
導入は生じない。一方、エンジンスピード及び負荷が増
し、第１バレルベンチュリ部分２０７を通るエア流が上
昇したときには、通路２２４及びダイヤフラム２２２背
面側において圧力降下が生じ、ニードル弁２２１が開き
始める。この状態下では、ベンチュリ部分２０３におけ
る負圧が充分に高くなって、燃料が燃料ディスチャージ
ポート２０４から導出され、この燃料導出の空燃比もス
テッピングモータ９０によって制御される。

【００４９】また、本発明は、固定ベンチュリ型のミキ
サを備えた装置にも同様に適用することができる。図１
２は、この固定ベンチュリミキサを備えた装置を示して
おり、本図において図１と同一符号は同一または相当部
分を示している。

【００５０】図１２では、固定ベンチュリ型ミキサが符
号３００で示されている。また吸気通路３３内には、ス
ロットルバルブ４８に加えて、その上流側に第２スロッ
トルバルブ３１０が設けられている。図示していない
が、各スロットルバルブ４８，３１０間には、両スロッ
トルバルブの開閉動作を連動させる機構が配設されてい
る。すなわち、スロットルバルブ３１０は、スロットル
バルブ４８の開度が所定量になるまでスロットルバルブ
４８と連動して開き、主ジェットから吸気通路３３に燃
料が供給されるような関係を保ちつつスロットルバルブ
４８の開度が前記所定量以上になると全開状態に維持さ
れる。これにより、第２スロットルバルブ３１０がスロ
ットルバルブ４８の開口面積に従って制御される。

【００５１】より詳細に説明すると、低負荷状態下で燃
料量の変動を補正するために、スロットルバルブ４８が
開き始める際、第２スロットルバルブ３１０が閉じられ
て主ジェット４３が開口するベンチュリ部に高負圧状態
が生じることになる。この場合、スロットルバルブ３１
０の開口面積はスロットルバルブ４８のそれよりも大き
く、燃焼室に供給される混合気の流量はスロットルバル
ブ４８によって規制される。上述のように、第２スロッ
トルバルブ３１０は、スロットルバルブ４８の開状態の
過渡期（低負荷状態下での）が終了するとすぐに完全に
閉じた状態となっている。これにより、固定ベンチュリ
型ミキサを使用した低負荷状態下においても（ストイキ
状態に維持する）優れた空燃比制御を行うことができ
る。また、固定ベンチュリ型ミキサが一般に可変ベンチ
ュリミキサほど高価ではないことから、本装置はエンジ
ン全体のコスト低減に寄与できる。

【００５２】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。

【００５３】

【発明の効果】以上のように本発明に係る気体燃料エン
ジン用運転制御装置では、急加速時においてフィードバ
ック定数がオフアイドル時よりも高いので、フィードバ
ック制御される各部を高いフィードバック定数に応じて
高速で動かすことができ、これにより、急加速状態でＡ
／Ｆが一定になるように燃料供給を行うことができる。

【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】フィードバック制御移行前の車両発進時におい
て上記エンジンのブリードエア用制御弁のステップ数を
補正するための制御フローチャート図（エンジン始動状
態の検出をアイドルスイッチをモニタすることにより行
う場合）である。

【図３】フィードバック制御開始後に車両が発進した場
合の制御フローチャート図である。

【図４】上記ブリードエア用制御弁のステップ数の補正
の仕方を図３に関連させて示す図である。

【図５】上記エンジンの運転中に行われる空燃比フィー
ドバック制御のフローチャート図である。

【図６】上記エンジンがアイドル状態にあるかまたはオ
フアイドル状態にあるかに応じて行われる空燃比フィー
ドバック制御のフローチャート図である。

【図７】種々のエンジン運転条件下においてステップ数
とブリードエア用制御弁の弁作動時間との関係を示す図
である。

【図８】種々のエンジン運転条件下においてステップ数
とブリードエア用制御弁の弁作動時間との関係を示す図
である。

【図９】急加速時におけるフィードバック制御の制御フ
ローチャート図である。

【図１０】急加速時におけるフィードバック制御の制御
方法を説明するための図である。

【図１１】本発明の一実施例が採用される気体燃料エン
ジンの変形例を示す図である。

【図１２】本発明の一実施例が採用される気体燃料エン
ジンの他の変形例を示す図である。

【符号の説明】

１ 気体燃料エンジン ６ 燃焼室 ３０ 混合気形成装置 ９２ ＥＣＵ ８４ ブリードエア用制御弁 ９０ ステッピングモータ ９２ ＥＣＵ（運転制御装置，フィードバック定数制御
手段）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 気体燃料の供給をフィードバック制御に
   より行う気体燃料エンジンの運転制御装置において、急
   加速時のフィードバック定数をオフアイドル時のフィー
   ドバック定数よりも大きく設定するフィードバック定数
   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。